孫 紅

SUN Hong

(杭州市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站，浙江 杭州310005)

隨著我國(guó)城市建設(shè)行業(yè)的迅速發(fā)展，深基坑工程日益增多。工程實(shí)踐表明，基坑事故中與地下水有關(guān)的約占45%～70%［1-3］，因而地下水防治成功與否直接關(guān)系到深基坑工程的安全。不同于潛水與上層滯水，深基坑受承壓水的影響表現(xiàn)出如下一些特征:(1)當(dāng)坑底至承壓含水層頂板的殘留土層的自重力小于承壓水壓力時(shí)，基坑在施工中容易產(chǎn)生突涌現(xiàn)象，如上海浦東煤氣廠過江管線嫩江路豎井基坑工程的突涌破壞［4］。(2)由于承壓水壓力很大，易造成坑底隆起變形與圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的增大，影響到基坑的穩(wěn)定。很顯然，基坑開挖深度過深或承壓水頭過高時(shí)，基坑的穩(wěn)定性不容易得到滿足。此時(shí)，如何采取有效措施處理坑底的承壓水問題，防止基坑失穩(wěn)，值得工程技術(shù)人員深入研究。

本文擬結(jié)合某過江隧道工作井基坑工程中處理承壓水的成功實(shí)踐，探討下伏承壓水層深基坑工程的穩(wěn)定性與治理問題。

1 工程概況

某過江隧道江南盾構(gòu)工作井基坑凈長(zhǎng)為86.8 m，凈寬為25. 2 m，西線基坑開挖深度為28.79 m，東線基坑開挖深度為29.36 m，中間設(shè)備井段基坑開挖深度為24.00 m，為浙江省最深的基坑工程之一。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，墻厚1 200 mm，封堵墻厚600 mm，地下連續(xù)墻深度為47 m，墻底位于⑧層圓礫、卵石層，共設(shè)5 道鋼筋混凝土支撐梁和1 道Φ609 mm×16 mm 鋼管支撐。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，基坑坑底位于④層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和⑤2層粉質(zhì)黏土地層中。地下水主要分為第四系孔隙潛水含水層和第四系孔隙承壓水含水層。潛水主要賦存于場(chǎng)區(qū)淺部人工填土及其下部粉、砂性土層內(nèi)，含水層底板大致以④層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層為界，滲透系數(shù)1.49～4.21 ×10-4cm/s。承壓水主要賦存于⑦砂土和⑧層圓礫、卵石層內(nèi)，上覆④層、⑤層、⑥層黏性土構(gòu)成了含水層的承壓頂板。含水層頂板標(biāo)高為-32.67～-24.10 m，厚度大于20 m，透水性良好，受上游側(cè)向徑流補(bǔ)給，勘察實(shí)測(cè)承壓穩(wěn)定靜止水位埋深為9.30～11.15 m，相對(duì)標(biāo)高為-3.98～-3.80 m(施工期間專業(yè)監(jiān)測(cè)單位現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)承壓穩(wěn)定靜止水位相對(duì)標(biāo)高-1.99～-2.69 m)，單位涌水量為1.8×103～2.3 ×103L/h·m?？梢?，承壓水含水層頂標(biāo)高與工作井東西線深基坑的底標(biāo)高(東線為-23.56 m、西線為-22.99 m)非常接近，且場(chǎng)區(qū)內(nèi)普遍缺失⑥層土，承壓水上覆層為⑤2層(層底標(biāo)高為-27.01 m)。承壓頂板的厚度為3.5 m 左右，而存在23 m 左右的水頭差，這給處理下伏承壓水帶來了相當(dāng)大的困難，且基坑開挖風(fēng)險(xiǎn)也非常大。

2 基坑底板穩(wěn)定性分析

當(dāng)基坑開挖到一定深度后，承壓含水層上部土壓力就會(huì)小于含水層中承壓水的頂托力，導(dǎo)致基坑底部失穩(wěn)，誘發(fā)突涌現(xiàn)象，需要對(duì)基坑底板穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，并據(jù)此給出解決對(duì)策。

2.1 基坑底板的穩(wěn)定條件

基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應(yīng)大于安全系數(shù)下承壓水的頂托力，即:

式中:H—基坑底至承壓含水層頂板間的距離(m);

γs—基坑底至承壓含水層頂板間的土層的飽和重度(kN/m3);

γw—水的重度，取10 kN/m3;

h—承壓水頭高度至承壓含水層頂板的距離(m);

Fs—抗承壓水穩(wěn)定安全系數(shù)，取1.2。

根據(jù)實(shí)測(cè)承壓穩(wěn)定靜止水位標(biāo)高為-2.58 m，⑦2層粉細(xì)砂承壓含水層頂板標(biāo)高為-27.68 m，由式(1)可得出⑦2層承壓含水層在安全系數(shù)下承壓水的頂托力為301.2 kPa。由此得出基坑穩(wěn)定所要求的承壓水水位控制標(biāo)高，見表1。

表1 承壓水水位控制標(biāo)高

2.2 基坑底板穩(wěn)定性驗(yàn)算

為了保證基坑穩(wěn)定，根據(jù)式(1)可計(jì)算出基坑開挖時(shí)基坑穩(wěn)定的臨界開挖深度。地面標(biāo)高為5.8 m，承壓水頂托力為301.2 kPa，則其臨界開挖深度為17. 56 m。也就是說基坑開挖深度不超過17.56 m 時(shí)，可不考慮對(duì)承壓含水層采取水頭降壓或隔水等處理措施。但當(dāng)基坑開挖超過17. 56 m時(shí)，下部承壓水的頂托力將大于基坑底至承壓含水層頂板間的土壓力，基坑容易發(fā)生突涌現(xiàn)象，基坑開挖不安全，需要采取措施防治承壓水的影響。很顯然，工程的實(shí)際開挖深度大大超過臨界開挖深度，需要采取措施進(jìn)行承壓水治理。

3 治理承壓水的技術(shù)措施

全抽水降壓方案、高壓旋噴樁隔滲帷幕輔助坑內(nèi)抽水降壓方案以及地下連續(xù)墻隔滲帷幕輔助坑內(nèi)抽水降壓方案都具有理論可行性。全抽水降壓方案是在坑內(nèi)外布置50 口降水井抽水降壓;高壓旋噴樁隔滲帷幕輔助坑內(nèi)抽水降壓方案是緊貼圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻設(shè)置高壓旋噴樁帷幕，切斷承壓水含水層，然后在基坑內(nèi)設(shè)置若干口降水井輔助抽水降壓;地下連續(xù)墻隔滲帷幕輔助坑內(nèi)降水降壓方案是在坑外四周3 m 左右設(shè)置地下連續(xù)墻，考慮該地下連續(xù)墻僅為止水隔滲，不承擔(dān)基坑圍護(hù)的水土壓力，采用素混凝土即可，然后在基坑內(nèi)設(shè)置若干口降水井輔助抽水降壓。為了確保基坑工程安全，最大限度地減小工程施工對(duì)周圍環(huán)境的影響，最終確定了采用“基坑外素混凝土地下連續(xù)墻隔滲帷幕+基坑內(nèi)減壓降水”的處治方案。

3.1 隔滲帷幕施工

地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)1.2 m 厚、深46 m、平面尺寸為86.8 m×25.2 m?；油馑鼗炷恋叵逻B續(xù)墻隔滲帷幕平面尺寸為94.7 m ×43.1 m，與原地下連續(xù)墻三邊相距3 m，與明挖段側(cè)相距13 m，連續(xù)墻厚0.8 m;設(shè)計(jì)深度為60.5 m，以進(jìn)入下臥⑨1層全風(fēng)化含礫砂巖不小于2 m 作為入巖控制指標(biāo)，為落底式隔滲帷幕。墻體材料采用C20 素混凝土，其中盾構(gòu)穿越段采用C15 素混凝土。

根據(jù)施工區(qū)域的地層特點(diǎn)、施工條件等因素，隔滲帷幕地下連續(xù)墻施工采用抓斗和CBC25 型液壓雙輪銑聯(lián)合成槽，槽幅間采用“接頭管”法剛性連接，混凝土澆筑采用泥漿下直升導(dǎo)管法。其中，液壓銑性能參數(shù)如下:(1)最大開挖深度150 m;(2)開挖尺寸0.8～2 m ×2.8 m;(3)最大起重能力120 t;(4)泥漿泵排量400 m3/h;(5)泥漿凈化設(shè)備的處理能力為450 m3/h。

用抓斗抓取上部雜填土、砂質(zhì)粉土層、粉砂夾粉土和粉質(zhì)黏土層，采用三抓成槽，先行幅先抓兩端、后抓中間，閉合幅先抓中間、后抓兩端。抓至圓礫卵石層后，使用液壓銑削至孔底，與抓斗相同，分三銑成槽，先行幅先銑兩端、后銑中間，閉合幅先銑中間、后銑兩端?！敖宇^管法”接頭既延長(zhǎng)了滲透路徑，又形成了墻體之間的可靠連接，有利于墻體的抗?jié)B要求。帷幕施工中，需要重點(diǎn)控制以下工程質(zhì)量環(huán)節(jié):

(1)施工區(qū)域地下水位較高，容易導(dǎo)致成槽中槽孔失穩(wěn)、縮孔或坍孔現(xiàn)象，需要對(duì)施工區(qū)域?qū)嵤┚c(diǎn)降水，將潛水水位降至地面以下6 m 深度。

(2)隔滲帷幕進(jìn)入⑨1層深度的質(zhì)量檢驗(yàn)和確定。為確保隔滲帷幕能夠達(dá)到設(shè)計(jì)隔滲要求，勘察、設(shè)計(jì)等各方對(duì)先期施工的兩幅槽段的槽底出渣進(jìn)行綜合分析判斷，優(yōu)化并最終確定隔滲帷幕進(jìn)入⑨1層全風(fēng)化含礫砂巖深度的現(xiàn)場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)。后期槽段施工中嚴(yán)格執(zhí)行了這一標(biāo)準(zhǔn)要求，每一幅槽段成槽至底部時(shí)都由監(jiān)理方進(jìn)行基底驗(yàn)槽。

(3)成槽質(zhì)量。槽孔的垂直度(孔斜)是地下連續(xù)墻的重要參數(shù)指標(biāo)，工程中槽孔深度達(dá)到60 多米深，對(duì)孔斜的控制顯得尤為重要。導(dǎo)墻施工時(shí)已通過準(zhǔn)確定位，可以確保成槽施工時(shí)槽口位置的準(zhǔn)確性。成槽施工前，進(jìn)行槽孔位置校核。抓斗開槽時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)槽孔偏差控制斗體下放位置，將斗體中心線對(duì)正槽孔中心線，緩慢下放斗體抓取地層土，要求每抓2～3 斗即旋轉(zhuǎn)斗體180°，以此確保槽孔垂直。在成槽過程中，利用抓斗和液壓銑上的孔斜顯示裝置監(jiān)控孔斜情況，隨時(shí)可以監(jiān)測(cè)成槽的偏斜情況，出現(xiàn)孔斜及時(shí)使用糾偏裝置(糾偏板)進(jìn)行糾偏。地下連續(xù)墻隔滲帷幕呈長(zhǎng)方形，四個(gè)轉(zhuǎn)角幅均采用兩銑成槽，這樣既有利于拐角處的墻體連接，也縮短了成槽時(shí)間，更減小了由于施工成槽時(shí)間過長(zhǎng)對(duì)槽孔穩(wěn)定性帶來的不利影響。

(4)泥漿質(zhì)量。定期對(duì)施工中的泥漿相對(duì)密度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)泥漿不符合規(guī)定時(shí)立即對(duì)使用中的泥漿循環(huán)處理或換用新漿，直至符合要求。帷幕東側(cè)短邊有4 口承壓降水深井，距離外墻邊約2.5 m，暗埋段有1 口承壓觀測(cè)井，距離內(nèi)墻邊約1 m。為減小深井對(duì)槽段施工的影響，需要更加嚴(yán)格地控制護(hù)壁泥漿的性能，并保持漿面至地面的距離不大于500 mm。

(5)清孔質(zhì)量。槽孔深度深，沉渣處理難度很大，選用的銑槽機(jī)要求帶有根據(jù)漿液循環(huán)原理進(jìn)行泵吸出渣處理的振動(dòng)篩設(shè)備。清孔標(biāo)準(zhǔn)為孔底淤積厚度≤100 mm，密度≤1. 20 g/m3，馬氏漏斗黏度32～50 s與含砂量＜6.0%。閉合槽在清孔換漿結(jié)束前，用專用的刷子鉆具刷洗清除先行槽幅端頭混凝土壁上的泥皮和地層殘留物，以刷子鉆具基本上不帶泥屑，孔底淤積不再增加為合格標(biāo)準(zhǔn)。

(6)墻段連接質(zhì)量。墻段連接采用“接頭管法”，先行幅澆筑成墻后根據(jù)混凝土的初凝時(shí)間及澆筑時(shí)間的長(zhǎng)短確定接頭管的起拔時(shí)間，接頭管起拔過程中采用液壓站作為動(dòng)力裝置，拔管機(jī)、履帶吊作為輔助動(dòng)力設(shè)備的裝置進(jìn)行拔管施工，避免拔管不及時(shí)帶來的重大質(zhì)量事故。

(7)隔滲帷幕墻體質(zhì)量。地下墻槽孔深度達(dá)60多米，混凝土澆筑中可能出現(xiàn)導(dǎo)管阻塞現(xiàn)象。在澆筑導(dǎo)管埋深滿足規(guī)范的前提下，提升導(dǎo)管500～1 000 mm，上下活動(dòng)數(shù)次，使混凝土恢復(fù)入倉(cāng)。如果混凝土仍不能順利入倉(cāng)，在確保導(dǎo)管埋深的前提下，拆卸1～2 節(jié)導(dǎo)管。混凝土澆筑時(shí)，每隔2 h 取樣進(jìn)行坍落度、擴(kuò)散度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。隨機(jī)在槽口處取樣，制作試塊養(yǎng)護(hù)，進(jìn)行28 d 室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)。工程中采用過程控制對(duì)墻體的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，整體工程完成后基坑滲水仍不能滿足后續(xù)施工要求時(shí)，對(duì)墻體的薄弱區(qū)域采用灌漿或高壓旋噴等處理。

3.2 降水施工

帷幕雖為落底式隔滲帷幕，考慮到仍存在滲漏的可能性，為確?；影踩?，在隔滲帷幕內(nèi)布置了減壓降水井及備用井。依據(jù)設(shè)計(jì)方案，素混凝土地下連續(xù)墻內(nèi)共布設(shè)7 口降壓井，在暗埋段留設(shè)若干口備用井。在全部的隔滲帷幕達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行降壓井抽水運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，調(diào)整或決定降壓備用井的施工。

(1)承壓降水井構(gòu)造。承壓降水井深均為47 m，井壁管采用直徑Φ325 mm、壁厚6 mm 的鋼管。濾管長(zhǎng)度10 m，直徑同井壁管，采用機(jī)床定加工，位于埋深36～46 m。過濾管以下1 m 為沉淀管，主要起到過濾器不致因井內(nèi)沉砂堵塞而影響進(jìn)水的作用，沉淀管接在濾水管底部，底口用鋼板封死，直徑與濾水管相同，位于埋深46～47 m。井管外34～47 m 范圍內(nèi)人工填砂，29～34 m 范圍內(nèi)封堵黏土球，0～29 m 范圍內(nèi)填充黏土。

(2)試抽水運(yùn)行。試運(yùn)行之前，準(zhǔn)確測(cè)定各井口和地面標(biāo)高、靜止水位，后開始試運(yùn)行，以檢測(cè)隔滲帷幕的效果，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)承壓降水井?dāng)?shù)量、抽水設(shè)備、抽水與排水系統(tǒng)能否滿足降水要求。

(3)降水施工要求:①確保隔滲帷幕的施工質(zhì)量以減小基坑涌水量及降水漏斗的影響范圍;②在深基坑開挖過程中，應(yīng)根據(jù)挖土程序的需要及施工進(jìn)度，合理調(diào)整抽水井的開啟數(shù)量;③基坑開挖施工時(shí)，應(yīng)通過觀測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)觀察，獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)并及時(shí)分析處理，嚴(yán)密監(jiān)視是否有險(xiǎn)情及險(xiǎn)情發(fā)生發(fā)展的情況;④抽水井初期含砂量小于1/50 000，長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)含砂量小于1/100 000，在降水前期階段，對(duì)各降水井出水量、含砂量進(jìn)行測(cè)定以保證降水井的含砂量不超過有關(guān)規(guī)范要求;⑤設(shè)置于坑內(nèi)的降水井，穿越基礎(chǔ)底板處應(yīng)設(shè)置止水環(huán);⑥深井降水完畢后，應(yīng)采取有效措施封堵井孔，避免承壓水沿井孔及井壁上涌，采用“以砂還砂、以土還土”的原則，并對(duì)管井進(jìn)行封填，并確保封填質(zhì)量。

3.3 信息化施工

為確?；庸こ痰陌踩?，施工中對(duì)圍護(hù)體水平位移、圍護(hù)體頂部水平位移、圍護(hù)體頂部垂直位移、支撐軸力、地下水位、基坑周圍地表沉降、周圍建(構(gòu))筑物變形、坑底隆起等內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè)。尤其在承壓水處治過程中要對(duì)基坑內(nèi)外承壓水頭進(jìn)行全過程監(jiān)控。施工過程中對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)分析判斷，當(dāng)出現(xiàn)基坑土體回彈、立柱樁上浮、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜變形等數(shù)據(jù)突然增加且超過常規(guī)警戒值時(shí)，或者出現(xiàn)坑外地面沉降加劇等情況，應(yīng)及時(shí)分析是否為承壓水問題所造成，并采取針對(duì)性的技術(shù)措施。

4 結(jié) 語

(1)基坑工程中承壓水問題的常用處理方法為“隔水”、“降壓”和“封底”等?；庸こ涕_挖前，需要開展承壓水勘察與現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)工作，結(jié)合工程地質(zhì)條件選用合理的處治方法，確保基坑工程安全，以此減小對(duì)場(chǎng)地周邊環(huán)境的影響。

(2)素混凝土地下連續(xù)墻隔滲帷幕的質(zhì)量控制，隔滲帷幕內(nèi)的減壓降水與可靠的封井技術(shù)措施，以及基坑施工過程中的信息化指導(dǎo)施工，都是確保本深基坑工程安全的重要措施。

(3)對(duì)本文過江隧道工程江南盾構(gòu)工作井基坑開挖時(shí)承壓水對(duì)基坑底板的影響進(jìn)行了計(jì)算分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果采取了“基坑外素混凝土地下連續(xù)墻隔滲帷幕+基坑內(nèi)減壓降水”的承壓水治理對(duì)策。實(shí)踐表明此方法是可行的，它有效地控制了地下承壓水對(duì)坑底穩(wěn)定性的影響，成功地防止了坑底的突涌，并確保了基坑工程的安全。

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