劉 波 付 磊

（瀏陽經(jīng)開區(qū)投資發(fā)展有限公司，湖南 瀏陽 410331）

大部分基坑事故與地下水控制不當(dāng)有關(guān)，故地下水控制是深基坑工程成功的關(guān)鍵。武漢市區(qū)某深基坑工程開挖深度最大達到28.8 m，是武漢地區(qū)開挖較深的基坑。盡管該深基坑在施工過程中出現(xiàn)了一些問題，但通過深入分析原因，采取合理有效的措施，在保證施工安全的前提下節(jié)省投資和工期。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

該深基坑工程場區(qū)原為武漢王家墩機場，場區(qū)較為開闊，周邊無明顯建筑物。擬建場地屬于漢口區(qū)長江I級階地地貌，地層條件比較復(fù)雜，其土層概化如圖1所示，屬于典型的二元相結(jié)構(gòu)。場地內(nèi)的上層滯水主要賦存于自然地面下4.5～12.1 m范圍內(nèi)，其水量受氣候和周圍補給影響較大。粉質(zhì)黏土夾粉土、粉砂層及含圓礫中砂層中含有承壓水，與長江、漢江存在水力聯(lián)系，且承壓含水層厚度比較大。

基坑總開挖面積約21 700 m2，基坑開挖深度20.2～28.8 m（坑中坑），基坑呈不規(guī)則多邊形，工程樁采用鉆孔灌注樁。

1.2 基坑降水設(shè)計方案

基坑降水的目的是疏干和減壓，降水的目的層是粉質(zhì)黏土夾粉土、粉砂以及粉細砂與粉質(zhì)黏土互層。對該互層土中的承壓水采用深井降水，該降水方案按穩(wěn)定流承壓非完整井考慮，采用大井法對基坑最大涌水量進行計算。最后設(shè)計結(jié)果為，在普挖區(qū)布置57口普通降水井和2口觀測井，單井抽水量50 t/h；塔樓區(qū)需布置20口深井降水井和2口觀測井，單井抽水量80 t/h，降水井布置如圖3所示。

圖1 降水井結(jié)構(gòu)與地層概化復(fù)合圖

2 基坑工程降水施工過程中遇到的問題

2.1 基坑西側(cè)和南側(cè)放坡段發(fā)生明顯變形和滑塌

基坑的-10.1～-20.2 m標(biāo)高段采用樁錨支護，基坑的0～-10.1 m標(biāo)高段采用SMW工法樁加放坡噴錨支護，由于勘察報告中該地層淤泥質(zhì)土層厚度比實際厚度小1～2 m，據(jù)此設(shè)計的SMW工法樁不能滿足基坑開挖的要求，在基坑西側(cè)和南側(cè)該支護結(jié)構(gòu)發(fā)生變形破壞。事故發(fā)生后進行施工變更，西側(cè)和南側(cè)采用二級放坡加土釘噴錨支護，在坑內(nèi)采用深井降水的同時，南側(cè)局部放坡段仍發(fā)生滑塌，其他部位及西側(cè)放坡段坡頂裂隙寬度最大達20 cm，并有下滑之勢，且發(fā)展速度加快。鑒于此，采用打木樁和坡底沙袋反壓將其下滑速度控制，并在坡面土釘噴錨掛網(wǎng)支護和坡底設(shè)排水溝來排水，但隨著基坑工程的進行，滑塌仍緩慢進行，且其影響范圍進一步擴大。

2.2 基坑周邊沉降明顯

根據(jù)基坑北側(cè)、東側(cè)、南側(cè)沉降監(jiān)測點的實測數(shù)據(jù)繪制沉降曲線圖2，可知，隨著降水的進行，基坑周邊沉降量較明顯。

圖2 沉降曲線圖

從圖2可以看出，由于基坑開挖，在基坑未抽水階段，基坑周邊已存在4～20 mm不等的地層沉降。進入降水階段，沉降監(jiān)測點沉降量開始增大，且隨著日降水量的增加，監(jiān)測點沉降速度開始提高，這基本與基坑的水位降同步，但在時效上滯后基坑降水；降水井投入使用的順序是由普挖區(qū)轉(zhuǎn)向塔樓區(qū)，這使得三處沉降監(jiān)測點的沉降呈現(xiàn)出異步性，且由于互層土水位降的滯后性，故基坑周邊沉降也表現(xiàn)出一定的滯后性和異步性。從圖2可以看出，基坑?xùn)|側(cè)和南側(cè)的最大沉降量分別為7.5 cm和8.2 cm，沉降比較大。

2.3 部分降水井出水不連續(xù)且出水量比較小

當(dāng)基坑開挖至-6 m時，降水井開始投入工作，但降水井運行一段時間后發(fā)現(xiàn)，部分降水井出水不連續(xù)且出水量比較小，這在降水井?dāng)?shù)量沒有一定的安全儲備的情況下，對深基坑進行降水施工構(gòu)成一定的威脅。

3 原因分析及解決措施

3.1 基坑西側(cè)和南側(cè)放坡段發(fā)生滑塌的原因分析及解決措施

該基坑工程施工期大多為雨季，水量來源豐富，地下水位過高，且上層滯水因黏土層的阻隔而與承壓水水力聯(lián)系微弱?；油林械纳蠈訙荒芎芎玫叵聺B至砂土中隨基坑深井降水而抽排，上層滯水只能從側(cè)向滲出，所以這才致使基坑的西側(cè)和南側(cè)的放坡段在噴錨掛網(wǎng)、打木樁及坡底反壓的情況下仍發(fā)生滑坡。

鑒于此，在基坑內(nèi)水位得到有效控制的前提下，據(jù)宜疏不宜堵的原則，在基坑的西南側(cè)CDE段坡頂增加了7口疏導(dǎo)井 （SD1-SD7）兼作觀測井，疏導(dǎo)井結(jié)構(gòu)和布置分別如圖1和圖3所示，以將上層滯水和互層土中的微承壓水導(dǎo)流至地層深處透水性強的砂土層中以通過深井降水加快上層滯水的抽排，從而達到標(biāo)本兼治的目的。該場地原上層滯水水位-4.5～-12.1 m，但通過設(shè)置疏導(dǎo)井后，其水位下降至-14.6～-19.4 m。同時，基坑的西側(cè)和南側(cè)坡頂?shù)淖畲笏搅芽p穩(wěn)定在20 cm，且其變形范圍得以控制，其效果明顯。

圖3 降水井及沉降監(jiān)測點平面布置圖

3.2 開放式基坑降水導(dǎo)致周邊沉降的原因分析及沉降控制

該基坑采用開放式降水，對基坑周邊環(huán)境無法避免地造成不利影響，其中地面沉降最為突出。在施工降水過程中如何將地面沉降降至最低成為亟待解決的問題。被疏干的含水層及其相鄰的可釋水、欠固結(jié)的部分地層是基坑降水真正引起地面沉降的地層。本工程的上層黏土和粉質(zhì)黏土層釋水困難，且含水量小，對降水引起的地面沉降貢獻較小，引起沉降的主要地層是賦存承壓水的粉砂及粉細砂層，故控制好承壓水的抽排量可減少沉降量。信息化施工，動態(tài)監(jiān)測水位，分區(qū)抽水，按需抽水，是控制基坑周邊沉降的關(guān)鍵。

在基坑開挖至地下室底板澆注完畢這個過程中，通過對南北二區(qū)觀測井的水位監(jiān)測結(jié)果分別繪制出基坑降水抽水量時程圖和觀測井水位時程圖如圖4所示，以此來指導(dǎo)基坑施工。

圖4 觀測井水位時程圖

本基坑施工面積大且開挖深，為了將抽水量降至最低，根據(jù)基坑施工面位置和水位動態(tài)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整開啟降水井的數(shù)量。觀測井G1和G3的水位時程曲線見圖4，根據(jù)圖4可知，當(dāng)普挖區(qū)降水井開始運行至20 d的時候，基坑整體地下水位下降較緩慢，塔樓區(qū)水位降幅較普挖區(qū)小。隨著降水時間的延長和降水井開啟數(shù)量緩慢增加，普挖區(qū)地下水水位降速變慢并趨于穩(wěn)定，并最終維持在-23 m左右。綜上可知，塔樓區(qū)在普挖區(qū)大量降水的基礎(chǔ)上，并在塔樓區(qū)開挖前15 d就啟動該區(qū)域布置的降水井，當(dāng)降水至第35 d到第45 d期間，塔樓區(qū)啟動的降水井?dāng)?shù)明顯增加，該區(qū)域地下水位也迅速下降，其水位最終維持在-29 m左右，其地下水位在南區(qū)剛開始挖土?xí)r就已經(jīng)達到設(shè)計要求的水位。這在一定程度上減少了總抽水量，從而達到按需抽水，節(jié)約工期的目的。

3.3 部分降水井出水不連續(xù)且出水量比較小的原因分析及解決措施

通過對降水井出水問題進行分析，其原因有以下三點：

（1） 場地的含水層中粉細砂與黏土層互層，且土層分布不均，設(shè)計和施工將其簡化為均勻土層處理，以至運行降水井的時候其黏土層粉質(zhì)顆粒黏附在濾網(wǎng)上，堵塞了濾孔，且互層土中的黏性土層作為相對隔水層使其越流水量減小，導(dǎo)致出水量變小，從而引起“掉泵”。

（2） 深井濾料的顆粒孔隙比偏小且級配連續(xù)，施工時，濾料未填到指定高度，影響深井的出水量。

（3） 洗井不夠及時和充分，致使成井過程中護壁泥皮逐漸老化難以破壞和過濾層中夾雜的黏性土阻礙滲流路徑，影響滲水效果，以致水量反應(yīng)不靈敏。

針對上述問題提出以下措施： （1） 在互層土地區(qū)，當(dāng)土層釋水速度慢時，宜通過增大降水井管徑和井周濾料厚度來增大降水井的出水速度和出水量，且濾料厚度要均勻。 （2）為了防止堵塞井管而影響出水量，施工過程中嚴格控制濾料級配，濾料圍填完畢后經(jīng)測量符合設(shè)計標(biāo)高后方可使用優(yōu)質(zhì)黏土圍填，不得使用大塊黏土。 （3） 改善泥漿指標(biāo)，增加洗井時間，降水井投入使用前進行試抽，當(dāng)出水量和出水速度符合要求時方可投入使用。

4 結(jié)語

（1）對于上層滯水補給充足，放坡深度范圍內(nèi)分布有淤泥質(zhì)黏土或工程性質(zhì)不良的黏土?xí)r，據(jù)宜疏不宜堵的原則，宜在放坡段坡頂設(shè)置疏導(dǎo)井，將其上層滯水疏導(dǎo)至降水井的降水目的層，這對于控制邊坡變形作用明顯。

（2）對于采用開放式降水的大面積和大降深的深基坑，信息化施工，動態(tài)監(jiān)測水位，分區(qū)分層抽水以及按需抽水是控制基坑周邊沉降的關(guān)鍵。

（3）對于基坑周邊環(huán)境比較敏感的地區(qū)，當(dāng)基坑采用開放式降水時，應(yīng)該設(shè)置必要的隔水帷幕輔助基坑降水。

（4）由于黏土夾層水位降的滯后性，使得互層土中的水位降敏感性降低，所以對于地層條件類似于本工程的基坑工程，降水要比基坑開挖提前20～30 d進行，這有利于縮短水位下降時間而節(jié)省工期。