封底式止水帷幕在某设备基坑中的应用
张 明
中航长沙设计研究院有限公司
摘要：止水帷幕在基坑支护设计中使用较普遍，按其有未穿透含水层来划分，可分为落底式帷幕与悬挂式帷幕。在周边环境条件复杂且含水层巨厚的情况下开挖设备基坑，帷幕穿透含水层难度大，又不宜抽取地下水，封底式止水帷幕则成为较安全，且经济、可行的一种方案。本文通过实例说明封底式止水帷幕的适用情况及设计、施工注意事项，对同类型基坑止水帷幕的设计有一定的借鉴意义。
关键词：止水帷幕 帷幕 封底式止水帷幕 基坑支护
止水帷幕是工程主体外围止水系统的总称，用于阻止或减少基坑侧壁及基坑底地下水流入基坑而采取的连续止水体[1]，其在基坑支护设计中使用较普遍。
基坑侧壁止水帷幕的平面结构形式主要有喷射凝结体自身连接形成帷幕和喷射凝结体与支护桩共同组成止水支护墙体两种类型；按其有未穿透含水层来划分，可分为落底式帷幕与悬挂式帷幕。
a)落底式止水帷幕：又称封闭式帷幕，是指底端穿透含水层并进入下部隔水层一定深度的止水帷幕。
b)悬挂式止水帷幕：是指底端置于含水层中的止水帷幕，一般在基坑开挖过程中与降水相结合。
基坑底止水帷幕（封底式止水帷幕）是指在基坑某一深度范围内利用旋喷体套接的形式形成水平止水底板（也称水平封底），它和竖向帷幕一起组成一个封闭的“箱形”止水结构，以阻止地下水的渗入[2]。 一、 工程简介
某已建成的试验厂房内，需开挖设备基坑，埋置试验设备基础，设备基础大小为17.50m×11.04m，开挖深度-5.32~-8.00m。
设备基础四周均为已建成的厂房地坪及立柱基础，设备基础边线与厂房立柱承台间距仅0.840~2.090m。试验厂房采用沉管（夯扩）灌注桩基础，承台下2~6根桩，桩径为φ350mm，桩长6~8m，桩端持力层为卵石③层。
基坑工程安全等级为一级，重要性系数1.1。 场地地层分布情况为：
1、粉质黏土①：褐黄、褐灰色，呈可塑状态，厚度2.00～3.20m。 2、粉质黏土②：褐黄、褐红色，夹灰白色条纹，具网纹状结构，厚度2.60～3.80m。
3、卵石③：褐黄、灰白色，级配较差，分选性差，偶夹漂石，呈饱和、中密状态，厚度9.20～11.90m。
4、砾砂④：褐黄、灰白色，呈饱和、稍密～中密状态，厚度5.90～8.30m。
5、卵石⑤：褐黄、灰白色，级配较差，分选性差，偶夹漂石，呈饱和，中密～密实状态，厚度3.50～5.60m。
6、砂质粘性土⑥：褐红、褐黄、灰白色，为花岗岩残积土，呈硬塑状态，揭露厚度9.00～17.40m。
场地地下水类型为潜水，主要赋存于卵石③、砾砂④及卵石⑤中，水量较丰富，略具承压性。潜水稳定水位埋深介于4.08～4.39m。场地内潜水对混凝土结构及混凝土结构中的钢筋均具微腐蚀性。 二、支护及止水帷幕设计
根据周边环境及地质情况，本项目的特征及支护难点：
1、基坑周边环境条件复杂，在已建成的厂房内开挖基坑，拟建设备基础边线距现有建筑物承台非常近（0.840~2.090m），可操作空间较狭小。且已建建筑物采用的沉管（夯扩）灌注桩基础，水平抗剪能力差，桩长较短，仅6~8m（桩端位于基坑底附近）。厂房其它位置地坪已施工完成，不宜长时间大量抽取地下水。
2、基坑开挖将揭露含水层，地下水位较高，水量丰富，且有一定的承压性。含水层厚度巨大（最大25.80m），底深度约29m，其下伏的花岗岩残积砂质粘性土遇水易软化，渗透性较强。
根据以上特点，在深入掌握和研究已有工程地质、水文地质资料和周边环境条件的基础上，参照成功的设计及施工经验，进行多种方案的分析、论证与优化，最终采用如下支护及止水方式：
1、整体采用排桩加内支撑的支护型式，基坑边线与设备基础之间只留200mm距离，作为设置防水层的距离。支护桩桩型选择长螺旋钻孔压灌桩，桩径φ900mm，桩间距1600mm。该桩型钻孔至设计桩底后边提钻边压浆，提完钻即灌满桩孔，再采用振动器吊放钢筋笼，砂卵石地层内对周边土体扰动相对较小，对周边已有建筑物基础影响较小。
2、采用三重管高压旋喷注浆帷幕进行隔水，设计旋喷体直径不小于φ900mm。四周采用悬挂式帷幕，帷幕孔布设于两桩中心线，桩间布设一孔，帷幕孔深度为封底式止水帷幕底部至冠梁底。
基坑内采用高压旋喷桩搭接形成封底式止水帷幕，帷幕孔布设于基坑内，设计旋喷体直径不小于φ900mm，等腰三角形布置，相互间搭接200mm。深度为坑底标高至其下一定深度（经防突涌验算）。使其形成防渗底板、防渗墙的四周封闭系统。
支护剖面如下：
三、施工关键技术要求
1、施工顺序：监测系统建立、测得初始观测值→支护桩施工→桩间旋喷帷幕施工→封底帷幕施工→冠梁、角撑梁、对撑梁及连系梁制作→坑内土方开挖至设计基底标高。
2、要求孔位的放线定位准确，钻孔前复核孔位，误差不大于5cm。 3、确保帷幕孔成孔垂直度，高喷台车平整度及喷射管垂直度。 4、三重管高压旋喷注浆应严格按设计参数进行，确保水流喷射切割压力，严格控制水泥浆配比、喷射提升速度。
5、为避免固结体尺寸上大下小或增大固结体尺寸，可采用提高喷射压力、泵送量，或降低回转与提升速度等措施，也可采用复喷工艺。
6、施工过程中，为确保搭接效果，封底帷幕必须按四序施工，帷幕孔定位须精准。
7、旋喷桩相邻两桩的施工时间间隔应大于48h。 封底帷幕分序施工示意图：
四、结论
本基坑采用封底式止水帷幕止水，帷幕施工完28天后开挖基坑土方，坑内无渗水现象，确保了周边建筑物基础的稳定，设备基础的施工也得以顺利进行。
1、封底式止水帷幕较适用于：基坑范围不大、周边环境条件受限、含水层较厚且不宜抽取地下水等复杂情况；
2、封底式止水帷幕应在基坑底以下有一定厚度，设计过程中应进行防突涌验算，以防止基坑底土体隆起破坏并发生喷水涌砂；
3、封底式止水帷幕施工效果关键在于搭接，要求放样精准、分序施工。
参考文献：
[1]《基坑工程手册》李国彬 王卫东 2009.11
[2]《高压喷射注浆技术与应用》李相然 贺可强 2007.8