武漢市深厚互層土某超深大基坑的幾點思考

楊新文 楊立新

（1.中南勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430071 2.中南勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430071）

1 引言

武漢長江I級階地為第四系全新統河相沖級層，具有典型二元結果，分布有深厚的粉質粘土與粉土、粉砂互層土。由于該層土分布不穩定，水平及垂直方向上分布極度不均，呈各向異性。特別是該層土水平方向的滲透系數遠大于垂直方向滲透系數，該層中粉土、粉砂含孔隙承壓水，基坑開挖后，當地下水力坡降達到或超過土體的臨界水力坡降時，會因滲透破壞而產生流土，導致坑壁失穩，當基坑開挖到該類土層中時，由于層間飽含承壓水，基底施工極易使該層擾動而使強度大幅度降低，基底經常積水給基坑施工作業帶來不便，因垂直方向上分布有較多的粘性土夾層，滲透系數較小，管井降水很難將粉砂、粉土夾層中地下水水位降低或水量疏干。該層土對基坑穩定及開挖具有較大影響。本文以武漢航運中心大廈超深大基坑為例，該基坑采用TRD水泥土攪拌墻落底止水帷幕，水力沖挖技術，針對該基坑開挖出現的一些問題進行探討分析，為武漢地區類似場地基坑提供經驗及借鑒。

2 工程概況

武漢航運中心大廈位于漢口沿江大道民權路與民生路交匯處。由1棟62層塔樓（高330m）及2棟47層住宅樓1棟26層住宅樓及5層商鋪裙樓和4層地下室組成。

擬建層塔樓及47層住宅樓26層及采用鉆孔灌注樁基礎，樁端持力層為⑥中風化泥巖，地下室基礎采用天然筏板基礎，以②-2粉質粘土與粉土、粉砂互層為持力層。抗拔樁為鉆孔灌注樁（僅考慮抗拔），樁端以⑥中風化泥巖為持力層。

工程基坑長約210m，寬約170m，基坑面積約32000m（單層），普遍開挖深度約19～22.4m，塔樓區域開挖深度達29m。

基坑周邊環境條件復雜，北側臨民生路及1東16層居民樓，東側臨近沿江大道，南臨長航大廈，西臨黃陂街，距離長江堤岸最近距離僅60m。道路及周邊地下管網、臨近建筑及長江防汛墻是基坑設計保護重點。

3 工程地質條件與水文地質條件

擬建場地勘探范圍地層可劃分為以下幾層：①雜填土，層厚4.6～9.6m；②-1粉質粘土夾粉土，層厚3.0～12.4m；②-2粉質粘土與粉土、粉砂互層，層厚 6.6～15.9m；③-1細砂，層厚 2.7～16.5m；③-1a粉質粘土，層厚0.0～2.2m；③-2細砂，層厚 0.80～23.7m；③-2a粉質粘土，層厚 0.0～2.7m；④中細砂夾卵礫石，層厚0.0～3.9m；⑤強風化泥巖，層厚0.3～2.5m；⑥中風化泥巖，頂板埋深約57m。

基坑開挖深度大，基底大部分位于②-2粉質粘土與粉土、粉砂互層，局部位于③-1細砂層。

場地地下水為上部雜填土中的上層滯水及砂層、卵礫石層中的承壓水以及下部基巖中的裂隙水等三種類型水。

賦存于①雜填土層中的上層滯水，無統一的自由水面，其水位、水量隨季節變化，主要受大氣降水、生活排放水滲透補給；鉆探期間，部分孔中測得上層滯水水位在地然地面以下1.90～2.0m。

賦存于砂土層中的承壓水，與長江有一定的水力聯系，其水位變化受長江水位變化影響，水量較豐富；根據場區東側《長江航運中心大廈抽水試驗報告》（2011年11月），場區下部砂層承壓水含水層平均滲透系數K取18.29m/d，R取200m。抽水試驗期間為枯水季節，武漢地區I級階地承壓水水位的絕對標高值一般為17.0～22.5m，受長江水位影響，臨江一帶年變化幅度為5.00～7.00m，最高承壓水位的絕對高程（黃海高程）可超過23.00m（據武漢關水文站實測資料，長江段最高洪水位為27.67m）。長江、漢江與其兩岸地下承壓水有較密切聯系，本工程緊鄰長江，水位互補關系明顯。

賦存于基巖裂隙水，主要賦存于場地基巖裂隙中，總體水量較小且不均勻，場地內所分布的基巖僅少量裂隙中裂隙水與第四系砂卵石層承壓水相連通。

4 基坑支護形式及開挖方式

基坑采取鋼筋混凝土地下連續墻（非落底）+四道雙圓環內支撐進行支護，兩道環形支撐半徑分別為64.5m、75.2m，國內罕見，止水帷幕采用落底TRD水泥土攪拌墻（墻深度約57m，武漢地區首次應用）。

工程基坑開挖深度大，土方開挖量約68萬m2，距離長江僅60m，是目前全國離長江最近的超大深基坑工程。項目地下承壓水水位高，土層主要為粉質粘土以及粉質粘土與粉土、粉砂互層，粉砂土，地下室共4層，在施工到一定深度后，大型機械難以繼續施工。項目經過多方論證，決定采用在國內房建領域極少運用的水力沖挖技術。該技術根據水流經高壓泵產生壓力，通過水槍噴出一股密實的高速水柱，切割、粉碎土體，使之濕化、崩解，形成泥漿和泥塊的混合物，再由立式泥漿泵將泥漿吸入管道輸送到指定的場地內沉淀，解析出的水可以重復利用，而沉淀下來的泥土可作為場地回填土或外運。

圖1 鋼筋混凝土地下連續墻（非落底）+四道雙圓環內支撐進行支護

圖2 水力沖挖

5 事故及處理

當基坑基本挖到裙樓基坑底（自然地面下約18.3m深），2015年11月30日上午9點左右，現場在施工開挖塔樓坑中坑時，場地塔樓D16軸線～D19軸線段出現流土，流沙，東北側小局部已澆混凝土墊層由于流土，流沙形成空洞發生塌陷。隨即建設單位組織相關單位進入現場對現場情況進行了技術咨詢，發現降水施工單位把設計布設的降水井減少了幾口，由于施工開挖原因，事發場地附近已經施工的2口降水井被損壞，失去功效。發現原因后，建設單位立即組織相關人員進行補充施工降水井，降水井施工完成后，同時開啟降水，使基坑穩定下來。

為趕工期，塔樓四周局部土方開挖時，施工單位未按照基坑施工論證要求“當基坑開挖到基底0.8m時，嚴禁采用水力沖挖，而應采用機械及人工開挖”。直到距基底0.2～0.3m左右時才采取人工開挖。由于②-2粉質粘土與粉土、粉砂互層土特性，基底由于擾動強度降低，形成“橡皮土”，基底經常積水給基坑施工作業帶來不便。經相關單位檢驗，基底土層不滿足設計要求，需要處理。建設單位組織相關單位對現場情況進行了技術咨詢，根據技術咨詢建議，為探明地下室天然地基擾動情況，在天然地基基礎部位進行靜力觸探施工勘察，將靜探結果與原詳勘報告進行對比，查明土層擾動情況及程度，對影響區域共布設52個靜力觸探孔，根據咨詢意見及勘察成果分析如下：

（1）根據勘察成果對持力層②-2粉質粘土與粉土、粉砂互層未形成擾動的區域，不需處理，按原設計要求進行。持力土層基本沒擾動的區域孔共計21個。

（2）持力層②-2粉質粘土與粉土、粉砂互層擾動較小的區域承載力能達到100kPa（由于原來按天然地基筏板基礎設計，抗拔樁僅考慮抗拔作用，后經設計單位考慮抗拔樁抗壓作用，基礎承載力需達到100kPa，才能滿足設計要求），地基承載力亦可滿足要求，不需要處理；持力土層擾動較小、土層承載力能達到100kPa的區域的勘探孔共計21個。

（3）對持力層②-2粉質粘土與粉土、粉砂互層擾動較大，該層承載力fak=70kPa的區域，對擾動土需處理。該區域的勘探孔共計10個，孔號為6（需處理上部 0.6m 厚土層）、13、14、15、16（13～16 號孔需處理上部 0.6～1.1m 厚土層）、21、22、31（需處理上部 0.9～1.6m 厚土層）。49、50（需處理上部0.9～1.2m厚土層）。處理措施可采用素混凝土換填或高壓漩噴處理。綜合考慮工期，經綜等各方面，最終采用素混凝土換填處理。經處理后，經過相關檢測及監測，均達到設計要求。

6 結語

當基坑坑底位于粉質粘土與粉土、粉砂互層時，該層對基坑穩定性影響大，基坑設計施工時應引起足夠重視，應采取有效工程措施（降水井深淺結合或真空吸水井），保證基坑安全。地下室基礎設計時，如采用樁基礎時，為策安全，樁基礎設計時宜既考慮抗壓又考慮抗拔。

水力沖挖可節約大量工期，但距基底0.8～1.0m時，應嚴禁采用該施工方法，以免降低基底土層承載力。

當基坑采用落底止水帷幕（地下連續墻或TRD水泥土攪拌墻落底至基巖）時，由于施工中往往存在缺陷，且底部基巖也存在著一定裂隙，落底止水帷幕并不能完全阻隔基坑內外地下水聯系。在采用地下連續墻的情況下，坑內外水頭差很大，側壁隔滲顯得十分重要，除地連墻接頭部位應采用高壓旋噴外，如有特別重要保護對象，該支護段地連墻內外兩側應另設連續三軸攪拌站止水帷幕，帷幕進入坑底3～5m即可。根據武漢地區目前經驗故，在設置全落底帷幕的情況下，總的抽水量約為無帷幕敞開降水總水量的40～50%。