武汉市深厚互层土某超深大基坑的几点思考

杨新文 杨立新

（1.中南勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430071 2.中南勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430071）

1 引言

武汉长江I级阶地为第四系全新统河相冲级层，具有典型二元结果，分布有深厚的粉质粘土与粉土、粉砂互层土。由于该层土分布不稳定，水平及垂直方向上分布极度不均，呈各向异性。特别是该层土水平方向的渗透系数远大于垂直方向渗透系数，该层中粉土、粉砂含孔隙承压水，基坑开挖后，当地下水力坡降达到或超过土体的临界水力坡降时，会因渗透破坏而产生流土，导致坑壁失稳，当基坑开挖到该类土层中时，由于层间饱含承压水，基底施工极易使该层扰动而使强度大幅度降低，基底经常积水给基坑施工作业带来不便，因垂直方向上分布有较多的粘性土夹层，渗透系数较小，管井降水很难将粉砂、粉土夹层中地下水水位降低或水量疏干。该层土对基坑稳定及开挖具有较大影响。本文以武汉航运中心大厦超深大基坑为例，该基坑采用TRD水泥土搅拌墙落底止水帷幕，水力冲挖技术，针对该基坑开挖出现的一些问题进行探讨分析，为武汉地区类似场地基坑提供经验及借鉴。

2 工程概况

武汉航运中心大厦位于汉口沿江大道民权路与民生路交汇处。由1栋62层塔楼（高330m）及2栋47层住宅楼1栋26层住宅楼及5层商铺裙楼和4层地下室组成。

拟建层塔楼及47层住宅楼26层及采用钻孔灌注桩基础，桩端持力层为⑥中风化泥岩，地下室基础采用天然筏板基础，以②-2粉质粘土与粉土、粉砂互层为持力层。抗拔桩为钻孔灌注桩（仅考虑抗拔），桩端以⑥中风化泥岩为持力层。

工程基坑长约210m，宽约170m，基坑面积约32000m（单层），普遍开挖深度约19～22.4m，塔楼区域开挖深度达29m。

基坑周边环境条件复杂，北侧临民生路及1东16层居民楼，东侧临近沿江大道，南临长航大厦，西临黄陂街，距离长江堤岸最近距离仅60m。道路及周边地下管网、临近建筑及长江防汛墙是基坑设计保护重点。

3 工程地质条件与水文地质条件

拟建场地勘探范围地层可划分为以下几层：①杂填土，层厚4.6～9.6m；②-1粉质粘土夹粉土，层厚3.0～12.4m；②-2粉质粘土与粉土、粉砂互层，层厚 6.6～15.9m；③-1细砂，层厚 2.7～16.5m；③-1a粉质粘土，层厚0.0～2.2m；③-2细砂，层厚 0.80～23.7m；③-2a粉质粘土，层厚 0.0～2.7m；④中细砂夹卵砾石，层厚0.0～3.9m；⑤强风化泥岩，层厚0.3～2.5m；⑥中风化泥岩，顶板埋深约57m。

基坑开挖深度大，基底大部分位于②-2粉质粘土与粉土、粉砂互层，局部位于③-1细砂层。

场地地下水为上部杂填土中的上层滞水及砂层、卵砾石层中的承压水以及下部基岩中的裂隙水等三种类型水。

赋存于①杂填土层中的上层滞水，无统一的自由水面，其水位、水量随季节变化，主要受大气降水、生活排放水渗透补给；钻探期间，部分孔中测得上层滞水水位在地然地面以下1.90～2.0m。

赋存于砂土层中的承压水，与长江有一定的水力联系，其水位变化受长江水位变化影响，水量较丰富；根据场区东侧《长江航运中心大厦抽水试验报告》（2011年11月），场区下部砂层承压水含水层平均渗透系数K取18.29m/d，R取200m。抽水试验期间为枯水季节，武汉地区I级阶地承压水水位的绝对标高值一般为17.0～22.5m，受长江水位影响，临江一带年变化幅度为5.00～7.00m，最高承压水位的绝对高程（黄海高程）可超过23.00m（据武汉关水文站实测资料，长江段最高洪水位为27.67m）。长江、汉江与其两岸地下承压水有较密切联系，本工程紧邻长江，水位互补关系明显。

赋存于基岩裂隙水，主要赋存于场地基岩裂隙中，总体水量较小且不均匀，场地内所分布的基岩仅少量裂隙中裂隙水与第四系砂卵石层承压水相连通。

4 基坑支护形式及开挖方式

基坑采取钢筋混凝土地下连续墙（非落底）+四道双圆环内支撑进行支护，两道环形支撑半径分别为64.5m、75.2m，国内罕见，止水帷幕采用落底TRD水泥土搅拌墙（墙深度约57m，武汉地区首次应用）。

工程基坑开挖深度大，土方开挖量约68万m2，距离长江仅60m，是目前全国离长江最近的超大深基坑工程。项目地下承压水水位高，土层主要为粉质粘土以及粉质粘土与粉土、粉砂互层，粉砂土，地下室共4层，在施工到一定深度后，大型机械难以继续施工。项目经过多方论证，决定采用在国内房建领域极少运用的水力冲挖技术。该技术根据水流经高压泵产生压力，通过水枪喷出一股密实的高速水柱，切割、粉碎土体，使之湿化、崩解，形成泥浆和泥块的混合物，再由立式泥浆泵将泥浆吸入管道输送到指定的场地内沉淀，解析出的水可以重复利用，而沉淀下来的泥土可作为场地回填土或外运。

图1 钢筋混凝土地下连续墙（非落底）+四道双圆环内支撑进行支护

图2 水力冲挖

5 事故及处理

当基坑基本挖到裙楼基坑底（自然地面下约18.3m深），2015年11月30日上午9点左右，现场在施工开挖塔楼坑中坑时，场地塔楼D16轴线～D19轴线段出现流土，流沙，东北侧小局部已浇混凝土垫层由于流土，流沙形成空洞发生塌陷。随即建设单位组织相关单位进入现场对现场情况进行了技术咨询，发现降水施工单位把设计布设的降水井减少了几口，由于施工开挖原因，事发场地附近已经施工的2口降水井被损坏，失去功效。发现原因后，建设单位立即组织相关人员进行补充施工降水井，降水井施工完成后，同时开启降水，使基坑稳定下来。

为赶工期，塔楼四周局部土方开挖时，施工单位未按照基坑施工论证要求“当基坑开挖到基底0.8m时，严禁采用水力冲挖，而应采用机械及人工开挖”。直到距基底0.2～0.3m左右时才采取人工开挖。由于②-2粉质粘土与粉土、粉砂互层土特性，基底由于扰动强度降低，形成“橡皮土”，基底经常积水给基坑施工作业带来不便。经相关单位检验，基底土层不满足设计要求，需要处理。建设单位组织相关单位对现场情况进行了技术咨询，根据技术咨询建议，为探明地下室天然地基扰动情况，在天然地基基础部位进行静力触探施工勘察，将静探结果与原详勘报告进行对比，查明土层扰动情况及程度，对影响区域共布设52个静力触探孔，根据咨询意见及勘察成果分析如下：

（1）根据勘察成果对持力层②-2粉质粘土与粉土、粉砂互层未形成扰动的区域，不需处理，按原设计要求进行。持力土层基本没扰动的区域孔共计21个。

（2）持力层②-2粉质粘土与粉土、粉砂互层扰动较小的区域承载力能达到100kPa（由于原来按天然地基筏板基础设计，抗拔桩仅考虑抗拔作用，后经设计单位考虑抗拔桩抗压作用，基础承载力需达到100kPa，才能满足设计要求），地基承载力亦可满足要求，不需要处理；持力土层扰动较小、土层承载力能达到100kPa的区域的勘探孔共计21个。

（3）对持力层②-2粉质粘土与粉土、粉砂互层扰动较大，该层承载力fak=70kPa的区域，对扰动土需处理。该区域的勘探孔共计10个，孔号为6（需处理上部 0.6m 厚土层）、13、14、15、16（13～16 号孔需处理上部 0.6～1.1m 厚土层）、21、22、31（需处理上部 0.9～1.6m 厚土层）。49、50（需处理上部0.9～1.2m厚土层）。处理措施可采用素混凝土换填或高压漩喷处理。综合考虑工期，经综等各方面，最终采用素混凝土换填处理。经处理后，经过相关检测及监测，均达到设计要求。

6 结语

当基坑坑底位于粉质粘土与粉土、粉砂互层时，该层对基坑稳定性影响大，基坑设计施工时应引起足够重视，应采取有效工程措施（降水井深浅结合或真空吸水井），保证基坑安全。地下室基础设计时，如采用桩基础时，为策安全，桩基础设计时宜既考虑抗压又考虑抗拔。

水力冲挖可节约大量工期，但距基底0.8～1.0m时，应严禁采用该施工方法，以免降低基底土层承载力。

当基坑采用落底止水帷幕（地下连续墙或TRD水泥土搅拌墙落底至基岩）时，由于施工中往往存在缺陷，且底部基岩也存在着一定裂隙，落底止水帷幕并不能完全阻隔基坑内外地下水联系。在采用地下连续墙的情况下，坑内外水头差很大，侧壁隔渗显得十分重要，除地连墙接头部位应采用高压旋喷外，如有特别重要保护对象，该支护段地连墙内外两侧应另设连续三轴搅拌站止水帷幕，帷幕进入坑底3～5m即可。根据武汉地区目前经验故，在设置全落底帷幕的情况下，总的抽水量约为无帷幕敞开降水总水量的40～50%。