周鹏华1,2
（1．中建三局集团有限公司工程总承包公司，湖北 武汉430070；
2．湖北中建三局建筑工程技术有限责任公司，湖北 武汉430070）
[摘要]以武汉市天悦星晨项目为依托，总结了在临江水文地质条件下选择嵌岩地下连续墙作为隔水帷幕时，基坑内外降水井布设的经验方式。并由降水联通试验得到嵌岩地下连续墙坑内或坑外降水时，基坑内外降水井的水位变化曲线，证实了基坑内外存在微弱的水力联系。
[关键词]地下连续墙；降水；基坑；监测；沉降
[中图分类号]TU753 [文章编号]1002-8498(2016)01-0033-05
0 引言
基坑止降水设计是基坑设计的重要组成部分，在临江、临湖等地下水位高的软土地区进行超深基坑施工，基坑止水、坑内降水和减少对周边环境影响等都是不得不考虑的工程问题。目前关于基坑降水设计研究主要集中在止水帷幕设计、坑内外降水、沉降评估等方面；理论研究主要集中在地下水渗流、水土耦合、沉降机理分析等方面。就降水计算而言，现有的降水设计规范或计算理论多采用解析法，一些较为通用的设计软件也是基于解析法。近年来，研究人员努力发展数值模拟方法分析基坑降水过程，已取得了一些成果，就基坑降水中井群的干扰、非稳定井流的计算，以及如何实现降水井点的平面优化布置等课题进行了深入研究。目前关于基坑开挖降水引起坑外地面沉降方面，则主要集中在降水引起坑外地表沉降的机理研究及计算模型两方面。
除基础理论研究之外，岩土工程师们已逐渐认识到现场施工和监测的重要性，并提出了信息化施工方法。在基坑降水施工中，对周围建筑物沉降及时进行观测，并根据前期实测沉降对发展趋势、未来沉降量的大小进行预测，获取动态信息，调整施工方案，及时采取必要的工程措施。
本文以武汉市天悦星晨项目深基坑工程为背景，对基坑降水设计、降水试验和基坑施工地下水监测数据进行总结，研究了在武汉临江富水地质条件下，嵌岩地下连续墙止降水效果及周边环境沉降规律，为相似基坑工程降水设计提供参考。
1 工程概况
天悦星晨项目基坑工程位于武汉市汉口胜利街和三阳路交界处，基坑北侧为武汉市人大办公楼，东侧为长江及沿江大道，离长江270m，属于临江超深基坑。基坑周边条件复杂，三边为市政道路，基坑南侧为规划中的地铁线路。基坑开挖面积约8 714m2，基坑周长约423. 7m，基坑普挖深度为22. 5m，塔楼局部开挖深度为27. 1m。
场地地貌单元属长江I级阶地，地势较为平坦。勘探深度范围内揭露的地层均为第四系全新统冲积成因的一般黏性土和砂土、卵石层。本场地地下水类型可分为上、下2层：上层为赋存于杂填土层和粉土层中的上层滞水，勘察期间测得稳定水位埋深0.5~3. 9m，下层水为赋存于下部粉细砂卵石层中的承压水，与长江有密切的水力联系，其水位受长江水位变化影响，水量丰富。场地承压水水位年变幅为3~4m。上、下层地下水因黏性土隔离而无水力联系。依据抽水试验结果，抽水试验期间测得场内孔隙承压水埋深在5. 5m左右，相当于绝对标高19. 280m。抽水试验测得场内承压含水层的渗透系数为13. 20m/d，影响半径201. 76m。
基坑总体支护方案为落底式超深地下连续墙（三墙合一）结合坑内竖向4道混凝土支撑。基坑降水采用周边嵌岩落底地下连续墙隔水+坑内深井降水与坑外备用中深井降水相结合的地下水处理措施。采用“降隔结合”方式进行地下承压水处理设计，以确保基坑开挖和地下室施工的顺利进行，防止由于坑壁流水（砂）、坑底突涌等地下水水患而造成的周边地面和建（构）筑物的变形过大，而引起城市次生地质灾害。基坑内共设置27口深井降水井，井深38m，基坑外设置13口观测井。
2 临江落底式帷幕降水技术研究
本基坑止水帷幕采用嵌岩地下连续墙作为主要隔水帷幕，地下连续墙进入坑底强风化砂砾岩层1m，深度52~55m;在地下连续墙内外两侧设计施工三轴搅拌桩止水帷幕，三轴搅拌桩起辅助隔水和稳定地下连续墙施工过程中槽壁稳定的作用，在地下连续墙存在施工渗水点时，可以起辅助隔水作用，止水帷幕深度25. 5m。
基坑采用落底式止水帷幕时，原则上不需要设置大量的坑内外降水井，只需要基坑内部设置少量疏干井，降低基坑内的地下水和从基坑底部强风化层渗透进入的少量地下水；但地下连续墙属于地下隐蔽工程，在基坑施工过程中，可能存在施工薄弱点，存在渗漏点，同时嵌入深度等的不确定性都将导致止水帷幕不能完全形成竖向和坑底截水。所以基坑降水井设计时，主要为布设备用井形式，防止 因地下连续墙施工问题和强风化岩面起伏较大 引起的地下水渗漏。
基坑内外降水井布设数量和位置主要按敞开式基坑止水帷幕布设，然后采用经验折减系数折减，本工程折减系数取0.5；即在敞开式基坑降水井布设的基础上坑内外折减一半降水井，但坑外折减数量较基坑内部大。基坑外降水井作备用井和观测井用，在基坑内部降水井全开情况下仍不能满足土方开挖施工要求时才允许开启；基坑内部降水井作疏干井和观察井用。
本工程场地水力学参数及坑内外降水井布设如表1，2所示。
3 现场抽水联通试验
为研究临江嵌岩地下连续墙的止水效果，特进行了基坑内抽水、坑外观测与基坑外抽水、坑内外观测2组地下水抽水联通试验。
3.1 第1组抽水联通试验方式
抽坑内W11井降水，观测坑外G6和G7井的水位变化，如图1所示，G7井的降深曲线如图2所示。
从各井的降深曲线可以看出：
1）W11,G6和G7井在W11井开始抽水持续抽水和停止抽水的过程中，3个井的降深曲线形状完全相似，但在降深值上存在很大差异。
2)各降深曲线在开始降水后水位降落至最大降深，在持续降水阶段水位基本保持稳定，停止降水后水位迅速回升到原地下水位值。
3)降水井水位下降速度明显快于坑外观测井水位下降速度，在各不同落程下，坑内降水井降至最大降深的时间在50min左右，而坑外观测井降至最大降深的时间在100min左右，坑外水位下降明显滞后于坑内抽水井水位下降速度，说明嵌岩地下连续墙较好地起到了阻隔坑内外承压水联系的作用。
4)相对于降水井的水位最大降深（-9.500m），基坑外观测井的水位最大降深（-0.100m和-0.080m）小得多，说明嵌岩地下连续墙隔水效果明显；同时离坑内降水井W11远的G6井较G7井最大降深要小（见图3），说明虽然有嵌岩地下连续墙的存在，降水井的影响半径效应仍然存在，坑内外仍然存在微小的水力联系。
5)从以上各曲线图分析可以得出：因嵌岩地下连续墙的存在，基坑内外只存在微小的水力联系，嵌岩地下连续墙隔水效果明显。
3.2第2组抽水联通试验方式
坑外G7井抽水，坑外G6井和坑内W11井观测地下水水位变化。其抽水井的降深以及观测井的降深随时间的变化规律如图4所示。坑内外观测井最大降深曲线对比如图5所示。
从以上降深曲线可以看出：
1)在基坑外抽水时，类似基坑内抽水，降水井和观测井水位降深曲线变化规律类似。
2)坑外G6观测井水位下降至降深最大值时的时间为50min，快于坑内W11观测井的水位下降时间100min，而W11观测井离G7抽水井距离较G6井要近，说明嵌岩地下连续墙隔水效果明显；同时最终降深G6为1.7m，W11为0.08m，从两者存在约20倍的差异也可以看出，坑内外地下水联系微弱。
3)当G7井抽水达到最大降深8m时，G6井的水位降深也只有1. 7m左右，说明在没有嵌岩地下连续墙间隔的坑外，地下水补给相当丰富，基坑场地和长江水利联系密切。
4 嵌岩地下连续墙坑内外水位监测分析
在基坑开挖过程中，对基坑内外降水井和观测井进行了持续的地下水水位观测，以确保基坑安全及土方开挖的正常施工，坑内外地下水水位变化曲线如图6，7所示。
在基坑开挖过程中，主要开启基坑内降水井，持续降水，确保基坑内地下水水位在开挖面以下1m，随着基坑开挖深度的降低，降水深度不断增加，开启降水井数量不断增多，在基坑开挖到最大深度- 27. 100m时，基坑局部地下水深度在- 30. 000m,此时开启的坑内降水井数量为15口，占设计总数量的56%。在地下连续墙施工质量较好、向坑内渗水不丰富的情况下，降水井设计有富余。
在基坑开挖降水过程中，基坑内地下水水位不断下降，而基坑外地下水水位几乎没有下降，在3到5月份，随着汛期慢慢来临，长江水位不断上升，基坑外地下水水位还有上升的趋势。类似于临江这种富水水文地质条件下的基坑工程，在采取嵌岩形式的地下连续墙时，基坑降水几乎不会影响基坑周边环境地下水水位变化，由此而产生的对周边环境影响也较小。嵌岩地下连续墙止水帷幕是类似富水环境下，基坑有效的止降水设计形式。
5 落底式帷幕基坑降水坑外沉降评估分析
在基坑开挖降水过程中，基坑支护结构水平位移和基坑降水都将引起周边环境沉降，特别是在富水地区，基坑外地下水位的持续下降，将引起孔隙水压力的持续降低，土体有效应力持续增大，土体持续沉降；基坑外土体沉降由两部分叠加引起，而坑外水位下降占主导地位，基坑止降水设计与施工的优劣，将直接影响坑外沉降的大小，在临江、临湖环境下，若止降水设计施工不当，将引起土体差异沉降，而使周边建筑破坏。
为保障周边建筑环境安全，对周边环境进行了持续的沉降监测，同时分析评估基坑开挖和降水对周边环境的沉降影响。
从基坑坡顶沉降可以看出，坡顶沉降在基坑开挖过程中，沉降持续增加，基本呈线性变化，坡顶最大沉降在8mm左右，沉降值较小，和武汉地区一般非落底嵌岩型止水帷幕基坑相比，该沉降值明显偏低。
在基坑开挖过程中，对周边道路和建筑物进行了持续监测，如图8所示，由图8可以看出．周边道路和建筑沉降规律和基坑坡顶沉降规律类似，基本呈线性变化，且总体沉降值不大，最大沉降量为周边道路沉降，在13mm左右。
从以上3类监测结果曲线可以看出，在嵌岩地下连续墙良好的隔水效果下，虽然基坑临江富水，且在基坑开挖中持续抽水，但是基坑外地下水位下降小，基坑外沉降小，对周边环境所造成的沉降影响也非常小。
文章统计了离基坑不同距离沉降监测点的坑外沉降值，虽然嵌岩地下连续墙和一般敞开式止水帷幕在止降水原理上存在很大差异，但基坑外沉降规律基本相似，随离基坑距离的增加，沉降值先增大到峰值，随后渐渐减小，但基坑外总体沉降值不大，沉降变化及沉降差异也很小。
6 结语
本文通过对天悦星晨基坑工程降水井设计总结、现场抽水联通试验和基坑监测分析得出以下一些可供临江深基坑工程止降水设计参考的结论。
1)在临江、临湖等富水地区选择嵌岩地下连续墙作为隔水帷幕时，基坑内外都需设置降水井以备地下连续墙渗水时坑内外降水使用，降水井布设可按一定深度的敞开式帷幕计算，然后乘以经验折减系数，减少降水井数量。
2)由降水联通试验可知：嵌岩地下连续墙基坑 内外存在微弱的水力联系；无论是坑内还是坑外降水，所有降水井降水落程曲线都相似；坑内降水时，坑外水位只有微弱降低，坑外降水时，坑内降水井亦只有微弱降低；在地下连续墙一侧降水时，另一侧水位降低存在滞后效应。
3)因嵌岩地下连续墙的存在，在基坑开挖降水过程中，只有基坑内部水位持续下降，基坑外水位几乎不受影响，在汛期还有水位上升趋势。
4)因嵌岩地下连续墙的良好隔水效果，坑外水位几乎无下降，所以坑外沉降较小，只有10mm左右的微小沉降，主要由基坑土方开挖引起。
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