瀕江長大雜填土基坑止水方案設計與效果研究

蔡建中

0 引言

地下水控制是基坑工程的一個難點，由于土質(zhì)和地下水位的條件不同，基坑開挖的施工方法大不相同，有時在沒有地下水的條件下，可輕易地挖到5.0 m或更深;但在地下水位較高，而且地層以砂土或粉土為主時，即使挖深3.0 m，也可能產(chǎn)生塌方的事故。因此富水地區(qū)開挖基坑，必須對地下水進行控制。地下水是基坑工程的天敵，根據(jù)有關資料統(tǒng)計，70%以上的基坑工程事故是由水害直接或間接造成的。常見的基坑破壞包括邊坡破壞、地表沉降、坑底隆起、突涌和圍護結構破壞等[1-7］。調(diào)查表明，在富水環(huán)境中開挖基坑，地下水的處理是關系到基坑施工成敗的關鍵，如濟南市的“不夜城”“經(jīng)緯大廈”“財稅大廈”等基坑開挖中，因降水都給周圍的建筑物造成不同程度的破壞。因此對于富水環(huán)境中對地下水的控制是基坑開挖成敗的關鍵。本文結合南昌市沿江北、中大道連通工程施工，對周圍地下水的控制技術進行系統(tǒng)研究，在止水方案的基礎上，合理地進行基坑降水，達到既能安全施工，又能保證工程按期完工的目的。

1 工程概況

1.1 工程簡介

南昌市沿江北、中大道連通工程路線全長約2 328 m。連接線地面層道路長約1 153 m(其中跨撫河橋梁長約94 m)，道路寬20 m。連接線隧道部分按上、下行分別設置，東側隧道總長737 m，其中單向四車道隧道(長137 m)總寬為17.45 m;單向雙車道隧道(長600 m)總寬為9.65 m;西側隧道長798 m，均為單向雙車道隧道，總寬為9.65 m。隧道南、北兩側引道各長約170 m，與隧道同寬。

1.2 工程地質(zhì)條件

據(jù)巖土工程勘察報告，工程沿線巖土由人工填土(Qml)、全更新統(tǒng)沖積層(Qal4)及第三系新余群(E1-2)組成。依各巖土層的成因、物質(zhì)組成、顆粒組分不同可分為:①雜填土;②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土;③細砂;④礫砂;⑤1強風化泥質(zhì)粉砂巖;⑤2中風化泥質(zhì)粉砂巖;⑤3微風化泥質(zhì)粉砂巖;⑤4未風化泥質(zhì)粉砂巖。其中，人工填土組分主要以粘性土及砂土為主，含碎石、碎磚塊、碎混凝土塊等建筑垃圾，結構松散，為新近期堆填。鉆探揭露層厚0.80 m～16.50 m，平均層厚9.19 m，擬建工程沿線均有分布，對工程影響巨大。淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土平均壓縮系數(shù)為0.51 MPa－1，壓縮模量平均值為4.16 MPa，高壓縮性，層厚為1.00 m ～7.60 m，主要分布在撫河河底及撫河兩岸岸邊，對部分地段工程有影響。

1.3 水文地質(zhì)條件

2 地下水處治

表1 基坑涌水量估算

工程瀕臨贛江、撫河，地表水資源豐富，勘察期間實測水面標高為17.39 m ～18.69 m，水深2.50 m ～8.30 m，河底標高為10.31 m ～14.55 m?？睖y穩(wěn)定地下水位埋深0.80 m ～8.10 m，標高17.80 m ～18.13 m，承壓水頭高度一般為3.50 m ～11.00 m，平均為 6.23 m。結合地區(qū)經(jīng)驗，建議場地含水層綜合滲透系數(shù)采用100 m/d。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)影響本工程的地下水主要為上層滯水及第四系松散孔隙承壓水兩類。其中，上層滯水水量受季節(jié)影響，雨季水量較大，枯水季水量較小，水位變幅3 m～5 m。上層滯水在枯水期有限，一般可采用集水明排降水措施處理即可。但遇到雨季時，局部涌水量會明顯增加，集水明排降水措施效果不顯著，同時有可能對周邊環(huán)境造成一定的破壞?？辈炱陂g第四系松散孔隙承壓水其標高約為18.00 m?？紤]其變幅后，最高可至23 m左右，若設計采用管井進行降水，則基坑涌水量估算如表1所示。

綜上分析認為，整體基坑開挖時，上層滯水雨期時明排效果不明顯，基坑估算涌水量較大，豐水期間需抽降的深度過大(達12 m左右)，采取強行降水較為困難，且強行大面積、大深度降水也易對周邊環(huán)境造成破壞。因此擬采用鉆孔灌注排樁進行支護，同時輔以高壓旋噴樁共同形成止水帷幕。鉆孔灌注樁與高壓旋噴樁樁徑1 000 mm，間距1 500 mm，在同一軸線上，相互咬合。止水帷幕旋噴樁樁底要求進入強風化泥質(zhì)粉砂巖至少0.5 m。止水帷幕樁樁長約10.5 m ～19.2 m。

圍護結構止水帷幕采用三重管旋噴樁止水墻，清水壓力應大于35 MPa，氣壓應大于0.7 MPa(空壓機容量應大于9 m3)，水泥漿壓力應大于1.5 MPa，水泥采用32.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比應小于1.0。旋噴樁鉆桿提升速度不得大于15 cm/min。對于施工過程中，止水樁與樁間搭接部分、樁與巖基連接部位出現(xiàn)因局部搭接不良而引發(fā)的地下水入滲現(xiàn)象，可采取壓密注漿對滲、漏水部位進行處理，必要情況下，同時可進行外圍大管井抽水降低基坑內(nèi)外水頭差，進而減弱滲透變形的破壞作用。

3 止水帷幕防水效果研究

3.1 試驗布置

由于工期緊，任務重，為了保證施工安全，防止隧道基坑開挖時出現(xiàn)涌水等事故，止水帷幕施工完成后，進行了現(xiàn)場抽水試驗，分析已施工的止水帷幕的止水效果，沿基坑內(nèi)外各布置一組抽水試驗?？觾?nèi)03-2號抽水井位于本工程隧道基坑中段，井位中心距東西兩側基坑分別為12.2 m，12.9 m，基坑支護體系為懸臂樁加高壓旋噴樁，可視為隔水邊界，井位中心距南、北兩端基坑邊線分別為300 m，400 m，南、北兩個方向可作為近似無限邊界考慮?？油?3-14號抽水井位于隧道中段基坑西側，井位中心距東端基坑止水帷幕邊界線約31.4 m，支護體系為懸臂樁加高壓旋噴樁，視為隔水邊界;西距贛江東岸約為14.5 m，視為供水邊界;贛江為該抽水井的定水頭補給邊界。孔位布置情況如圖1，表2所示。

圖1 試驗井點布置示意圖

3.2 試驗方案及結果

抽水孔及水位觀測孔采用沖擊成孔，孔徑600 mm，加勁管作井管，井徑400 mm，外填級配濾料，含水段濾管長度大于6 m，超過場地含水層厚度。井底揭穿含水層底板，進入強風化巖0.5 m，均為完整井。

表2 試驗井點布置情況

采用穩(wěn)定流抽水試驗，水量采用水表量測，水位采用電測水位計量測，抽水流量及水位穩(wěn)定時間大于22 h，停抽后進行恢復水位的觀測，觀測時間大于8 h。試驗結果如表3所示，基坑內(nèi)03-2井抽水試驗相關井點水位降深歷時曲線如圖2所示。

圖2 03-2抽水試驗相關井點水位降深歷時曲線

表3 抽水試驗結果匯總表

3.3 試驗結果分析

綜合分析認為，03-2抽水試驗的水文地質(zhì)模型為兩側隔水邊界南北進水的穩(wěn)定流水文地質(zhì)抽水試驗，試驗結果按式(1)計算滲透系數(shù);03-4號抽水實驗的水文地質(zhì)模型為一側隔水邊界，另一側為定水頭補給邊界的穩(wěn)定流水文地質(zhì)抽水試驗，試驗結果按式(2)計算滲透系數(shù)。

兩側隔水邊界、承壓水轉無壓水類型:

一側隔水、另一側定水頭補給供水的潛水類型:

其中，K為滲透系數(shù)，m/d;Q為單井出水量，m3/d;b1，b2分別為試驗井點至兩側邊界的距離，另b=b1+b2，m;rw為井點半徑，m;R0為抽水影響半徑，m;M為承壓含水層厚度，m;H為潛水含水層厚度或凈水頭高度，m;h為動水頭高度，m。

根據(jù)03-2，03-4井抽水試驗資料，按上述公式計算基坑內(nèi)外滲透系數(shù)如表4所示。

表4 含水層滲透系數(shù)計算結果

抽水試驗表明:止水帷幕的隔水效果較為明顯，據(jù)試驗期間水位觀測資料分析，試驗地段，支護體系仍存在局部滲漏通道。因本次試驗正值贛江枯水期時段，試驗地段支護體系止水帷幕雖存在局部滲漏通道，但試驗期間的滲透量、滲透速度與相關聯(lián)性表現(xiàn)為不甚明顯，但至次年3月份～5月份期間，贛江水位處于長期高水位狀態(tài)，且其最高水位較現(xiàn)在上升可達10 m，豐水期間的常水位也在17 m左右，高出現(xiàn)階段水位約達6 m，基坑內(nèi)外側水頭差將大大增加，存在導致止水帷幕薄弱地段貫通的可能，建議采取相應的措施，在坑內(nèi)設置降水井的同時，基坑外側也宜設置相應數(shù)量的工程降水井點，備用進行開挖期間的坑外降水。

4 結語

由試驗結果可知，單排鉆孔灌注樁及旋噴樁咬合形成的止水帷幕有較明顯的隔水效果，但是由于咬合段質(zhì)量難以控制，施工完成后易存在滲漏通道，特別是對于雜填土而言，土層密實度差，結構松散，孔隙度大，部分地基中可能存在較大的孔洞，施工時不易形成密實的樁，宜增加止水帷幕的厚度或增加輔助的降水井點。由于工程工期較緊，后期施工時增加部分降水井，并增加了基坑周圍水位監(jiān)測頻率。經(jīng)監(jiān)測，施工期間坑內(nèi)外水位穩(wěn)定，圍護結構變形始終在警戒值以內(nèi)，基坑側壁基本無滲漏現(xiàn)象，周邊建筑無附加變形。

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