陳 剛，吳 波，孫旭霞，李書輪

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071）

某深基坑工程地下水防治方案分析

陳 剛，吳 波，孫旭霞，李書輪

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071）

結(jié)合臨海富水復(fù)雜場(chǎng)地深基坑工程地下水防治方案分析的案例，采用定性與定量評(píng)價(jià)的方法分析了場(chǎng)區(qū)上層潛水、下部承壓水對(duì)基坑工程的危害，并提出了針對(duì)性工程治理建議。本研究具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，可供工程實(shí)踐參考。

深基坑；水文地質(zhì)；隔滲帷幕；降水

某濱海LNG接收站取水口地下結(jié)構(gòu)工程，水文地質(zhì)環(huán)境極為復(fù)雜、地下水豐富，地下水治理措施的有效性成為嚴(yán)重制約該深基坑工程能否順利實(shí)施的關(guān)鍵條件?；诋?dāng)時(shí)之需的工程建議，整理成文，以供類似工程地下水防治方案策略或技術(shù)管理之參考，或?yàn)橄嗷W(xué)習(xí)之拾遺補(bǔ)缺。

1 工程概況

該基坑工程開挖深度14 m，面積約1 900 m2?；悠矫娉叔F形布置，錐形基坑頂端為連海水進(jìn)水管涵的接口，底寬約50 m，錐高約62 m。基坑平面布置見圖1。基坑支護(hù)擬采用地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。

圖1 基坑平面布置圖

2 水文地質(zhì)條件

該基坑場(chǎng)地為濱海淺灘吹填造陸形成，基坑影響范圍的水文地質(zhì)層自上而下概括為4層：

①上部吹填土潛水含水層，厚度約12 m，頂?shù)讟?biāo)高+6.0～-6.0 m。該吹填土以粉細(xì)砂材料為主，夾雜淤泥、淤泥質(zhì)黏性土；受潮汐影響，潛水水位標(biāo)高在+1.0～+4.0 m波動(dòng)，水位變幅約3.0 m。

②基底黏性土隔水層，厚度約11 m，頂?shù)讟?biāo)高-6.0～-17.0 m。

③下臥粉細(xì)砂承壓水含水層，厚度約15 m，頂?shù)讟?biāo)高-17.0～-32.0 m；受潮汐影響，承壓水水位標(biāo)高在+1.5～+3.0 m波動(dòng)，水位變幅約1.5 m。承壓水水頭高度可達(dá)20 m，基坑內(nèi)承壓水水頭差可達(dá)11 m。

④承壓水底板下臥黏性土隔水層，頂標(biāo)高約-32 m。

典型水文地質(zhì)剖面與基坑設(shè)置示意見圖2，主要水文地質(zhì)層基本特征參數(shù)見表1。

圖2 典型水文地質(zhì)剖面與基坑設(shè)置示意圖

表1 水文地質(zhì)層基本特征參數(shù)

3 地下水對(duì)基坑的不利影響分析

3.1 上部潛水的不利影響

該地下水含水層介質(zhì)主要以粉細(xì)砂填料為主，透水性較好，中—強(qiáng)透水性。盡管該含水層夾雜了大量不規(guī)則分布的弱透水性淤泥、淤泥質(zhì)土，導(dǎo)致儲(chǔ)水性和導(dǎo)水性略有降低，但總體仍表現(xiàn)為富水含水層特征。另該含水層北側(cè)邊界直接臨海，與海水溝通良好，地下水水位受海水潮汐起伏控制（最高潮位5.8 m，平均高潮位3.8 m，最大潮差4.4m），愈臨近海側(cè)影響愈明顯。

該基坑緊鄰海側(cè)，水源補(bǔ)給充分，潛水對(duì)基坑作業(yè)不利影響明顯。若基坑在不設(shè)防滲或降水措施的情況下開挖，定會(huì)有大量潛水涌入基坑，施工將無法正常進(jìn)行；若繼續(xù)強(qiáng)行施工則只會(huì)帶來坑壁水土流失，加劇周邊地面沉降，甚至坑壁土體失穩(wěn)，進(jìn)而威脅基坑安全的事故發(fā)生。

故該基坑施工開挖之前，應(yīng)預(yù)先制定，并落實(shí)好潛水危害防治的有效工程措施，以避免工程反復(fù)。

3.2 下部承壓水的不利影響

該地下水含水層介質(zhì)主要為粉細(xì)砂，物質(zhì)組成及顆粒特征穩(wěn)定，富水，中—強(qiáng)透水性，承壓。其對(duì)基坑的潛在不良影響主要表現(xiàn)為基底破壞式地下水突涌、冒砂，水土流失，基坑大量涌水而無法正常施工。若此情況發(fā)生而仍不采取挽救措施，繼續(xù)強(qiáng)行施工，則只能進(jìn)一步加劇基坑地基、周邊地基的水土流失，加劇基坑變形，嚴(yán)重威脅基坑及周邊建構(gòu)筑物的安全。

故當(dāng)基坑以下分布承壓含水層時(shí)，首先應(yīng)評(píng)估基坑的抗?jié)B穩(wěn)定性即承壓水突涌的可能性，并相應(yīng)制定預(yù)防或治理對(duì)策。

基坑抗?jié)B透穩(wěn)定驗(yàn)算：

式中：Kty為突涌穩(wěn)定安全系數(shù)，不應(yīng)小于1.1；

D為承壓水含水層頂面至基坑底部的土層厚度；

γ為承壓水含水層頂面至基坑底部土層的天然重度，或厚度加權(quán)平均天然重度；

△h為基坑內(nèi)外的承壓水水頭差；

γw為水的重度。

該基坑底部隔水層土層厚度約9 m，承壓水水頭差11 m，驗(yàn)算結(jié)果基坑抗?jié)B透穩(wěn)定系數(shù)＜1.0，不滿足基坑突涌穩(wěn)定要求，需采取控制承壓水突涌的有效工程措施。

4 地下水防治方案

影響基坑的地下水主要為上部潛水和下部的承壓水。這兩層地下水為隔水層分割而各具特點(diǎn)，互不干擾，對(duì)基坑的影響方式也不盡相同，故宜區(qū)別對(duì)待，分層治理。

4.1 上部潛水的防治

上部潛水含水層底板標(biāo)高-6 m，基坑底部標(biāo)高-8 m，含水層懸置基底之上，單一降水措施將難以達(dá)到截流效果，應(yīng)以隔滲帷幕截水防治思路為主。隔滲帷幕系采用水泥漿注漿、或高壓旋噴樁、或水泥攪拌形成的連續(xù)墻體［2］，以地下防滲為主要目的地下結(jié)構(gòu)或類似結(jié)構(gòu)。該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，作為支護(hù)結(jié)構(gòu)可兼顧隔滲帷幕功能，切斷潛水的補(bǔ)給路徑，應(yīng)為治理該潛水較理想方案。

治理方案建議：截水防治為主。利用支護(hù)結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻作為隔滲帷幕，深入潛水底板以下截?cái)酀撍a(bǔ)給，坑內(nèi)余水采用積水坑（井）抽排或疏干。

4.2 下部承壓水的防治

由于基坑滲透穩(wěn)定驗(yàn)算不滿足要求，需主動(dòng)采取基坑承壓水突涌控制措施來保證基坑施工的安全運(yùn)行。方法可采用降水控制承壓水頭、或采用隔滲帷幕切斷水力傳遞、或加固基坑地基抵抗水壓。

降水方案，系依據(jù)地下水滲透原理通過抽排地下水，降低基坑內(nèi)的水頭壓力，消除承壓水突涌給基坑施工帶來的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)勢(shì)在于方法可控、投資節(jié)約；缺陷在于降水運(yùn)行期間會(huì)引起一定的周邊地面沉降。

隔滲帷幕方案，以帷幕坐底截?cái)喑袎核a(bǔ)給方式切斷水壓力傳遞，從而達(dá)到消除基坑隔水地基承受水壓滲透破壞的壓力，消除承壓水突涌風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)勢(shì)在于方法可控、一次投資不干擾后續(xù)基坑施工；缺陷在于投資大，尤其是含水層深厚時(shí)沒有工程優(yōu)勢(shì)。

加固基坑地基方案，類似帷幕工藝采用注漿或高壓旋噴樁加固底板，結(jié)合側(cè)向帷幕實(shí)現(xiàn)“五面圍封”的方式消除承壓水突涌的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)勢(shì)在于一次投資不干擾后續(xù)基坑施工；缺陷在于投資較大，施工質(zhì)量控制要求高，有一定失效風(fēng)險(xiǎn)，并補(bǔ)救困難。

治理方案建議：結(jié)合新建場(chǎng)區(qū)周邊環(huán)境寬松條件和經(jīng)濟(jì)性比較，建議采用以控制承壓水水頭來防止基坑突涌的降水方案。

5 降水方案

本節(jié)降水方案基于承壓水突涌控制需要而安排。在此僅依據(jù)已有工程條件和工程經(jīng)驗(yàn)初步估算降水方案的初步情況，供下步工作參考。

5.1 基坑總涌水量Q總估算

基坑面積約1 900 m2，承壓水含水層厚度M為15.0 m，滲透系數(shù)k取5.0 m/d，影響半徑R取250 m，降深設(shè)計(jì)取12.0 m（按最不利考慮）；按大井簡(jiǎn)化均質(zhì)含水層承壓水完整井估算結(jié)果，基坑總涌水量Q總約2 355 m3/d。

5.2 單井出水量qo估算

擬按直徑245 mm過濾井管考慮，過濾器進(jìn)水長(zhǎng)度10.0 m，估算結(jié)果單井出水量qo約789 m3/d?？紤]安全儲(chǔ)備及目前降水設(shè)備抽水能力，降水井單井設(shè)計(jì)流量采用500 m3/d 是完全可控的。

按500 m3/d 流量進(jìn)行單井設(shè)計(jì)，該基坑僅需采用5～6口降水井進(jìn)行降水，即可控制該基坑承壓水突涌的風(fēng)險(xiǎn)，所需費(fèi)用節(jié)省且可控。

當(dāng)然，該估算采用的含水層滲透系數(shù)、降水影響半徑均為經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，不足為工程實(shí)際采用。該工程應(yīng)按復(fù)雜場(chǎng)地深基坑工程相關(guān)規(guī)定和要求，為降水方案或該深基坑工程地下水的防治方案設(shè)計(jì)進(jìn)行專門的水文地質(zhì)勘察［3］，并應(yīng)選擇具備相關(guān)專業(yè)能力、經(jīng)驗(yàn)豐富的單位進(jìn)行該項(xiàng)工程的專項(xiàng)設(shè)計(jì)與施工管理，避免盲目經(jīng)驗(yàn)主義，加大工程風(fēng)險(xiǎn)或不可控。

6 工程風(fēng)險(xiǎn)控制

深基坑工程具有高危風(fēng)險(xiǎn)，基坑監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警是工程風(fēng)險(xiǎn)控制的重要安全措施之一，應(yīng)高度重視并嚴(yán)格執(zhí)行［4］?；颖O(jiān)測(cè)對(duì)象包括支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下水狀況、基坑底部及周邊土體、周邊建筑、重要管線、重要道路及其它應(yīng)受保護(hù)監(jiān)測(cè)的設(shè)施等。該基坑具體的應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)要求及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警條件可依據(jù)基坑設(shè)計(jì)文件要求執(zhí)行，并應(yīng)參考相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及地方經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)充。

以下僅對(duì)該基坑地下水防治工程監(jiān)測(cè)要求進(jìn)一步說明。

6.1 基坑地下水防治工程施工監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容

1）止水帷幕是否存在開裂、滲漏；

2）基坑內(nèi)有無涌土、流沙、管涌；

3）地表、地下水的排放狀況是否正常；

4）周邊管道有無斷裂滲漏情況；

5）周邊道路沉降、有無開裂情況；

6）觀測(cè)井、降水井的水位波動(dòng)是否正常；

7）降水（及回灌）設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常等。

6.2 基坑地下水防治工程施工監(jiān)測(cè)的頻率

按該類別基坑的監(jiān)測(cè)要求，相關(guān)監(jiān)測(cè)內(nèi)容宜每天觀測(cè)或檢查至少1次并記錄；在基坑開挖至10 m以下或最后一道支撐形成，進(jìn)行最后一次土方開挖過程中應(yīng)增加監(jiān)測(cè)密度至每天至少2次；在基坑底板澆筑完成，混凝土強(qiáng)度達(dá)到7 d齡期強(qiáng)度后，可逐步減少觀測(cè)密度至1天1次、2天1次或3天1次，直到基坑周邊回填基坑完工為止。

另當(dāng)基坑施工過程監(jiān)測(cè)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警條件時(shí)，應(yīng)立即加大監(jiān)測(cè)頻率直至風(fēng)險(xiǎn)解除；而當(dāng)基坑有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，應(yīng)視具體情況實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)。

6.3 基坑地下水防治工程監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

當(dāng)?shù)叵滤乐伪O(jiān)測(cè)內(nèi)容之一出現(xiàn)任何異常時(shí)，均應(yīng)立即向工程施工管理人員及設(shè)計(jì)人員提出工程風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警，以分析原因和險(xiǎn)情，采取措施排除風(fēng)險(xiǎn)或立即啟動(dòng)應(yīng)急避險(xiǎn)方案。

其中當(dāng)基坑周邊地面累計(jì)沉降達(dá)到25～35 mm應(yīng)立即預(yù)警；道路地表裂縫10～15 mm或持續(xù)發(fā)展時(shí)應(yīng)立即預(yù)警；觀測(cè)地下水位波動(dòng)累計(jì)大于1 000 mm或波動(dòng)速率大于500 mm/d時(shí)應(yīng)立即預(yù)警。

7 結(jié) 語

地下水是影響深基坑工程施工安全的重大風(fēng)險(xiǎn)源之一，類似工程應(yīng)提高風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，重視工程技術(shù)管理。

1）深基坑工程地下水治理應(yīng)堅(jiān)持先勘察、設(shè)計(jì)，再施工的基本原則，避免盲目經(jīng)驗(yàn)主義加大工程風(fēng)險(xiǎn)。

2）對(duì)于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的深基坑工程，應(yīng)進(jìn)行針對(duì)性水文地質(zhì)專項(xiàng)勘察，確?；拥叵滤乐卧O(shè)計(jì)的可靠性。

3）地下水治理方案的選擇，應(yīng)在充分評(píng)估工法對(duì)周邊環(huán)境不利影響程度的基礎(chǔ)上，再結(jié)合經(jīng)濟(jì)性優(yōu)選。

4）基于巖土水工程的復(fù)雜和不可預(yù)見，深基坑工程、以及地下水危害防治工程施工過程監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，是把控風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生最有效的安全措施。

［1］ 中國建筑科學(xué)研究院.JGJ 120—2012 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.北京∶中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］ 中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).DLT 5148—2012 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京∶中國電力出版社，2012.

［3］ 建設(shè)部綜合勘察研究設(shè)計(jì)院.GB 50021—2001 巖土工程勘察規(guī)范［S］.北京∶中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］ 濟(jì)南大學(xué)，萊西市建筑總公司，山東省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)造價(jià)協(xié)會(huì).GB 50497—2009 建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.北京∶中國建筑工業(yè)出版社，2009.

Analysis on the Prevention and Treatment Scheme of Underground Water for a Deep Foundation Pit Engineering

CHEN Gang， WU Bo， SUN Xuxia， LI Shulun

TU46+3

B

1008-3707（2016）08-0027-04

2016-03-29

陳 剛（1969—），男，湖北武漢人，工程師，從事巖土工程勘察與施工管理工作。