止水帷幕法在深基坑降水中的應用探析

楊杰，楊鴻瑋

（1.黃山徽建控股集團有限公司，安徽 黃山 245000；2.黃山市文化產(chǎn)業(yè)投資集團有限公司，安徽 黃山 245000）

1 引言

城市化建設(shè)步伐的加快使得城市中的人口數(shù)量顯著增加，但城市中建設(shè)用地的面積卻在不斷減少。人口的快速增長與相對有限的土地資源之間的矛盾不斷加劇，為了更好地提高城市土地的利用率，高層建筑成為城市發(fā)展的新趨勢[1]。高層建筑的基礎(chǔ)埋深一般較大，其基坑工程的施工常需要在含水層中進行，但在含水層進行基坑施工時易發(fā)生土層坍塌、流沙等土層失穩(wěn)等災害，嚴重影響到整個工程的質(zhì)量安全。因此在基坑工程施工前往往需要將地下水位降至施工部位以下來保證基坑的開挖及支護處在一個干燥的環(huán)境下進行。以往的研究表明[2,3]，深基坑工程的事故多與地下水有關(guān)，特別是在沿海、沿江的城市，地下水的處理尤為重要，如何做好高層建筑深基坑的降水施工是高層建筑施工中的重點和難點。本文從基坑降水的方法及原理出發(fā)，結(jié)合具體工程案例，驗證了止水帷幕法在基坑降水施工中的高效性，結(jié)論可為相關(guān)從業(yè)人員提供參考。

2 深基坑降水方法及適用條件

當?shù)叵滤桓哂诨拥撞繒r，在基坑施工前常需要提前降水，其作用[4]：防止基坑四周和底部滲水，保障基坑工程的干槽作業(yè)；提高基坑開挖坡面的穩(wěn)定性；增強基坑周圍土體的力學性能；促進基坑周圍和底部土體固結(jié)。針對不同的深基坑工程，應根據(jù)基坑周圍的環(huán)境條件選取合適的降水方法。目前深基坑降水常采用的方法主要有井點降水法、止水帷幕法與凍結(jié)法。

2.1 井點降水法

井點降水法是通過在基坑周圍按照一定的間距設(shè)置降水井來抽取地下水進而實現(xiàn)基坑降水的一種手段。通常來說，井點降水法需要將地下水位降至距離基坑坑底0.5m～1.0m處，確?；觾?nèi)的施工處在一個干燥的環(huán)境中。井點降水法依據(jù)其布置方式和排水方式的不同可以分為集水明渠、輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點、深井井點、砂礫滲井等7類，其適用條件有所差異。其中集水明渠、輕型井點、噴射井點適用于含薄層粉砂的粉質(zhì)沙土、粉質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土等土層環(huán)境，土體的滲透系數(shù)多在1×10-7cm/s～2×10-4cm/s；電滲井點適用于粘性土，土體的滲透系數(shù)多小于1×10-7cm/s；管井井點和深井井點主要適用于砂土和碎石土，土體的滲透系數(shù)一般應大于1×10-8cm/s，砂礫滲井適用于粘性土、砂土和粉土等土體，土體的滲透系數(shù)一般應大于5×10-7cm/s[5]。

2.2 止水帷幕法

止水帷幕法根據(jù)其使用原理的不同可以分為高壓旋噴樁止水帷幕、水泥土攪拌樁止水帷幕和地下連續(xù)墻止水帷幕。

①高壓旋噴樁止水帷幕

高壓旋噴樁止水帷幕是通過高壓旋轉(zhuǎn)噴嘴將水泥漿液轉(zhuǎn)化為20MPa～40MPa的高速流體通過預成孔注入至土層內(nèi)部與土體混合，形成堅硬的柱狀固結(jié)體。高壓旋噴樁的成樁要經(jīng)歷以下兩個步驟：首先是利用鉆機控制噴射管和噴頭進行成孔達到預定深度，施工中應保證噴射管的密封性良好。然后將高壓射流與土體進行混合成樁。該法的優(yōu)勢主要在于施工占地小、噪音污染小，但其造價高且會對環(huán)境產(chǎn)生破壞。因此在實際工程中應結(jié)合具體情況進行綜合考慮[6]。

②水泥土攪拌樁止水帷幕

水泥土攪拌樁止水帷幕是在基坑深處將水泥漿液與地基土按照特定的配比通過工程機械強行攪拌所產(chǎn)生的固結(jié)體，其能起到預防地下水入滲和支護基坑的作用。該法的優(yōu)勢主要在于施工占地小、噪音污染小、成本低[7]。

③地下連續(xù)墻止水帷幕

地下連續(xù)墻止水帷幕兼具支護效果好與防滲效果好等優(yōu)勢。其主要是通過在深基坑四周開挖一定深度的槽體，吊放鋼筋籠后使用混凝土澆筑形成的墻體。其優(yōu)勢在于能夠最大限度降低施工對周圍環(huán)境的影響，且抗?jié)B及抗壓能力良好，不足之處在于該法形成的止水帷幕深度大，混凝土澆筑難度高，若處理不當會造成墻壁坍塌[8]。

2.3 凍結(jié)法

凍結(jié)法主要是采用人工制冷技術(shù)將基坑四周的含水土體凍結(jié)形成止水帷幕來阻止地下水滲流至基坑內(nèi)。凍結(jié)法可以顯著提高基坑周圍的土體強度及密度，因此在我國的軟土地區(qū)應用廣泛。與此同時，其也具有施工造價高、施工周期長等劣勢，因此需要結(jié)合實際工程來進行綜合考慮。

3 工程案例

3.1 工程概況

某新建商業(yè)廣場工程總建筑面積12580.36m2，全部為框架結(jié)構(gòu)；其中，地下建筑面積為2963.07m2、地上建筑面積為9617.29m2，建筑層數(shù)：地下一層（層高4.8m）、地上4層（其中一、二層層高為5.6m，三、四層層高為5.9m），建筑高度23.63m?；A(chǔ)采用旋挖成孔灌注樁基礎(chǔ)，樁端持力層為中風化巖，樁身混凝土設(shè)計強度為C30、護壁混凝土設(shè)計強度為C25，基礎(chǔ)為梁板式筏板基礎(chǔ)，地下室底板為防水板混凝土設(shè)計強度等級為C30板600mm，抗?jié)B等級為P6，地下室鋼筋混凝土剪力墻混凝土設(shè)計強度等級為C30，抗?jié)B等級P6，柱混凝土強度設(shè)計等級為C35，頂板混凝土強度設(shè)計等級為C30，抗?jié)B等級為P6。

本工程建設(shè)場地內(nèi)的原有建筑物主體結(jié)構(gòu)已進行拆除，由于原建筑基坑開挖時已采用支護樁進行支護，且本工程基坑范圍恰好位于原建筑基坑的支護范圍內(nèi)，因而本次新建工程的基坑可不另外進行支護?？辈觳块T對現(xiàn)場進行勘察后發(fā)現(xiàn)工程場地的含水層厚且水量豐富，綜合考慮后建議抗浮水位取室外地面以下2m，并要求基坑施工時應做好基坑降水工作，防止基坑坍塌的發(fā)生。

原有建筑地下室基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，持力層為圓礫處層和強風化粉砂巖層，地下室高度6.85m～10.5m?，F(xiàn)擬建新建筑地下室深度4.8m，位于原有地下室上部，由于前期未對拆遷公司進行詳細的技術(shù)交底，導致拆遷公司在拆除原有建筑地下室底板時將原有的地下室墻也拆除了一部分，并最終導致大量地下水滲流進基坑，使得旋挖成孔灌注樁無法成孔，嚴重影響了工程的進度。

3.2 降水方案選擇及效果評價

考慮到擬建新建筑周圍建筑密集，地下管道錯綜復雜，且原有建筑基坑開挖時已經(jīng)做了基坑支護，最終決定采取地下連續(xù)墻止水帷幕法對基坑進行降水。具體方案為：將拆除的原有地下室墻用提高一級的混凝土澆筑成型，形成一個連續(xù)閉合的地下連續(xù)墻，進而阻止了基坑四周的地下水滲流到基坑內(nèi)，保證了基坑的干槽作業(yè)，同時也消除了基坑降水導致周邊建筑出現(xiàn)結(jié)構(gòu)下沉開裂的風險。綜上，本次利用原有建筑地下室混凝土墻作為基坑降水帷幕，有效地縮短了擬建新建筑地下室施工的工期，降低了地下室的工程造價，取得了良好的社會及經(jīng)濟效益，也證實了在基坑降水施工中采用止水帷幕法可以獲得較好的效果，可以供類似的工程借鑒。

4 結(jié)論

本文介紹了基坑降水的方法和原理，結(jié)合具體工程案例分析了止水帷幕法在基坑降水施工中的高效性，獲得的結(jié)論如下：

①針對不同類型的深基坑工程，應根據(jù)基坑周圍的環(huán)境條件選取合適的降水方法，在實際工程中應靈活多變，不局限于某一種降水方法的使用；

②采用止水帷幕法對深基坑進行降水可以獲得較好的效果，能夠有效縮短工期、降低造價，但應結(jié)合工程的實際情況選取適宜的手段對基坑進行降水施工。