地鐵基坑組合式承壓水處理方法應(yīng)用實(shí)踐

韋扣均，汪 樂(lè)，丁文強(qiáng)

（中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014）

承壓水層是地表下充滿于兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間承受靜水壓力的含水層，當(dāng)基坑開(kāi)挖到一定深度時(shí)，承壓含水層頂板以上的土層重量不足以抵抗承壓水壓力時(shí)基坑將發(fā)生突涌破壞[1-2]。根據(jù)王曙光[3]、蔣紅星[4]、葉琳昌[5]等人的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，與地下水有關(guān)的基坑事故約占總事故的45%～70%。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的發(fā)展，地鐵車站基坑深度不斷增加，選擇合理的承壓水處理方法顯得尤為重要。當(dāng)基坑開(kāi)挖深度過(guò)深或承壓水頭過(guò)高，突涌穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求時(shí)，一般可采取隔斷承壓水及按需減壓降水兩種方式確?；影踩?。根據(jù)基坑周邊各區(qū)域周邊環(huán)境要求及工程地質(zhì)條件變化，采取組合式承壓水處理方法，可在保證基坑項(xiàng)目周邊環(huán)境安全的前提下取得良好的經(jīng)濟(jì)效益[6]。文章以常州市軌道交通2號(hào)線青楓公園站基坑工程設(shè)計(jì)為例，介紹組合式承壓水處理方法在地鐵基坑中的應(yīng)用，以期為類似地鐵基坑工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程背景

1.1 工程概況及周邊環(huán)境

青楓公園站地處常州市鐘樓區(qū)，為2 號(hào)線與4 號(hào)線換乘車站。近期2 號(hào)線青楓公園站為地下二層車站，近期實(shí)施范圍為2 號(hào)線青楓公園站（Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)）及地下三層換乘節(jié)點(diǎn)（Ⅱ區(qū)）。車站基坑平面尺寸為387.6m×21.7m，標(biāo)準(zhǔn)段、端頭井及換乘段基坑開(kāi)挖深度分別為17.0m、18.6m 及24.5m，基坑周邊環(huán)境如圖1 所示。

車站周邊均為建成區(qū)，其中西北向?yàn)楦埤埲A庭小區(qū)沿街商鋪（建筑A），東北向?yàn)殓姌菂^(qū)人民政府（建筑B），東南向?yàn)榍鄺鞴珗@游客接待中心（建筑C），西南向?yàn)閯P爾楓尚小區(qū)及其售樓處（建筑D 及建筑E），周邊建（構(gòu)）筑物統(tǒng)計(jì)表如表1 所示。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地范圍內(nèi)地層自上而下為①填土、③2黏土、⑤1黏質(zhì)粉土夾粉砂、⑤2粉砂、⑤3粉砂夾黏質(zhì)粉土、⑥2粉質(zhì)黏土、⑧1黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑨2粉質(zhì)黏土、⑨3黏土。常州市鐘樓區(qū)范圍內(nèi)⑤3粉砂夾黏質(zhì)粉土層和⑧1黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土層普遍連通，但青楓公園站西側(cè)（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)）⑤3層和⑧1層間存在約4m 厚⑥2粉質(zhì)黏土隔水層，東側(cè)（Ⅳ區(qū)）⑤3層和⑧1層完全連通。

勘探深度范圍內(nèi)揭示承壓水分為第1 層承壓水和第2 層承壓水。第1 層承壓水主要埋藏于⑤1、⑤2、⑤3和⑧1層中（其中⑤1、⑤2、⑤3層為第1-1 承壓水層，⑧1層為第1-2 承壓水層），第2 層承壓水埋深較深，對(duì)工程施工無(wú)影響。承壓水頭觀測(cè)期間，第1-1 承壓水層最高水位標(biāo)高為2.00m，第1-2 承壓水層最高水位標(biāo)高為1.40m。

圖1 基坑周邊環(huán)境

表1 基坑周邊建（構(gòu)）筑物統(tǒng)計(jì)表

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)常州地區(qū)地鐵基坑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，地鐵車站主體結(jié)構(gòu)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)一般采用可作為永久結(jié)構(gòu)與車站內(nèi)襯墻共同受力、整體剛度大的地下連續(xù)墻，有利于減少基坑開(kāi)挖及降水施工對(duì)鄰近建（構(gòu)）筑物的影響，各區(qū)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如下：

（1）Ⅰ、Ⅲ區(qū)基坑開(kāi)挖深度17～18.6m，坑底位于⑤2粉砂層，支護(hù)結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)⑤3層和⑧1層間存在⑥2黏土隔水層，為降低支護(hù)結(jié)構(gòu)工程造價(jià)，標(biāo)準(zhǔn)段支護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為32m，端頭井支護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為34m，標(biāo)準(zhǔn)段/端頭井基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)隔斷第1-1 層承壓水并進(jìn)入⑧1層6.7m/8.7m，未隔斷第1-2 層承壓水。Ⅰ、Ⅲ區(qū)標(biāo)準(zhǔn)段支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖2 所示。

（2）Ⅱ區(qū)基坑深度約為24.5m，根據(jù)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定支護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為45m，支護(hù)結(jié)構(gòu)底位于⑨3黏土層，隔斷第1 層承壓水，坑內(nèi)疏干降水。

（3）Ⅳ區(qū)基坑開(kāi)挖深度17～18.6m，支護(hù)結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)⑤3層與⑧1層完全連通且最大厚度達(dá)31.2m，坑底位于⑤2粉砂層，基坑開(kāi)挖至坑底時(shí)第1 層承壓水頭應(yīng)降低16.7m 方能滿足突涌穩(wěn)定性要求；為避免基坑減壓降水施工導(dǎo)致坑外地表沉降過(guò)大，支護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為40m，下部設(shè)置8m 素混凝土段隔斷第1 層承壓水進(jìn)入⑨2黏土層，坑內(nèi)疏干降水。

3 承壓水降水影響分析

根據(jù)現(xiàn)行基坑規(guī)范，基坑突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)不應(yīng)小于1.1。Ⅰ、Ⅲ區(qū)基坑第1-2 層承壓水突涌穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖（Ⅰ、Ⅲ區(qū)）（單位：mm）

表2 突涌穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

Ⅰ、Ⅲ區(qū)標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井基坑均未隔斷⑧1層承壓水，基坑突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)分別為0.79 和0.65，均不滿足《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012）關(guān)于突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)的要求；基坑開(kāi)挖深度達(dá)到13.5m后應(yīng)結(jié)合承壓水位監(jiān)測(cè)結(jié)果開(kāi)啟降壓井降低第1-2 承壓水層水頭，標(biāo)準(zhǔn)段及端頭井基坑開(kāi)挖至坑底時(shí)第1-2 承壓水頭只有分別降低6.3m 及9.2m，方能確保基坑開(kāi)挖到底時(shí)突涌穩(wěn)定性滿足要求。

根據(jù)基坑工程場(chǎng)地工程水文地質(zhì)條件及基坑尺寸等，采用三維滲流分析軟件Modflow 建立滲流仿真計(jì)算模型并進(jìn)行計(jì)算，減壓降水引起地表沉降等值線圖如圖3 所示。

圖3 減壓降水引起地表沉降等值線圖

由圖3 可知標(biāo)準(zhǔn)段第1-2 層承壓水降深為6.3m，降承壓水施工影響范圍約周邊60m，基坑南側(cè)、北側(cè)、西側(cè)降承壓水施工引起坑外地表沉降為0.5～12.5mm，基坑?xùn)|側(cè)因第1 承壓水層被隔斷，降承壓水施工引起地表沉降基本為0。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

基坑采用分層開(kāi)挖施工，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)冠梁開(kāi)始施工至底板澆筑完成可分為5 個(gè)工況，各工況施工事項(xiàng)如表3 所示，施工監(jiān)測(cè)隨基坑開(kāi)挖施工進(jìn)行。

表3 基坑施工工況

因Ⅱ、Ⅳ區(qū)基坑已隔斷第1-2 層承壓水，故選?、駞^(qū)基坑外側(cè)第1-2 層承壓水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)及周邊地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖4、圖5 所示。

由圖4 可知，工況①～③施工過(guò)程中雖未開(kāi)啟降壓井減壓降水，但工況①～③施工期間處于冬季，承壓水補(bǔ)給源處于枯水期，坑外承壓水位有所下降；隨著基坑內(nèi)部降壓井開(kāi)啟，坑外承壓水位不斷下降，最大降深約4.0m。Ⅰ、Ⅲ區(qū)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)插入⑧1層約6.7m/8.7m，⑧1層厚度為10.8m，插入⑧1層相對(duì)深度達(dá)62%/80%，支護(hù)結(jié)構(gòu)作為隔水邊界繞流作用比較明顯，可減少減壓降水對(duì)周邊環(huán)境的影響[7]。

圖5 表明，地表沉降及影響范圍隨著基坑開(kāi)挖及降水施工增大，之后隨離地下墻后距離的增加地表沉降又逐漸減小。地表沉降最大值為27.5mm，發(fā)生在距地下墻后10m 處，滿足《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB 50911-2013）中地表沉降≤30mm 及0.2%H（基坑開(kāi)挖深度）的要求；對(duì)于地下墻附近的地表沉降不是最大值，主要是土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的摩擦限制了土體沉降所致[8]。

圖4 坑外承壓水位變化圖

圖5 基坑周邊地表沉降圖

圖5 所示基坑周邊地表沉降主要由基坑開(kāi)挖和降水組成，其中降水施工引起的地面最大沉降為12.5mm，降水施工引起的地表沉降占地表總沉降的45%，基坑周邊1H 范圍內(nèi)基坑開(kāi)挖和降水引起的地表沉降基本相當(dāng)[9]。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）根據(jù)基坑工程周邊環(huán)境要求及工程地質(zhì)條件因地制宜采取組合式承壓水處理方法，既可降低工程造價(jià)，又能有效保護(hù)基坑周邊環(huán)境，目前車站主體結(jié)構(gòu)已施工完成。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，組合式承壓水處理方法對(duì)周邊環(huán)境影響安全可控，可為類似地鐵基坑工程設(shè)計(jì)提供參考。

（2）承壓水位會(huì)根據(jù)補(bǔ)給源的水位變化而變化，建議富含承壓水基坑盡量在枯水期施工，結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果確定承壓水頭降深，按照實(shí)測(cè)承壓水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)降水設(shè)計(jì)，減少降水施工對(duì)周邊環(huán)境影響。