止水帷幕法在深基坑降水中的应用探析

杨杰，杨鸿玮

（1.黄山徽建控股集团有限公司，安徽 黄山 245000；2.黄山市文化产业投资集团有限公司，安徽 黄山 245000）

1 引言

城市化建设步伐的加快使得城市中的人口数量显著增加，但城市中建设用地的面积却在不断减少。人口的快速增长与相对有限的土地资源之间的矛盾不断加剧，为了更好地提高城市土地的利用率，高层建筑成为城市发展的新趋势[1]。高层建筑的基础埋深一般较大，其基坑工程的施工常需要在含水层中进行，但在含水层进行基坑施工时易发生土层坍塌、流沙等土层失稳等灾害，严重影响到整个工程的质量安全。因此在基坑工程施工前往往需要将地下水位降至施工部位以下来保证基坑的开挖及支护处在一个干燥的环境下进行。以往的研究表明[2,3]，深基坑工程的事故多与地下水有关，特别是在沿海、沿江的城市，地下水的处理尤为重要，如何做好高层建筑深基坑的降水施工是高层建筑施工中的重点和难点。本文从基坑降水的方法及原理出发，结合具体工程案例，验证了止水帷幕法在基坑降水施工中的高效性，结论可为相关从业人员提供参考。

2 深基坑降水方法及适用条件

当地下水位高于基坑底部时，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渗水，保障基坑工程的干槽作业；提高基坑开挖坡面的稳定性；增强基坑周围土体的力学性能；促进基坑周围和底部土体固结。针对不同的深基坑工程，应根据基坑周围的环境条件选取合适的降水方法。目前深基坑降水常采用的方法主要有井点降水法、止水帷幕法与冻结法。

2.1 井点降水法

井点降水法是通过在基坑周围按照一定的间距设置降水井来抽取地下水进而实现基坑降水的一种手段。通常来说，井点降水法需要将地下水位降至距离基坑坑底0.5m～1.0m处，确保基坑内的施工处在一个干燥的环境中。井点降水法依据其布置方式和排水方式的不同可以分为集水明渠、轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点、砂砾渗井等7类，其适用条件有所差异。其中集水明渠、轻型井点、喷射井点适用于含薄层粉砂的粉质沙土、粉质粉土、砂质粉土等土层环境，土体的渗透系数多在1×10-7cm/s～2×10-4cm/s；电渗井点适用于粘性土，土体的渗透系数多小于1×10-7cm/s；管井井点和深井井点主要适用于砂土和碎石土，土体的渗透系数一般应大于1×10-8cm/s，砂砾渗井适用于粘性土、砂土和粉土等土体，土体的渗透系数一般应大于5×10-7cm/s[5]。

2.2 止水帷幕法

止水帷幕法根据其使用原理的不同可以分为高压旋喷桩止水帷幕、水泥土搅拌桩止水帷幕和地下连续墙止水帷幕。

①高压旋喷桩止水帷幕

高压旋喷桩止水帷幕是通过高压旋转喷嘴将水泥浆液转化为20MPa～40MPa的高速流体通过预成孔注入至土层内部与土体混合，形成坚硬的柱状固结体。高压旋喷桩的成桩要经历以下两个步骤：首先是利用钻机控制喷射管和喷头进行成孔达到预定深度，施工中应保证喷射管的密封性良好。然后将高压射流与土体进行混合成桩。该法的优势主要在于施工占地小、噪音污染小，但其造价高且会对环境产生破坏。因此在实际工程中应结合具体情况进行综合考虑[6]。

②水泥土搅拌桩止水帷幕

水泥土搅拌桩止水帷幕是在基坑深处将水泥浆液与地基土按照特定的配比通过工程机械强行搅拌所产生的固结体，其能起到预防地下水入渗和支护基坑的作用。该法的优势主要在于施工占地小、噪音污染小、成本低[7]。

③地下连续墙止水帷幕

地下连续墙止水帷幕兼具支护效果好与防渗效果好等优势。其主要是通过在深基坑四周开挖一定深度的槽体，吊放钢筋笼后使用混凝土浇筑形成的墙体。其优势在于能够最大限度降低施工对周围环境的影响，且抗渗及抗压能力良好，不足之处在于该法形成的止水帷幕深度大，混凝土浇筑难度高，若处理不当会造成墙壁坍塌[8]。

2.3 冻结法

冻结法主要是采用人工制冷技术将基坑四周的含水土体冻结形成止水帷幕来阻止地下水渗流至基坑内。冻结法可以显著提高基坑周围的土体强度及密度，因此在我国的软土地区应用广泛。与此同时，其也具有施工造价高、施工周期长等劣势，因此需要结合实际工程来进行综合考虑。

3 工程案例

3.1 工程概况

某新建商业广场工程总建筑面积12580.36m2，全部为框架结构；其中，地下建筑面积为2963.07m2、地上建筑面积为9617.29m2，建筑层数：地下一层（层高4.8m）、地上4层（其中一、二层层高为5.6m，三、四层层高为5.9m），建筑高度23.63m。基础采用旋挖成孔灌注桩基础，桩端持力层为中风化岩，桩身混凝土设计强度为C30、护壁混凝土设计强度为C25，基础为梁板式筏板基础，地下室底板为防水板混凝土设计强度等级为C30板600mm，抗渗等级为P6，地下室钢筋混凝土剪力墙混凝土设计强度等级为C30，抗渗等级P6，柱混凝土强度设计等级为C35，顶板混凝土强度设计等级为C30，抗渗等级为P6。

本工程建设场地内的原有建筑物主体结构已进行拆除，由于原建筑基坑开挖时已采用支护桩进行支护，且本工程基坑范围恰好位于原建筑基坑的支护范围内，因而本次新建工程的基坑可不另外进行支护。勘察部门对现场进行勘察后发现工程场地的含水层厚且水量丰富，综合考虑后建议抗浮水位取室外地面以下2m，并要求基坑施工时应做好基坑降水工作，防止基坑坍塌的发生。

原有建筑地下室基础为筏板基础，持力层为圆砾处层和强风化粉砂岩层，地下室高度6.85m～10.5m。现拟建新建筑地下室深度4.8m，位于原有地下室上部，由于前期未对拆迁公司进行详细的技术交底，导致拆迁公司在拆除原有建筑地下室底板时将原有的地下室墙也拆除了一部分，并最终导致大量地下水渗流进基坑，使得旋挖成孔灌注桩无法成孔，严重影响了工程的进度。

3.2 降水方案选择及效果评价

考虑到拟建新建筑周围建筑密集，地下管道错综复杂，且原有建筑基坑开挖时已经做了基坑支护，最终决定采取地下连续墙止水帷幕法对基坑进行降水。具体方案为：将拆除的原有地下室墙用提高一级的混凝土浇筑成型，形成一个连续闭合的地下连续墙，进而阻止了基坑四周的地下水渗流到基坑内，保证了基坑的干槽作业，同时也消除了基坑降水导致周边建筑出现结构下沉开裂的风险。综上，本次利用原有建筑地下室混凝土墙作为基坑降水帷幕，有效地缩短了拟建新建筑地下室施工的工期，降低了地下室的工程造价，取得了良好的社会及经济效益，也证实了在基坑降水施工中采用止水帷幕法可以获得较好的效果，可以供类似的工程借鉴。

4 结论

本文介绍了基坑降水的方法和原理，结合具体工程案例分析了止水帷幕法在基坑降水施工中的高效性，获得的结论如下：

①针对不同类型的深基坑工程，应根据基坑周围的环境条件选取合适的降水方法，在实际工程中应灵活多变，不局限于某一种降水方法的使用；

②采用止水帷幕法对深基坑进行降水可以获得较好的效果，能够有效缩短工期、降低造价，但应结合工程的实际情况选取适宜的手段对基坑进行降水施工。