莊修偉

（1.信開(kāi)水環(huán)境投資有限公司 北京101100；2.中國(guó)水環(huán)境集團(tuán)有限公司 北京101100）

1 工程概況

原通州碧水污水處理廠始建于2002年，占地約21.5 ha，位于通州核心區(qū)，承擔(dān)著通州城區(qū)84%的污水處理量。當(dāng)時(shí)選址時(shí)，周邊沒(méi)有大型居民區(qū)，現(xiàn)在廠區(qū)周邊陸續(xù)建起數(shù)個(gè)大型居民小區(qū)，廠區(qū)東北側(cè)有玉帶河繞行，見(jiàn)圖1。

隨著城市化的進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，該污水廠占地大、能耗高、處理能力低、產(chǎn)生的臭氣對(duì)周邊環(huán)境影響大等缺陷日益凸顯，其水質(zhì)、水量、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)等都難以滿足北京城市副中心化發(fā)展和環(huán)境質(zhì)量提升的要求。經(jīng)過(guò)科學(xué)論證，2015年，通州區(qū)政府決定在不影響原污水處理廠運(yùn)營(yíng)的情況下于原址北側(cè)池體內(nèi)升級(jí)改造為全地下封閉式再生水廠并于上部打造生態(tài)公園，占地約7.5 ha。

原水廠池壁采用1：1.5和1：1.8兩級(jí)放坡，坡面采用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土，池底采用原狀土夯實(shí)上鋪兩層PE防滲膜。

圖1 原碧水污水處理廠鳥(niǎo)瞰圖Fig.1 Bird s eye view of original blue water treatment plant

1.1 工程與水文地質(zhì)

1.工程地質(zhì)

根據(jù)本次勘察勘探結(jié)果和土工試驗(yàn)成果，依據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范對(duì)所勘探地層進(jìn)行劃分，本次勘探最大孔深40.00m深度范圍內(nèi)所揭露地層，按成因年代分為人工堆積層、新近沉積層和第四紀(jì)沉積層三大層，按地層巖性進(jìn)一步分為8個(gè)大層及亞層。各層土的地層巖性及其特點(diǎn)自上而下依次為：

粉質(zhì)粘土填土①層、粉細(xì)砂填土①1層、雜填土①2層、粉土填土①3層、粉細(xì)砂②層、粘質(zhì)粉土-砂質(zhì)粉土②1層、粉質(zhì)粘土②2層、粉細(xì)砂③層、粉質(zhì)粘土③1層、粘質(zhì)粉土③2層、粉細(xì)砂④層、粉質(zhì)粘土④1層、粘質(zhì)粉土④2層、粉細(xì)砂⑤層、粉質(zhì)粘土⑤1層、粘質(zhì)粉土⑤2層、細(xì)砂⑥層。

2.水文地質(zhì)

本工程詳勘最大勘探深度40.00m范圍內(nèi)揭露兩層地下水，分別為上層滯水（一）和層間潛水（二）。

上層滯水（一）僅在陸域內(nèi)部分鉆孔中揭露，穩(wěn)定水位埋深為4.70m～7.00m，穩(wěn)定水位標(biāo)高為12.71m～15.02m，含水層巖性主要為人工填土層、粉細(xì)砂②層、粘質(zhì)粉土-砂質(zhì)粉土②1層、粘質(zhì)粉土③2層。

層間潛水（二）普遍分布于整個(gè)場(chǎng)區(qū)，鉆孔揭露，穩(wěn)定水位埋深為8.10m～9.50m，穩(wěn)定水位標(biāo)高為9.95m～11.46m，從勘探揭露的地層情況來(lái)看，該層地下水水位較為穩(wěn)定，場(chǎng)地內(nèi)③～⑥大層的粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土等相對(duì)隔水層多呈非連續(xù)分布，以致其間的含水層呈連續(xù)狀態(tài)，總體上來(lái)看，該層地下水水量較為豐富，含水層巖性主要為粉細(xì)砂③層、粉細(xì)砂④層、粉細(xì)砂⑤層、細(xì)砂⑥層。

本場(chǎng)區(qū)上層滯水主要以接受大氣降水和池內(nèi)污水的垂直及側(cè)向補(bǔ)給為主，以蒸發(fā)、向下垂直入滲和人工抽降為主要排泄方式。受不同地段地層滲透性影響，其補(bǔ)給方式和補(bǔ)給量懸殊較大。其變化與賦存區(qū)域的環(huán)境關(guān)系密切，沒(méi)有明顯的變化規(guī)律。

本區(qū)層間潛水天然動(dòng)態(tài)類型為滲入～徑流型，主要接受地下側(cè)向徑流補(bǔ)給、越流及“天窗”補(bǔ)給為主，并以地下徑流、越流以及人工開(kāi)采為主要排泄方式。其水位季節(jié)變化規(guī)律一般在5～7月份水位較低，在11月至來(lái)年3月水位較高，年變化幅度一般為2m～3m。局部地段受地形起伏、隔水層底板巖性及標(biāo)高變化影響，其水位埋深和水位標(biāo)高有所變化，略有承壓性。

根據(jù)地下水長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料，擬建場(chǎng)地1959年地下水潛水最高水位接近自然地表；1971～1973年地下水潛水最高水位標(biāo)高約為19.0m，埋深約為1.0m；近3～5年潛水最高水位標(biāo)高約為13.0m左右，埋深約為7.0m。

建設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)剖面見(jiàn)圖2。

2 基坑概況

污水廠現(xiàn)狀地面標(biāo)高約20.60m，原水廠池底標(biāo)高8.60m，水面標(biāo)高約為19.23m，池水深約10.60m，玉帶河從場(chǎng)地東北側(cè)繞行。

根據(jù)通州碧水污水處理廠升級(jí)改造工程工藝流程以及平面布置圖，基坑開(kāi)挖底標(biāo)高為4.15m～6.80m，長(zhǎng)約290m，寬約130m。基坑開(kāi)挖面積為37955.5m2，周長(zhǎng)為875.73m，現(xiàn)狀凈水池深約10.5m，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，不能影響現(xiàn)有污水廠南側(cè)的運(yùn)營(yíng)。為了使原水廠北側(cè)升級(jí)改造工程順利進(jìn)行，在原水廠水池中間采用砂被圍堰進(jìn)行隔斷，見(jiàn)圖3。

2.1 砂被圍堰設(shè)計(jì)

圍堰設(shè)計(jì)頂標(biāo)高為20.60m，高于現(xiàn)有水池水面約1.4m。圍堰走向與基坑開(kāi)挖邊線平行，距離地連墻約11m；圍堰底部寬為60m，頂部寬為8m，其上為寬為6m的混凝土路面。采用大砂袋圍堰，砂袋、砂被等加筋材料能夠增強(qiáng)堤身的穩(wěn)定性，減小堤身的設(shè)計(jì)斷面。圍堰墊層高度為2.4m，堤身用砂袋分層鋪設(shè)，每層厚度0.6m～0.8m。

圖2 建設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)剖面Fig.2 Geological section of construction site

圖3 砂被圍堰兩側(cè)Fig.3 Both sides of sand dam cofferdam

圍堰止水：在圍堰外側(cè)鋪設(shè)兩層土工防滲膜，防滲膜向墊層外延伸10m，膜上用防老化編織長(zhǎng)袋裝砂分段壓實(shí)，坡腳用砂袋壓實(shí)。

圍堰止水考慮在砂被上鋪設(shè)防水土工膜。在圍堰外側(cè)坡面上整平后再在其上鋪設(shè)兩層土工防滲膜（兩布兩膜），防滲膜的底部壓入淤泥中，膜上用防老化編織長(zhǎng)袋裝砂分段壓實(shí)，寬度50cm，厚度30cm，每隔10m一條。為避免防滲膜鋪設(shè)過(guò)程中，原狀池壁上原曝氣主管殘留錨栓、混凝土破塊等尖銳物損壞防滲膜，在圍堰與原池壁連接部位先吹填散砂找平。

2.2 砂被圍堰施工

圍堰堤身最長(zhǎng)處約450m，深約12m，圍堰施工采用吹填砂方式。由于原水廠運(yùn)行日久，池底存在大量淤泥，同時(shí)水池底部存在部分廢棄曝氣管基礎(chǔ)無(wú)法拆除，只能埋設(shè)在圍堰底部，因此提前派潛水員對(duì)原水池底部廢棄基礎(chǔ)和淤泥情況進(jìn)行摸底，保證圍堰底部的充填砂袋定位準(zhǔn)確。具體施工以所筑圍堰的分段長(zhǎng)寬“上下層袋體錯(cuò)縫鋪設(shè)，避免袋體相對(duì)滑動(dòng)，避免出現(xiàn)貫通縫隙”的原則進(jìn)行。

砂被圍堰施工完成后原水廠南側(cè)正常運(yùn)營(yíng)，北側(cè)升級(jí)改造。

2.3 基坑支護(hù)

砂被圍堰施工完成后，在原水池北側(cè)內(nèi)進(jìn)行基坑降水，待水位降至地下連續(xù)墻施工作業(yè)面以下時(shí)，進(jìn)行基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工。

本工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案主要采用地下連續(xù)墻+預(yù)應(yīng)力錨索、地下連續(xù)墻+預(yù)應(yīng)力錨索+混凝土內(nèi)支撐及地下連續(xù)墻+反壓土臺(tái)噴錨等支護(hù)體系［1］，為減少地連墻接縫處滲水，在地連墻接縫處采用直徑600mm的雙管高壓旋噴樁止水。其中靠近砂被圍堰一側(cè)為了減少錨索對(duì)圍堰的影響，采用地下連續(xù)墻+反壓土臺(tái)噴錨的支護(hù)體系，見(jiàn)圖4。

圖4 基坑支護(hù)與砂被圍堰Fig.4 Foundation pit support and sand cofferdam

3 基坑降水、排水

由于該場(chǎng)地東北側(cè)有玉帶河繞行，一側(cè)為原有水池，場(chǎng)地地下水位較高，地下水對(duì)基坑開(kāi)挖影響很大，易造成局部流土、流砂等現(xiàn)象，因此基坑開(kāi)挖前應(yīng)分層開(kāi)挖、分層降水?；娱_(kāi)挖期間需做降水和排水。

1.基坑降水

觀測(cè)井兼作回灌井，沿著基坑開(kāi)挖邊線均勻布設(shè)，間距30m～40m，深度18m；降水疏干井，從池底開(kāi)始施工，在基坑內(nèi)部均勻布設(shè)，間距20m。

2.基坑開(kāi)挖過(guò)程中的排水

坑頂：修建基坑坑頂排水溝，尺寸為0.3m×0.3m，0.3%縱向找坡，防止地面水體流入基坑內(nèi)。

坑內(nèi)：在基坑內(nèi)部修建約20m×20m的疏干井，以將地下水位控制在開(kāi)挖面下方0.5m～1.0m左右。

3.基坑開(kāi)挖完成后的排水

坑內(nèi)：在坑底修建排水溝，尺寸為0.3m×0.3m，0.3%縱向找坡，沿排水溝間隔40m布設(shè)，尺寸為1.0m×1.0m×1.0m集水井。

坑頂：利用坑頂排水溝承接坑內(nèi)集水坑匯水，并經(jīng)三級(jí)沉砂池沉淀后排入市政雨水系統(tǒng)。

4.圍堰底部排水

圍堰底部：修建圍堰排水溝，尺寸為0.5m×0.5m，0.3%縱向找坡，防止水體影響基坑的施工。

4 基坑涌水情況及處理措施

隨著地下連續(xù)墻的施工完成，基坑開(kāi)挖施工一直遵循分層、分段開(kāi)挖的方式，邊開(kāi)挖邊降水。

觀測(cè)井兼回灌井，分布于基坑開(kāi)挖邊線外側(cè)，間距為30m～40m，一共26口；降水疏干井，分布于基坑內(nèi)部，間距為14.75m×12m，一共194口。詳細(xì)布置見(jiàn)圖5。

圖5 基坑降水井、觀測(cè)井平面布置Fig.5 Layout drawing of foundation pit dewatering well and observation well

（1）2015年11月9日，第34#降水疏干井出現(xiàn)涌水情況，見(jiàn)圖6。2015年11月11日，現(xiàn)場(chǎng)采用水泵抽排積水、上鋪碎石和砂袋反壓的措施進(jìn)行處理［2］。

圖6 34#降水疏干井涌水Fig.6 34#Precipitation well water gushing

（2）2015年11月22日，第27#降水疏干井出現(xiàn)涌水情況，見(jiàn)圖7。同樣采用水泵抽排積水、上鋪碎石和砂袋反壓的措施進(jìn)行處理。

圖7 27#降水疏干井涌水Fig.7 27#Precipitation well water gushing

（3）2015年12月8日，Q143地下連續(xù)墻與砂被圍堰之間出現(xiàn)新的涌水點(diǎn)，見(jiàn)圖8。經(jīng)測(cè)量估算，每日涌水量達(dá)到4000m3左右。

涌水險(xiǎn)情發(fā)生后，第一時(shí)間采用水泵抽排給水，在涌水點(diǎn)附近鋪設(shè)碎石并用砂袋將涌水點(diǎn)進(jìn)行封堵，以防砂性土流出。同時(shí)，加快施工地下連續(xù)墻，盡可能將涌水點(diǎn)截止在基坑之外。

圖8 新涌水點(diǎn)Fig.8 New flood point

但由于此次涌水量較大，造成Q142～Q144三幅地下連續(xù)墻無(wú)法施工閉合。一方面，長(zhǎng)此下去對(duì)于施工工期將造成嚴(yán)重影響，同時(shí)一旦涌水點(diǎn)出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象，將對(duì)圍堰造成較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，由于場(chǎng)地條件復(fù)雜，無(wú)法準(zhǔn)確判斷此處的較大涌水是地下水還是圍堰另一側(cè)的池水或者附近玉帶河的河水。

為了盡快解決這一難題，對(duì)涌出的水進(jìn)行了化學(xué)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)與圍堰另一側(cè)的池水成分相同；同時(shí)，經(jīng)仔細(xì)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)34#、27#降水疏干井與本次新涌水點(diǎn)位于同一直線上，見(jiàn)圖9。因此可以確定該處涌水來(lái)源為圍堰另一側(cè)的池水。

圖9 涌水點(diǎn)連線圖Fig.9 Connection diagram of water inflow point

考慮到該處涌水點(diǎn)水量較大，并且處于冬季，氣溫較低，常用的雙液漿無(wú)法起到應(yīng)有效果［3］。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，針對(duì)本次涌水險(xiǎn)情制定了如下方案。

根據(jù)34#、27#降水疏干井和本次涌水點(diǎn)的連線，分析認(rèn)為此條路徑即為基坑底部水力路徑。在砂被圍堰頂部進(jìn)行鉆孔并施做直徑600mm的高壓旋噴樁，鉆孔定位為連線延長(zhǎng)后與砂被圍堰頂部的交線處，高壓旋噴樁間距0.8m，見(jiàn)圖10。

高壓旋噴樁采用跳打方式，即Z3-Z1-Z2-Z5-Z4。在高壓旋噴樁注漿過(guò)程中，同時(shí)觀測(cè)涌水點(diǎn)水量變化，一旦涌水量出現(xiàn)明顯變化，迅速加大注漿量，當(dāng)注漿量超過(guò)流失量并且旋噴樁水泥漿凝固后即可將涌水路徑截?cái)?，達(dá)到處理效果。

圖10 高壓旋噴樁鉆孔定位圖（單位：mm）Fig.10 High pressure rotary jet pile drilling positioning diagram（unit：mm）

在施打樁Z2時(shí)，觀測(cè)到下方新涌水點(diǎn)出現(xiàn)明顯水量減少，經(jīng)過(guò)加大注漿量，在很短時(shí)間內(nèi)即將涌水情況徹底解決。該方案省時(shí)省力且安全有效，極大地節(jié)約時(shí)間并且代價(jià)極低。

5 結(jié)論

1.基坑涌水確實(shí)會(huì)對(duì)基坑安全造成較大威脅，需要在第一時(shí)間進(jìn)行處理，但切忌盲目采取措施，以免延誤時(shí)間造成更大危害。

2.基坑出現(xiàn)大量涌水情況時(shí)，切忌忙中出亂，需仔細(xì)分析現(xiàn)場(chǎng)情況，包括基坑內(nèi)外水力連通性和滲流路徑等關(guān)鍵信息，為后續(xù)措施提供合理的科學(xué)依據(jù)。

3.本文結(jié)合實(shí)際工程對(duì)砂被圍堰基坑大量涌水的特殊處理措施進(jìn)行詳解，為以后類似突發(fā)狀況提供使用參考。