王光英，蔣 凱，王 溥，舒 晶，彭曉軍

(中建三局集團(tuán)北京有限公司，北京 102629)

0 引言

目前國內(nèi)在基坑降排水及防滲漏處理方面已經(jīng)有成熟的施工技術(shù)，針對深基坑工程滲漏水的處理中因地質(zhì)條件及工況不同采取的技術(shù)措施也不同[1-6]。但對于深基坑中與底板相連的各類底坑滲水處理研究較少，往往這種底坑部位相較于底板標(biāo)高更低，是滲水處理的薄弱環(huán)節(jié)，影響底板防水的整體性。結(jié)合北京大興國際機(jī)場臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展服務(wù)中心項(xiàng)目，運(yùn)用流體力學(xué)中降排水“漏斗”原理，并利用階梯形混凝土現(xiàn)澆圈梁抵抗水壓沖刷底坑側(cè)壁，有效防止底坑的滲水及坍塌情況，為后續(xù)同地質(zhì)條件下基坑的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

1 工程概況

北京大興國際機(jī)場臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展服務(wù)中心項(xiàng)目位于北京市大興區(qū)禮賢鎮(zhèn)機(jī)場大道與天興五街交叉口，項(xiàng)目總建筑面積約17.3萬m2，分為E-05-01，E-06-01兩個(gè)獨(dú)立地塊。最大建筑高度40m，E05和E06地塊基坑槽底標(biāo)高分別為-15.180m(絕對標(biāo)高+8.720m，±0.000為+23.900m)和-15.380m(絕對標(biāo)高+8.520m)，為深基坑工程。其中電梯底坑、消防泵坑等最大開挖深度為19.28m。本工程總體基坑支護(hù)形式為“護(hù)坡樁+預(yù)應(yīng)力錨桿”支護(hù)體系。采用樁間設(shè)止水帷幕，并結(jié)合基坑內(nèi)布設(shè)疏干井(間距為25～30m)、坑外布設(shè)應(yīng)急井(間距為9.8m)對地下水進(jìn)行控制，井口標(biāo)高+23.500m，井深為21.5m。電梯底坑、消防泵坑位于樓座核心筒內(nèi)或周邊，與基坑內(nèi)邊線平面距離為5～23m。

勘探期間(2019年10月中旬及2020年3月下旬)工程場區(qū)40m深度范圍內(nèi)地下水位情況如表1所示。

表1 地下水位量測情況Table 1 Measurement of groundwater level

工程場區(qū)層間水天然動態(tài)類型屬滲入-徑流型，水位年變幅為2～4m，且場地南部分布有排水明渠，河寬約10～15m，距場地建筑邊線約23m，河底已施作襯砌，基礎(chǔ)持力層主要為⑤粉質(zhì)黏土～重粉質(zhì)黏土層、⑤1細(xì)砂層、⑤2黏質(zhì)粉土～砂質(zhì)粉土層。

2 底坑狀況分析

基坑降止水設(shè)計(jì)采用“坑內(nèi)外降水井+止水帷幕”的方式，降水井埋深21.9m，相對于電梯底坑已不滿足降水要求，且工期緊、降水時(shí)間短。在項(xiàng)目基坑支護(hù)與土方開挖完成進(jìn)入清槽階段已進(jìn)入雨季(7月—8月)，地下層間水位發(fā)生變化，且局部區(qū)域存在淤泥質(zhì)土層。在槽底標(biāo)高范圍內(nèi)未見滲水，而開挖至槽底標(biāo)高下約0.4～0.8m處即見水平層間滯水。電梯底坑、消防泵坑絕對標(biāo)高為7.220～4.620m，由高到低依次位于粉質(zhì)黏土、細(xì)砂及砂質(zhì)粉土層，不同土層滲水造成的狀況不同，如圖1所示。在底坑標(biāo)高范圍內(nèi)分布多層滯水，對于粉質(zhì)黏土層因其內(nèi)部存在較大黏聚力，底坑基本可成形，只有少量黏土隨滲水流出。

圖1 不同土層滲水造成的狀況Fig.1 Conditions caused by water seepage in different soil layers

而細(xì)砂或砂質(zhì)粉土層在水平向水滲透力作用下，其內(nèi)部黏聚力不滿足抗剪要求，導(dǎo)致土層塌落無法按設(shè)計(jì)圖紙放坡成形，影響底板澆筑施工及后續(xù)主體結(jié)構(gòu)工期。因此各類底坑處理施工技術(shù)必須在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙要求的情況下，確保底坑部位后期不出現(xiàn)滲漏水情況，保證底板施工質(zhì)量。

3 底坑處理施工技術(shù)

3.1 施工原理

本項(xiàng)目針對電梯底坑、消防泵坑等低于槽底標(biāo)高部位出現(xiàn)滲水的情況進(jìn)行處理，結(jié)合以往基坑滲水處理的經(jīng)驗(yàn)，遵循局部降截水、控制地下水位并進(jìn)行地基處理的原則綜合治理。在電梯基坑底部中間開挖降水井，利用降排水“漏斗”原理，控制地下水浸潤線，四周形成漏斗狀浸潤面，保證后續(xù)施工。地下水浸潤線方程：

(1)

式中：z為浸潤面水深(m)；h為井水深(m)；k為滲透系數(shù)(m/s)；r0為降水井半徑(m)；r為浸潤面對應(yīng)水深處的半徑。降水如圖2所示。

圖2 降水示意Fig.2 Precipitation

對于底坑塌土部位采用澆筑C30細(xì)石混凝土、局部灌漿的措施，并按照設(shè)計(jì)底坑斜度及尺寸施作鋼筋籠形成階梯形圈梁，起抗剪作用且形成剛性防水。之后砌筑M5蒸壓粉煤灰磚成形并進(jìn)行后續(xù)墊層、防水、防水保護(hù)層施工。后期在井口施工鋼制套管，套管外焊矩形止水鋼板，并采用底板混凝土封堵降水井，確保后期不發(fā)生滲漏現(xiàn)象。

3.2 滲水處理施工工藝

3.2.1降水井施工

降水井直徑600mm，按照流體力學(xué)中經(jīng)驗(yàn)公式取值，其中影響半徑R遠(yuǎn)大于矩形基坑等效半徑，滲透系數(shù)k根據(jù)不同土層按照表2取值。

表2 土層滲透系數(shù)Table 2 Permeability coeffcient of soil

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及基坑槽底尺寸，影響半徑R取值150m，滲透系數(shù)取6×10-5m/s，分別得出s≈6.5m，故底坑底部降水井深度：

h0=s-H0

(2)

式中：h0為底坑底部降水井深度(m)；H0為基坑槽底水位線距離底坑底部高度(m)。

3.2.2滲水底坑側(cè)壁處理

對于土層條件較好、滲水未發(fā)生塌土情況的底坑，其主要為層間滯水的無壓水流，在重力作用下沿底坑側(cè)壁向下流動，不會造成底坑側(cè)壁塌落，因此只在底部開挖直徑600mm集水井用于降排水，用無砂混凝土管保護(hù)防止塌井。據(jù)設(shè)計(jì)圖紙尺寸，底坑坡度均為60°，為防止?jié)B水對混凝土墊層產(chǎn)生輕微沖蝕，按尺寸要求在坡面砌筑單排MU15蒸壓粉煤灰磚，表面刮涂20mm厚防水砂漿；底部及坡面放置φ4@200抗裂鋼筋網(wǎng)片，后用C30細(xì)石混凝土施作側(cè)壁墊層，該類底坑滲水量較小，集水井隨底部墊層施工時(shí)一同澆筑，在接近終凝時(shí)快速插入防水層及保護(hù)層施工，然后快速插入底板澆筑，確保該部位混凝土澆筑質(zhì)量及整體性，具體如圖3所示。

圖3 滲水底坑側(cè)壁處理Fig.3 Side wall treatment of seepage pit

3.2.3塌土底坑處理

按照滲透原理并根據(jù)不同底坑尺寸施工完降水井并采用無砂混凝土管保護(hù)，且不間斷降水直至開始澆筑底板。降水15d后進(jìn)行側(cè)壁處理，具體步驟如圖4所示。

圖4 底坑處理步驟Fig.4 Treatment steps

1)先進(jìn)行硬化，在底坑塌土范圍內(nèi)澆筑100mm厚C15混凝土墊層，并在降水井設(shè)置外直徑400mm，長2m的鋼護(hù)筒套管，外露出墊層標(biāo)高長度400mm，在距鋼套筒頂部200mm處焊制矩形鋼板用作止水，長×寬為600mm×600mm，套筒內(nèi)放置潛水泵進(jìn)行抽排水。按照底坑坡度及尺寸，定位設(shè)置φ20@200雙排插筋，沿圈梁縱向間距為400mm，頂部各設(shè)置200mm彎頭做封邊處理，插入土層及墊層外露長度均為700mm。注意在進(jìn)行鋼筋定位及綁扎時(shí)要預(yù)留后期澆筑墊層、防水及防水保護(hù)層空間。

2)根據(jù)插筋定位綁扎圈梁鋼筋，主筋采用8根φ12，箍筋為φ8@200(沿圈梁縱向)，鋼筋籠保護(hù)層厚度50mm，鋼筋綁扎完成后進(jìn)行支模，模板采用15mm厚木模，支撐體系利用木方及鋼管采用對撐的方式，保證混凝土澆筑期間的穩(wěn)定性，完成并驗(yàn)收無誤后澆筑C30細(xì)石混凝土。

3)澆筑完成24h后，即按照定位進(jìn)行植筋，采用φ20@200雙排插筋，沿圈梁縱向間距為400mm，植筋深度10d，鋼筋外露700mm，同樣在鋼筋頂部各設(shè)置200mm彎頭做封邊處理。在完成植筋后，根據(jù)定位在中間部位剔鑿10mm深凹槽，用于放置20mm×30mm規(guī)格遇水膨脹止水條，防止混凝土接縫部位滲漏水。之后按照第1層圈梁鋼筋配置進(jìn)行鋼筋綁扎及模板支設(shè)，驗(yàn)收無誤后澆筑C30混凝土。依次進(jìn)行后續(xù)圈梁施工直至槽底標(biāo)高處，由于底坑深度不同，后續(xù)圈梁的高度可根據(jù)現(xiàn)場及設(shè)計(jì)圖紙尺寸確定。

4)澆筑完成后，檢查混凝土與土層交界處是否有不密實(shí)情況，并局部進(jìn)行靜壓注漿，注漿壓力0.5～1.5MPa，確?？p隙內(nèi)填充密實(shí)。

5)混凝土硬化并拆模完成后，根據(jù)底坑結(jié)構(gòu)輪廓線用MU15蒸壓粉煤灰磚將臺階部位按照60°角填充砌筑，砌筑砂漿強(qiáng)度等級不低于M10，之后用100mm厚C15混凝土按照結(jié)構(gòu)輪廓澆筑成形。

6)施工完墊層后開始進(jìn)行防水卷材施工，在防水卷材施工至鋼套筒位置時(shí)，將卷材上翻至止水鋼板下部，即200mm高位置。鋪貼完成后采用金屬壓條將套筒外一圈卷材壓實(shí)保證防水效果。防水保護(hù)層施工完成后綁扎完底板鋼筋，并進(jìn)行底坑模板盒制作。在該底坑所在流水段均已準(zhǔn)備就緒后開始底板澆筑，底板厚900mm(安裝好模板盒后套筒頂部距模板間距為500mm)。先進(jìn)行底坑部位澆筑，先將污水泵取出，然后快速將底坑模板盒放入，并做好固定及施壓措施，避免在澆筑混凝土?xí)r模板盒上浮影響澆筑質(zhì)量，因此對工序銜接要求比較高，應(yīng)做好交底并現(xiàn)場旁站指導(dǎo)。

將振搗棒從模板側(cè)面伸入井內(nèi)，同時(shí)將振搗棒伸入模板盒振搗底部確保套筒內(nèi)混凝土灌充密實(shí)，快速澆至電梯底坑至對應(yīng)標(biāo)高處，隨即依次向上澆筑其余部位底坑，確保結(jié)構(gòu)整體性。初步完成電梯底坑、消防泵坑等較低部位的防滲水及塌土處理施工，保證底板結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，避免工期延誤，有效降低滲漏水風(fēng)險(xiǎn)及后期注漿的經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)語

1)該技術(shù)應(yīng)用的降排水“漏斗”原理與建筑結(jié)構(gòu)中底坑的形狀進(jìn)行結(jié)合，增加處理的有效性、及時(shí)性。與之前研究不同的是直接將降排水及抗?jié)B漏措施應(yīng)用到實(shí)際部位，具有針對性。同時(shí)應(yīng)用至結(jié)構(gòu)施工前，具有前瞻性，避免后期因?yàn)闈B漏而注漿，延誤工期且增加成本。

2)拆模后進(jìn)行復(fù)查并在底坑底部設(shè)置沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測收集，該部位未出現(xiàn)隆起及開裂現(xiàn)象，且未出現(xiàn)滲漏情況，有效保證了地基處理效果及底板施工質(zhì)量。

3)項(xiàng)目后期在施工至電梯底坑、消防泵坑等部位時(shí)，清槽完成后提前定位施工降水井，之后可由上至下施工混凝土圈梁，可大大節(jié)約成本和工期。

4)在類似地質(zhì)條件下采用止水帷幕的方式進(jìn)行阻斷基坑與外界水流聯(lián)系，不可控因素太多，基坑內(nèi)的降水設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮底板最低處標(biāo)高，避免此類情況出現(xiàn)。