基坑降水遇隔水層導(dǎo)致重力水流無(wú)法滲透影響降水效果的處理方法研究

姜榮

摘要： 包頭市立體綜合交通樞紐項(xiàng)目基坑維護(hù)樁外側(cè)采用超深三軸止水帷幕阻斷基坑內(nèi)外水力聯(lián)系，基坑內(nèi)降水采用管井降水，基坑降水屬于疏干降水，由于-10米位置連續(xù)存在兩側(cè)粉質(zhì)粘土隔水層導(dǎo)致重力水流無(wú)法滲透影響整個(gè)基坑降水效果，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，采取破壞隔水層的方法保證了降水效果，證明了該方法的合理性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

Abstract： The outer sides of the maintenance pits of the three-dimensional integrated transportation hub of Baotou City adopt ultra-deep three-axis waterproof curtains to block the hydraulic connections inside and outside of the foundation pits. Precipitation in the foundation pits uses tube wells precipitation. The precipitation of the foundation pits belongs to dry precipitation. Due to continuous silty clay aquifuge on both sides at -10 meter position， the gravity flow can not penetrate， affecting the effect of the entire pit precipitation. According to the actual geological conditions， the method of destroying the aquifuge guarantees the effect of precipitation， which proves the rationality reliability， and economy of the method.

關(guān)鍵詞： 基坑降水；隔水層；重力水流；水力聯(lián)系；滲透；處理方法

Key words： foundation pit precipitation；aquifuge；gravity flow；hydraulic connection；infiltration；treatment method

中圖分類(lèi)號(hào)：TU46+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）17-0141-03

1 工程概況

1.1 基本概況

包頭市立體綜合交通樞紐工程位于東河區(qū)二里半機(jī)場(chǎng)與擬建高鐵包西線(xiàn)機(jī)場(chǎng)高鐵站之間。本項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容主要包括交通中心工程、機(jī)場(chǎng)高速路下立交工程、預(yù)留配套地鐵工程、室外工程等。其中，①交通中心總建筑面積13.5萬(wàn)m2，其中地上面積3.8萬(wàn)m2，地下面積9.7萬(wàn)m2（不含地鐵配套工程面積）。②機(jī)場(chǎng)高速路下立交工程為雙向四車(chē)道，總長(zhǎng)度754m，寬度22m，總面積17820m2。③預(yù)留配套地鐵工程一期范圍與本工程整體共建，面積為2.82萬(wàn)m2。交通中心開(kāi)挖深度13.75m，地鐵及下立交開(kāi)挖深度17.31m。

1.2 周邊環(huán)境條件

包頭市立體綜合交通樞紐基坑?xùn)|側(cè)為東河園林廣場(chǎng)；西側(cè)為正在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的包頭中藥廠(chǎng)，廠(chǎng)房尚未拆遷，距離基坑僅10m；南側(cè)為包頭機(jī)場(chǎng)，機(jī)場(chǎng)高架橋距離基坑22m、機(jī)場(chǎng)航站樓距離基坑46m、機(jī)場(chǎng)跑道距離基坑550m；北側(cè)為包頭市糧庫(kù)，距離基坑約100m。

2 工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)勘察鉆孔深度內(nèi)所揭露的底層情況，場(chǎng)地表層多為雜填土及素填土；上部地層主要為第四系全新統(tǒng)河流相沖積（Q4al）形成的粉細(xì)砂，夾粉土、粉質(zhì)粘土及中粗砂層；下部地層主要為第四系上更新統(tǒng)河流相沖積（Q3al）形成的粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土與靜水湖相沉積（Q3l）形成的粉質(zhì)黏土交替出現(xiàn)。各土層地層結(jié)構(gòu)及巖性特征具體如表1。

2.2 水文地質(zhì)

根據(jù)地勘報(bào)告顯示，本工程地下水豐富，分布多個(gè)含水層，主要為砂層，地下水補(bǔ)給來(lái)源以大氣降水、南側(cè)黃河及東側(cè)南海濕地公園滲流補(bǔ)給為主（東臨南海濕地公園，南側(cè)約2.5km為黃河河道），蒸發(fā)是主要排泄途徑。地下水位約1.5-2.5m。根據(jù)包頭市區(qū)多年水文資料記錄顯示，地下水位隨季節(jié)變化較大，水位變幅為0.6-1.6m。場(chǎng)地內(nèi)主要含水層滲透系數(shù)如表2。

3 降水設(shè)計(jì)概況及降水方案選擇

本工程基坑支護(hù)原設(shè)計(jì)為止水帷幕+灌注樁+高壓旋噴錨索。止水帷幕采用38m長(zhǎng)Φ850三軸攪拌樁；交通中心設(shè)置雙排灌注樁，雙排樁區(qū)域樁頂圈梁通過(guò)鋼筋混凝土拉板連接；基坑鄰機(jī)場(chǎng)航站樓側(cè)安全等級(jí)為一級(jí)，其余側(cè)安全等級(jí)為二級(jí)，基坑設(shè)計(jì)使用年限為一年。錨索設(shè)置為一樁一錨，設(shè)置4道（-3m、-6m、-9m、-11.5m），錨索為6Ф15.2@1600，傾角10度，自由段長(zhǎng)度5m，錨固段長(zhǎng)22m/20m、錨固體直徑400mm，端頭5m為擴(kuò)大頭，直徑500mm。為保證基坑支護(hù)的安全穩(wěn)定與土方開(kāi)挖順利進(jìn)行，坑外設(shè)置降水井（錨索施工階段開(kāi)啟，錨索施工完成后關(guān)閉），坑內(nèi)設(shè)置疏干井。

3.1 為保證錨索施工，坑外降水井?dāng)?shù)計(jì)算

①基坑涌水量估算 Qd=■

Qd—涌水量（m3/d）；

K—滲透系數(shù)，3m/d；

H —含水層厚度，最后一道錨索往下2m，即13.5m

S— 基坑中心水位降深，13.5m；

R— 降水半徑，70m。

r0— 56m

Qd=1.366*13.5（2*13.5-13.5）*13.5/[lg（70-56）-lg56]=5775m3/d。

②單井出水量。

基坑外側(cè)降水采用鋼濾管，濾管R=273mm，設(shè)計(jì)井深26.0m，配置潛水泵（10m3/h），單口管井流量=10*24

=240m3/d

③坑外降水井井?dāng)?shù)確定。

坑外降水井?dāng)?shù)量（n）=涌水量（Qd）/單口管井流量（qw）n=5775/240=24，基坑外側(cè)四周總降水井?dāng)?shù)考慮1.3儲(chǔ)備系數(shù)及觀(guān)察井，共設(shè)置128口。

3.2 坑內(nèi)疏干井?dāng)?shù)計(jì)算

①基坑涌水量估算。

基坑采用止水帷幕進(jìn)行封閉，涌水量按公式Q（疏干降水排水總量）=含水層的給水度*基坑開(kāi)挖面積*降水深度進(jìn)行估算：其中含水層的給水度取0.17，基坑總開(kāi)挖面積為7.5萬(wàn)平米，降水深度17.5m。

涌水量=0.17*7.5*103*17.5=229820m3

②單井出水量。

基坑內(nèi)降水采用無(wú)砂混凝土濾管，濾管R=400mm，設(shè)計(jì)井深26.0m，配置潛水泵（10m3/h），單口管井流量=10*24=240m3/d

③坑內(nèi)疏干井?dāng)?shù)量計(jì)算。

坑外降水井?dāng)?shù)量（n）=涌水量（Qd）/單口管井流量（qwt）n=229820/240*10=95，水井?dāng)?shù)考慮1.2儲(chǔ)備系數(shù)及觀(guān)察井，共設(shè)置114口。

4 實(shí)際降水效果

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)基坑降水方案實(shí)施后發(fā)現(xiàn)水位很快被降至-10m左右，到-10m后一直上下浮動(dòng)，水位無(wú)法繼續(xù)下降，達(dá)不到開(kāi)挖條件，前期因?yàn)楣て诰o，土方開(kāi)挖和降水作業(yè)同時(shí)施工，土方開(kāi)挖至-10m位置開(kāi)始出現(xiàn)明水，繼續(xù)下挖發(fā)現(xiàn)2層粉質(zhì)粘土隔水層如圖1。

5 隔水層

隔水層是指透水性能差的巖層和土層。一般由致密的巖石或黏土構(gòu)成，由于空隙小，重力水流不能透過(guò)的土層或巖層。如粘土、重亞粘土以及致密完整的頁(yè)巖、火成巖、變質(zhì)巖等。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土方開(kāi)挖實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)交通中心土方開(kāi)挖至-10深度時(shí)，遇隔水層導(dǎo)致重力水流不能透過(guò)土層，形成含水層，土方開(kāi)挖無(wú)法繼續(xù)施工。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，隔水層（粉質(zhì)粘土）共有兩層，兩層隔水層厚度均為40-50cm厚，隔水層中間為70-80cm粉砂含水層，隔水層下方為粉砂層如圖1。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)分布和水位情況分析，土方開(kāi)挖至-10m深度水源補(bǔ)給來(lái)自于兩層隔水層中間的含水層，含水層厚度0.8m，按75%含水率計(jì)算整個(gè)基坑此含水層含水量約30000m3。土方開(kāi)挖穿過(guò)含水層時(shí)形成水源補(bǔ)給，無(wú)法繼續(xù)開(kāi)挖。

降水井在遇到隔水層后無(wú)法形成理論降水曲線(xiàn)模型，實(shí)際情況是降水曲線(xiàn)被隔水層分割成兩個(gè)重復(fù)的曲線(xiàn)且存在很多盲區(qū)，大大增加了含水層潛水通過(guò)滲透作用到達(dá)降水漏斗覆蓋區(qū)域的時(shí)間，導(dǎo)致水位下降慢，降水效果差。

兩層隔水層之間的含水層因滲透系數(shù)幾乎為零，無(wú)法通過(guò)滲透作用被降水井抽排至坑外，土方開(kāi)挖時(shí)形成明水，阻礙土方開(kāi)挖施工。（圖2）

6 處理方法

根據(jù)降水要求，水位必須降至結(jié)構(gòu)底板以下1.5m，遇隔水層導(dǎo)致重力水流不能透過(guò)粉質(zhì)粘土到達(dá)含水層，必須將兩層隔水層同時(shí)破壞后使含水層的水自然滲透到隔水層下方粉砂層，通過(guò)疏干井抽排出基坑外，保證土方繼續(xù)開(kāi)挖。

由于降水方案安全系數(shù)取值過(guò)于理想化，降水井?dāng)?shù)量過(guò)少，井位間距過(guò)大，需要破壞隔水層面積較多，根據(jù)以上情況，現(xiàn)場(chǎng)采取局部增加降水井?dāng)?shù)量后，將隔水層按20m網(wǎng)格進(jìn)行開(kāi)挖（寬2m），開(kāi)挖后用附近原有基坑細(xì)砂換填，降基坑內(nèi)整個(gè)隔水層破壞，保證保證重力水流能夠滲透到下方含水層后通過(guò)降水井排出坑外，另外換填時(shí)必須將所挖的溝槽填充平整、密實(shí)，保證土方開(kāi)挖作業(yè)車(chē)輛不受影響。如圖3。

7 實(shí)測(cè)結(jié)果及分析

本基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目基于主要監(jiān)測(cè)對(duì)象分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：坑外潛水水位監(jiān)測(cè)；坑外地表沉降；周邊3倍開(kāi)挖深度的建筑物、高架設(shè)施、管線(xiàn)設(shè)施等的監(jiān)測(cè)。各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)數(shù)量統(tǒng)計(jì)如下：地面沉降觀(guān)測(cè)斷面，共24個(gè)斷面（每個(gè)斷面8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)）；坑外潛水水位監(jiān)測(cè)，共26口。全過(guò)程安全監(jiān)測(cè)降水和土方開(kāi)挖。（表3）

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，地表沉降最大速率-0.64mm，累計(jì)變化量

-3.84mm、建筑物沉降符合規(guī)范要求，坑內(nèi)水位穩(wěn)定控制在基坑底板以下2m范圍，說(shuō)明基坑降水方案合理、可靠。

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)隔水層的破壞，使兩層隔水層中間含水層的水能夠通過(guò)破壞處滲透至下方含水層，再通過(guò)降水井抽排出基坑，地表沉降及周邊建筑物沉降控制在規(guī)范要求范圍；水位穩(wěn)定控制在底板以下1.5m范圍；確?；影踩?；施工造價(jià)僅為挖機(jī)燃油費(fèi)用，隔水層破壞換填施工是在挖機(jī)裝車(chē)空隙時(shí)間進(jìn)行的。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)地下空間的開(kāi)發(fā)利用也不斷增強(qiáng)，深基坑工程越來(lái)越多，基坑土方開(kāi)挖與支護(hù)過(guò)程中，出現(xiàn)局部地質(zhì)變異性大（本項(xiàng)目出現(xiàn)大面積隔水層）、局部流砂或涌水、積水現(xiàn)象也是在所難免，降排水方案應(yīng)提前充分考慮相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案或處理措施，應(yīng)變突發(fā)情況，降排水應(yīng)急措施是否合理在很大程度上是決定深基坑施工技術(shù)方案是否成功的主要因素之一。

參考文獻(xiàn)：

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