寧波地區(qū)深基坑抽灌一體化承壓水控制處理措施研究

姚燕明 羅戰(zhàn)友

【摘要】承壓水是深基坑設(shè)計(jì)施工中需要重點(diǎn)考慮和研究的設(shè)計(jì)因素，本文針對(duì)寧波地區(qū)深基坑施工遇到的深層承壓水，結(jié)合實(shí)際工程條件，從確保工程施工安全，控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)投資造價(jià)，減小承壓水降水引起地面沉降及對(duì)周邊建構(gòu)筑物影響出發(fā)，提出了經(jīng)濟(jì)性較好的深基坑承壓水抽灌一體化設(shè)計(jì)方法，在降低基坑內(nèi)承壓水水頭的同時(shí)，有效控制了基坑外地面的沉降變形，可為類似項(xiàng)目提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】深基坑、承壓水、沉降、抽灌一體化

1、引言

目前，我國(guó)城市軌道交通建設(shè)已逐漸進(jìn)入高速發(fā)展階段，北京、上海、廣州、杭州、南京、天津、寧波等城市在已經(jīng)開(kāi)通多條地鐵線的基礎(chǔ)上每年仍以近百億的投資速度推進(jìn)，由于軌道交通線路網(wǎng)的不斷加密和交叉，出現(xiàn)了大量的超深、超大的基坑。隨著基坑開(kāi)挖深度不斷增加，坑底與承壓層之間的隔水層厚度越來(lái)越小，當(dāng)其小于抗突涌臨界厚度時(shí)，就有可能發(fā)生突涌事故;雖然基坑工程中常采用減壓降水措施來(lái)消除突涌危險(xiǎn)，但若設(shè)計(jì)或施工操作不當(dāng)，過(guò)量抽取承壓水，引起地基土的固結(jié)沉降，將對(duì)基坑周邊的道路、地下管線、建構(gòu)筑物等造成嚴(yán)重危害。從近年來(lái)上海、杭州等地區(qū)地鐵車站深基坑施工的實(shí)際情況來(lái)看，多數(shù)深基坑工程事故與地下水（承壓水）問(wèn)題處理不當(dāng)有關(guān)。由于在地鐵工程建設(shè)中，地下水特別是承壓水問(wèn)題所引起的災(zāi)害往往具有集中危害性、突發(fā)性、意外性、連鎖反應(yīng)性，處理起來(lái)具有復(fù)雜性，基坑工程施工過(guò)程中因地下水治理思路與方式的缺陷引發(fā)了一系列事故。本文以寧波地鐵某車站深基坑工程為依托，對(duì)深層承壓水抽灌一體化承壓水降水及地面沉降控制措施進(jìn)行了研究。

2、工程概況

寧波市深層地下空間開(kāi)發(fā)中深基坑所涉及的承壓水主要有第I1層孔隙承壓水和第I2層孔隙承壓水。其中第I1層承壓水主要賦存于⑤3粉土、粉砂層和⑥4粉細(xì)砂、圓礫層，該含水層頂板埋深33.6 ～ 60.1 m，含水層厚度約1.4 ～ 20.7 m，第I2層承壓水主要賦存于⑧1粉細(xì)砂層和⑧3礫砂圓礫層，該含水層頂板埋深52.4 ～ 82.1 m，含水層厚度約1.4 ～ 17.1 m。承壓水處理的方案主要有以下兩種：對(duì)于第I1層孔隙承壓水，由于其埋深不大，主要以隔斷為主。對(duì)于第I2層孔隙承壓水，由于基坑埋深不大，承壓水降深不大，采用降水對(duì)周邊環(huán)境的影響不大，主要以降水為主。隨著寧波市深層地下空間的持續(xù)開(kāi)發(fā)，基坑工程承壓水的控制面臨以下兩大難題：（1）部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)未隔斷第I1層承壓水型基坑內(nèi)外水力聯(lián)系，水頭降深較大，在存在敏感建筑物或管線的情況下，采用降水方案時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的影響難以預(yù)測(cè)，具有一定的安全隱患。但如采用完全隔斷承壓水的措施，將大幅度提高工程投資，工程缺乏經(jīng)濟(jì)性。（2）部分基坑的埋深越來(lái)越大，不可避免的涉及到第I2層承壓水的處理。當(dāng)基坑周邊環(huán)境要求較高時(shí)，降水已無(wú)法滿足變形控制要求，需要采取隔斷深層承壓水措施，既有工程經(jīng)驗(yàn)表明，采用超深地下連續(xù)墻完全隔斷承壓水的方案盡管效果明顯，但是工程代價(jià)太大（施工難度大、工期長(zhǎng)、費(fèi)用高）。為此，急需探索兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性的新型承壓水控制技術(shù)，在工程安全和經(jīng)濟(jì)性中尋找平衡點(diǎn)，擺脫目前以隔斷承壓水為主的單一處理方式，形成系統(tǒng)的、不同類別的寧波市深層地下空間開(kāi)發(fā)工程深基坑承壓水處理技術(shù)。

3、抽灌一體化承壓水控制技術(shù)

基坑抽灌一體化技術(shù)的理念是在基坑工程進(jìn)行降水降壓的同時(shí)，在基坑外圍布設(shè)回灌井，通過(guò)合理的布置抽水井與回灌井，確?；觾?nèi)承壓水水頭降深滿足抗突涌穩(wěn)定性的要求，同時(shí)又能減少甚至消除周邊保護(hù)區(qū)域因基坑降水引起的水位變化，并且將抽出的地下水作為回灌水源，不僅可以保證回灌量，而且可以有效保護(hù)地下水資源免受污染?；映樗?回灌一體化系統(tǒng)包括兩個(gè)部分：基坑抽水-回灌一體化運(yùn)行系統(tǒng)、基坑抽水-回灌一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中，運(yùn)行系統(tǒng)主要包括回灌井井結(jié)構(gòu)工藝、原水水質(zhì)處理系統(tǒng)和抽水-回灌管路系統(tǒng)。抽水-回灌一體化運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置如圖3.1所示。

對(duì)于寧波地區(qū)的承壓水，在無(wú)壓回灌條件下回灌量一般較小，為此一般采用加壓回灌的方式進(jìn)行回灌，同時(shí)為保證回灌效率，需采用回?fù)P措施，即淺層承壓水回灌井一般均具有灌采、吸壓的雙重作用性質(zhì)。因此，其回灌井的結(jié)構(gòu)有別于一般的工程降水井，合理的井結(jié)構(gòu)及正確的成井施工工藝是整個(gè)回灌系統(tǒng)工藝的中心環(huán)節(jié)。

回灌井的結(jié)構(gòu)由井壁管、過(guò)濾器、沉淀管、填礫層、止水層及注漿封填段等部分組成。在基坑抽灌一體化設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮到基坑抽水與回灌之間的干擾影響?；觾?nèi)的抽水會(huì)引起坑內(nèi)以及坑外的水頭降深，進(jìn)而影響坑外回灌井的回灌效率;而坑外因回灌而抬升的水位也會(huì)直接影響基坑內(nèi)的水位及抽水井的抽水效率，從而影響抽水井的設(shè)計(jì)。因此，如圖4.2.4所示，應(yīng)該將基坑降水和回灌的設(shè)計(jì)作為一個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行，而不是兩個(gè)方案各自設(shè)計(jì)再進(jìn)行簡(jiǎn)單的疊加，這樣才能有效的協(xié)調(diào)基坑內(nèi)外的水位變化，達(dá)到基坑和保護(hù)建筑物的水位控制要求，實(shí)現(xiàn)“雙水位”控制的抽灌一體化設(shè)計(jì)。

總結(jié)：

本文針對(duì)寧波地區(qū)深基坑施工遇到的深層承壓水，結(jié)合實(shí)際工程條件，從確保工程施工安全，控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)投資造價(jià)，減小承壓水降水引起地面沉降及對(duì)周邊建構(gòu)筑物影響出發(fā)，提出了深基坑承壓水抽灌一體化設(shè)計(jì)方法，并在實(shí)際工程中得到了成功應(yīng)用，可為類似項(xiàng)目提供參考和借鑒。

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