权 威，朱浦栋，谷喜权

(1.中南勘察基础工程有限公司,湖北 武汉 430082; 2.武汉路通市政工程质量检测中心有限公司,湖北 武汉 430010)

0 引言

武汉地区地处江汉平原,被长江与汉江交汇分割为三镇,地貌单元跨越长江一级阶地(湖积相、冲积相平原)、二级阶地和三级阶地(剥蚀垅岗)[1]。根据湖北省及武汉市河道及堤防管理规定,防洪控制区为长江防汛墙后堤脚500 m,武汉防洪控制区基本位于长江一级阶地,属于地面沉降重点防控区。而防洪控制区内的长江一级阶地为全新世(Q4)土层,上部以黏性土、粉质黏土为主,中下部为互层土(粉土、粉砂与粉质黏土互层)、粉细砂及底部卵砾石层,含水层厚度为30 m～45 m,颗粒上细下粗的沉积规律,具有渗透系数沿深度方向呈规律性增大的特性[2-3]。承压水含水层厚度大、水头高、水力联系紧密成为武汉地区地下室抗浮设计[4-5]和深基坑工程[6-8]的一大特点。

根据武汉市相关规定:一级阶地防控区内的建筑工程设置3层及以上地下室或基坑开挖深度不小于16.0 m,且需进行疏干降水时,应采用落底式止水帷幕或落底式地下连续墙[9-10]。上述规定中落底式止水帷幕的设计并未考虑场地地形标高、场区历史最低水位、周边已完工项目影响、长江水位变化引起两岸承压水水位变化、施工时间节点等影响因素,机械地套用不仅造成基坑工程投资过大,还会形成长江与两岸水力互换的障碍,不仅不符合建筑产业绿色低碳转型战略,也不符合资源节约型的可持续发展战略,因此有必要结合工程实践对长江一级阶地滨江基坑工程进行探讨。

本文以嘉里汉正街B1地块基坑工程为研究对象,结合场地标高、本场地历史最低水位、周边项目影响、历史水位起伏等综合因素,对滨江深基坑项目止水帷幕选型及基坑工程降本增效进行综合分析研究。

1 工程概况

嘉里汉正街B1地块项目位于武汉市区江汉区,地理位置属于长江与汉江交汇处,民权路与民族路交汇处,与长江大堤距离370 m～600 m。项目北侧为单行线的民权路,场地东北角区域为3层历史保护建筑,距离基坑开口线8.5 m～11.8 m;东侧为花楼街,主要分布2层—3层浅基础民房,民房距离基坑开口线6.8 m～9.1 m;西侧为统一街,施工期间暂为空地;南侧为规划二期用地及规划地下环道空间。基坑周边环境详见图1,施工过程如图2所示。

本项目用地面积19 627 m2,基坑面积约18 800 m2,周长563 m,地下室满铺2层—3层,基坑开挖深度7.4 m～16.3 m。

2 岩土工程条件

2.1 区域地质及场地地形地貌

本场区地貌单元属长江Ⅰ级阶地,场地地势较平整,场地地面标高在25.77 m～29.37 m之间,地面高差3.60 m,整平后地面标高25.55 m。根据统计,武汉地区长江两岸地面标高整体位于21.00 m～24.00 m区间,该场区地形标高远高于平均标高,为本场区重要有利条件。

典型断面示意如图3所示,土层物理力学性质如表1所示。

2.2 水文地质条件

影响本项目的水文因素主要为上层滞水、孔隙承压水及基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于①层杂填土层中,无统一自由水面,其动态变化受大气降水、地表水下渗及人类生产、生活用水排放影响。孔隙承压水主要赋存于③层、④层组、⑤层中,与长江水体具备密切的水力联系,其水位变化受长江水位变化影响,水量较丰富,拟建场地的承压水水头标高约为16.45 m。区域水文资料表明,本场区承压水水头高度年变化幅度在3.0 m～4.0 m之间。孔隙承压水历史最高水位标高约为21.0 m。基岩裂隙水主要赋存于场地基岩裂隙中,总体水量较小且不均匀。影响本项目的孔隙承压水层基本参数为K=18.60 m/d,影响半径R=164.32 m。

3 基坑支护设计方案

3.1 项目重难点分析

施工条件紧张及地下结构标高的多样性是本项目基坑工程的重难点问题。因本项目南侧为规划地下环道,地下环道用地红线与本项目紧贴,同时本项目因建筑及结构要求,导致支护桩与止水帷幕空间仅有1.2 m左右,无法分期施工支护桩与止水帷幕。本项目局部2层,局部3层,北侧主楼为2层—3层交界处,导致基坑北侧主楼区电梯井坑中深度达到9.0 m。本项目西侧为统一街借用地下空间,-1层未铺设地下室,主要为规划道路下埋设管线空间,-2层/-3层为临时借用空间;2层地下室区域普挖深度8.7 m,3层地下室区域普挖11.3 m～13.6 m。整个地下室埋置深度多样化,高差交界面过多,导致采用统一内支撑标高时必定顾此失彼。

3.2 总体方案

本项目采用钻孔灌注桩+1道混凝土内支撑+850 mm三轴搅拌桩止水帷幕方案。内支撑布设满足分区、分块、快速、独立、后期互不影响的施工要求;止水帷幕的设置同步考虑满足基坑降水引起周边环境要求及堤防管理部门的要求,设计基本参数如表2所示,典型断面如图4所示。

3.3 降水设计

本项目降水设计理念为兼顾场地历史最高水位及最低水位的变幅,考虑长江水位变幅引起的周边历史沉降。经查询,武汉地区长江最高洪水水位29.73 m(吴淞高程),最低枯水位8.87 m(吴淞高程)。2021年1月份现场实测承压水水头为黄海高程12.00 m,该数据同两江四岸相同距离项目观测水位一致,同时结合本项目临江区域已完工汉正一号项目,该项目降水后水位标高低于本项目目标降水标高,且与本项目直线距离仅有200 m;综合考虑上述因素,根据规范要求,设置降水井50口,井深31.0 m,实管长度14.0 m,滤管+沉淀管总长度17 m。经计算,本项目基坑降水引起周边沉降为不大于4 mm,基坑降水引起的地面沉降对周边环境影响可忽略不计;对长江大堤无影响。因此本项目止水帷幕选型为悬挂式止水帷幕,长度为坑底区域下3.0 m。经测算,止水帷幕选型的调整,可节约成本造价2 000万元。

3.4 电梯井坑中坑设计

根据地方经验采用高压旋喷桩五面封措施,概算价约1 800万元,其中空桩约1 000万元,实桩800万元,主要原因为电梯井坑中坑均处于主楼以下,空孔部分较多,且施工为地面施工,施工质量难以把控。参考相邻项目经验,高压旋喷桩在互层土及粉细砂层中容易产生“冰糖葫芦”型的效果,从而无法解决侧壁及坑底漏水问题。因此本项目结合止水帷幕选型计算及地面沉降计算结果,将五面封措施调整为深井降水+侧壁止水帷幕+放坡卸载方案,深井降水解决承压水突涌问题,侧壁止水帷幕防止互层土或砂层流失垮塌,放坡卸载不仅加快工期,还可降本增效。经设计优化后,坑中坑概算价仅为300万元,直接节约成本1 500万元。施工过程图如图5所示。

3.5 支护桩与止水帷幕共中心线

本项目南侧为规划地下环道,根据相关建设单位要求,B1地块地下室外墙与地下环道距离不得小于3.0 m,且地下环道需提供0.8 m施工肥槽。本项目无法实现支护桩与剪力墙合并设计,考虑将支护桩与止水帷幕合并设计,止水帷幕与支护桩共中心线,详见图6。其中止水帷幕先行施工,后施工支护桩,节约部分空间。

4 监测数据反馈

基坑监测周期自2020年11月份—2022年2月份,监测项目包括周边道路、建筑物、支护桩桩身测斜、冠梁水平/竖向位移、立柱桩竖向位移、内支撑轴力、基坑内地下水位监测等内容进行检测,共设置监测点56个,监测点布设如图7所示,结果如表3所示。

表3 基坑监测成果汇总表

随着基坑的开挖,地面沉降基本满足桩身测斜与地面沉降0.8倍～1.0倍关系,另外基坑东侧建构筑物总体变形不大于12 mm,满足要求,基坑监测各项指标均在规范要求范围内,周边环境及建筑物未受到影响,土方开挖及地下结构施工过程中支护结构无异常现象,没有出现异常变形,整个实施过程中没有出现险情,圆满完成了基坑支护和地下水控制任务。桩身测斜结果及东侧冠梁水平位移结果如图8,图9所示。

5 结论

本项目结合场地历史水文,考虑武汉近30年发展引起的地下水水位下降,综合考虑本项目周边类似深度项目降水影响,以信息化、实时化的方法解决了长江一级阶地深厚软土沉降严控区3层地下室的开挖采用悬挂式止水帷幕,仅基坑工程中止水帷幕设计及电梯井坑中坑方案实施,为建设单位节约直接成本3 600万元。基本结论如下:

1)武汉都市发展区长江一级阶地沉降防控区基坑方案,不可机械照搬3层地下室或基坑深度超过16.0 m必须设置落底式止水帷幕或落底式地下连续墙方案的规定,而是应综合考虑地面标高、长江历史水位起伏、本场区内历史最高、最低承压水水位,周边已施工项目对本场区影响等因素综合评估基坑开挖引起地面沉降对周边环境的影响后进行确认止水方案。

2)长江一级阶地电梯井坑中坑设计采用五面封的设计方案过于浪费,且施工效果难以保证。结合本项目经验,应根据现场实际,在确定降水对周边环境影响可控的前提下,可采用深井降水防止坑中坑突涌,侧壁止水防止互层土或砂层流失垮塌,放坡卸载提高施工效率的方式,大幅度降低坑中坑支护成本并提高工期。

3)支护空间狭窄时,可采用同轴施工的方法,先期施工止水帷幕,后期施工支护桩,在保证桩位及垂直度的前提下,可直接解决施工空间不足的难题。