基于高承壓水對深基坑開挖施工的影響研究

孟詩然

【摘要】隨著社會的發(fā)展，我國的高層建筑越來越多，深基坑施工也越來越多。當坑下有承壓水出現(xiàn)時，同時又不斷的開挖，承壓水水頭壓力就會擠裂或沖掉土體底部，產(chǎn)生突涌。本文依據(jù)復雜地形情況分析，為進一步提升高承壓水對深基坑的工藝經(jīng)驗提供參考借鑒與處理辦法。

【關鍵詞】深基坑；降水；承壓水；減壓井；施工技術

1、工程概況

某工程是商住建筑，分為地上40層和地下5層，抗震設防烈度為7度，人防地下室的人防等級為核5級。建筑高度165m，建筑地面積3897m2，總建筑面積71264m2，其中地上54408m2；地下16855m2，本工程±0.000相當于大沽標高3.80m，相當于85國家高層7.6m。地下室基坑開挖相對標高-24.75m、-25.90m（局部最大深坑深度至-29.55m）?；訃o設計采用地下連續(xù)墻樁（作為基坑的防滲止水帷幕）+在樁外側(cè)4道鋼筋混凝土水平內(nèi)支撐體系結(jié)構(gòu)，圍護底進入強風化或全風化0.5m，圍護深度隔斷承壓含水層。

2、地質(zhì)條件

場地地下潛水水位：初見水位埋深2.20m～3.10m。相當于標高1.47m～1.24m。靜止水位埋深1.40m～2.30m，相當于標高2.31m～2.19m，地表下層水都屬于潛水類別，一般以大氣降水補充，由蒸發(fā)方式排泄，隨著季節(jié)變化時，往年都是變幅在0.5m～1.00m左右。本場地的地下水對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性，主要賦存于上部雜填土①層及淤泥②層、粉質(zhì)粘土③、④、⑥層砂土層中。表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補給，以蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化，年水位變幅約0.5m～1.00m。粉質(zhì)粘土⑧，主要分布于偏低深部的粉質(zhì)粘土⑧a層粉質(zhì)粘土、⑧b層粉砂、⑧c層粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土⑨層、粘土⑩層，本次詳勘期間在一般性承壓水觀測孔Z29，測得地下承壓水水位埋深在10.1m～10.3m，相當于“85國家高程”-2.56m～-2.76m?？梢宰鳛楸竟こ淘O計使用參考。

3、基坑施工擇選

對基坑圍護設計主要采用的是地下連續(xù)墻樁（兼止水帷幕）+在樁外側(cè)4道鋼筋混凝土水平內(nèi)支撐體系結(jié)構(gòu)，工程±0.000標高相當于大沽標高3.80m，地面絕對標高約為4.00m（相對標高+0.20m）。表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補給，以蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化，一般年變幅在0.5m～1.00m左右。本場地的地下水對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性。對于潛水疏干降水井和單井出水量小于6t/h的降水井，可以采用混凝土直接回填的方法進行降水井封井，對于單井出水量大于6t/h且水位恢復速度較快的降水井封井應采取在井管內(nèi)先填瓜子片然后注漿再灌注混凝土的封堵方法。

4、抽水試驗方案

4.1承壓水對基坑的主要影響

承壓水對基坑的影響主要體現(xiàn)在對基坑的突涌造成破壞和周圍路基的沉降與圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生開裂、甚至空洞造成流砂、地下地基抗浮等問題。對此，我們利用軟件在開挖過程中對開挖面層進行基坑驗算。在基坑底板有利情況下，底板與承壓含水層頂板之間的土壓力必須高于安全系數(shù)下承壓水的頂托力。按照設計要求，本工程第三道支撐完成后，應立即啟動減壓井的減壓降水作業(yè)，待承壓水水頭降至-17.000以下后，方可進行支撐以下土方開挖作業(yè)，開挖深度不超過-25.000標高。在進行主樓電梯深坑土方開挖前，應保證承壓水水頭標高降至-25.000標高以下。上述基坑抗突涌分析和設計要求基本一致，鑒于水文地質(zhì)條件的復雜性、土層參數(shù)的不確定性，實際施工期間按照設計要求進行水位控制。

4.2抽水試驗

為了降低承壓水龍頭，在坑內(nèi)的四個角都姚設置1口減壓井，其余3口都在施工抽水作業(yè)。將其中1口視為觀測井，同時用承壓水抽水試驗驗證，其基坑內(nèi)減壓降水是否符合基坑開挖至底過程水位降深變化，依據(jù)群井降水的水位恢復報告，制定計劃，做好突然停電的后續(xù)備用電源切換工作。開啟抽水試驗觀測3口減壓井Y1～Y3，實測觀測井Y4水位自-8.43m降到穩(wěn)定標高自-29.83m，符合-25.000水位標高的控制范圍?；油Ｖ钩樗?0min后，觀測井水位由-29.83m恢復至-25.65m，按照設計控制水位-25m的要求，如基坑出現(xiàn)停止抽水時間不能超過10min，且隨后必須加速抽水。工地已準備好2臺柴油式發(fā)電機，確保電源可以隨時分配切換。依據(jù)承壓水試驗得出的數(shù)據(jù)，承壓水水頭壓力pwy=Fs·rw·h=1.10·10·（26.54-8.43）=188.21kPa，土壓力：pcz=rs·H=9·16.1=188.86kPa。在施工承壓水試驗期間，承壓水龍頭壓力與上部土壓必須平衡，安置減壓井對工程有著重要作用。承壓水降水過后，水位降低至-29.83m，該基坑最深開挖標高至29.55m，即使不考慮對承壓水上覆頂板土壓力的情況下，坑內(nèi)水位也符合基坑開挖至底部的水位監(jiān)控要求。

4.3水位恢復試驗

群井抽水6h后開始進行水位恢復試驗，自抽水設備停止，持續(xù)監(jiān)測觀測井Y4水位6h。

結(jié)語

本次抽水試驗開啟坑內(nèi)3口減壓井Y1～Y3，實測觀測井Y4水位自-8.43m降至穩(wěn)定標高約-29.83m，滿足-25.000m水位標高的控制要求。本基坑共施工4口圓礫層承壓水減壓井，對此4口井均進行試抽水，所抽井水質(zhì)清澈，減壓降水運行期間開啟3口井作為抽水井可滿足水位控制需求，另1口井作為備用兼觀測井。由于本基坑共1口備用觀測井，基坑土方開挖期間必須加強對減壓降水井的保護，尤其需防止挖掘機碰撞。實測本基坑停止抽水后觀測井水位恢復試驗，停止抽水6h后觀測井水位基本恢復至初始水位。考慮到基坑地下連續(xù)墻雖已進入基巖層，但基巖層可能并非完全的隔水層，另地下連續(xù)墻不可避免地存在少量的滲漏水，故坑外水位對坑內(nèi)水位仍存在一定的補給。基坑單井抽水設備用電約7.5kVA，按4口井計算并考慮損耗，備用電源不應小于45kVA，減壓降水應配置獨立二級電箱，線路按三相五線制。本次抽水井采用額定流量40m3/h水泵，施工期間基坑減壓降水總涌水量<120m3/h（2880m3/d）。抽水試驗期間坑內(nèi)減壓降水排水通過污水泵中轉(zhuǎn)，實際降水運行期間應配置備用污水泵，防止造成排水溝擁水。

參考文獻：

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[3]趙曉光，鐘逸晨，張雪龍.高承壓水對深基坑開挖施工的影響分析[J].施工技術，2016（s1）：169-171.