淺析深基坑淺層滯水原因及處理措施

高 琪

中鐵建設(shè)集團西北分公司 陜西 西安 710014

本工程地貌單元屬黃河沖積平原，區(qū)域地下水主要賦存于第四系松散沉積物之孔隙中，潛水和微承壓水間無良好的隔水層，水力聯(lián)系密切，主要補給來源是大氣降水滲入。降水滲入補排途徑短、垂直交替強烈，其運動特點分為就地補給就地排泄、間斷補給連續(xù)排泄這2種方式。而地質(zhì)土層以粉土、黏性土為主，在垂直方向上含水層與相對隔水層交錯分布。在深基坑降排水及開挖過程中，在技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的指導(dǎo)原則下，既要考慮施工難易程度，確保降排水效果，又要滿足工期要求，同時節(jié)約工程費用。本文主要通過對某項目二期工程基坑開挖施工階段坑內(nèi)淺層滯水原因進行分析，介紹采取的相應(yīng)處理措施。

1 工程概況

1.1 工程總體概況

本工程項目占地面積為106 155.5 m2，建筑面積383 969.58 m2，由D區(qū)4棟樓與E區(qū)19棟樓，共計23棟高層住宅及附屬建筑組成（圖1）。

圖1 某項目二期工程鳥瞰圖

住宅樓主體部分設(shè)計為剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)部分設(shè)計為CFG樁＋筏板基礎(chǔ)，地下2層，地上最高25層；車庫設(shè)計為框架結(jié)構(gòu)。本工程設(shè)計所用標高均為黃海絕對標高。擬建場地現(xiàn)狀標高為21.57～23.22 m，整平標高按22.23 m考慮，D區(qū)基底絕對高程為15.73 m，E區(qū)基底絕對高程為15.90 m。

D、E區(qū)地下結(jié)構(gòu)均為主樓地下部分與地下車庫相互連通的整體式地下結(jié)構(gòu)，地下結(jié)構(gòu)基底占地面積分別為4 931.64、15 573.44 m2，基坑深度6.0 m，電梯井基坑局部深度7.5 m，集水坑基坑深度8.5 m?；舆吰轮ёo采用了5個支護剖面，分別包含了自然放坡噴漿支護、土釘墻支護、支護樁＋錨桿支護?；咏邓O(shè)計采用降水井及疏干井，管井成孔直徑設(shè)計為0.7 m，采用無砂混凝土濾水管，濾水管外徑設(shè)計為0.38 m，反濾層采用中粗砂。降水井沿基坑四周均勻設(shè)置，基坑降水井設(shè)計深度15 m，間距15 m，基坑內(nèi)布置疏干井，疏干井設(shè)計深度15 m，設(shè)計間距25～30 m。

1.2 水文地質(zhì)條件

本工程地形較平坦，高差小，地面標高最大值23.22 m，最小值21.57 m，地表相對高差1.65 m。建筑場地類別為Ⅲ類，屬基本穩(wěn)定場地。

地貌單元屬黃河中下游沖積平原，場地地下水類型為第四系孔隙潛水，水位埋藏較深，地下水位在7.0～8.6 m，標高在14.50 m左右，水位變幅2.0～3.0 m，地下水位變化主要受降水、蒸發(fā)影響和控制。依據(jù)勘探資料，主要為第四紀全新世黃河沖淤積形成的松散地層，分別為巖性黏土、粉質(zhì)黏土、粉土和粉細砂。影響基坑支護及降水深度范圍內(nèi)主要地層可分為6層，自上而下分別為①粉質(zhì)黏土夾黏土、②粉土、③粉質(zhì)黏土、④粉土、⑤黏土夾粉質(zhì)黏土、⑥粉土。

2 降排水現(xiàn)狀及滯水原因分析

2.1 降排水現(xiàn)狀

在基坑降排水以及上層土方開挖過程中，發(fā)現(xiàn)基坑內(nèi)的降排水效果不佳，土層內(nèi)含水量大，土方作業(yè)無法正常進行，具體現(xiàn)象及存在的問題如下：

1）開挖未至基底深度（開挖4～5 m）時，土體含水量大，近乎飽和狀態(tài)，靜置后有明水滲出。

2）土體中含水量大，地基承載力低，施工機械停滯時有沉陷，無法正常操作，渣土車無法行駛至開挖作業(yè)面。

3）稍有擾動，地表出現(xiàn)橡皮土，如任其發(fā)展，將產(chǎn)生大面積橡皮土，地基承載力達不到設(shè)計要求，不符合地基驗收規(guī)定，需進行地基處理，無論何種地基處理方案，所造成的施工難度、工期成本及費用均較大。

4）管井內(nèi)滲水量小，不能連續(xù)排水作業(yè)，降水效果不明顯，地表潛水無法排出，不能滿足施工需求。

5）電梯井、塔吊基礎(chǔ)開挖時，由于土體含水量大，邊坡出現(xiàn)流砂、坍塌現(xiàn)象，無法保持邊坡穩(wěn)定狀態(tài)，基坑難以開挖成形。

2.2 滯水原因分析

根據(jù)上述基坑降排水及基坑上層土方開挖時的現(xiàn)象和存在問題，對滯水原因以及降排水中存在的問題進行分析，具體如下：

1）勘察區(qū)域地下水屬于黃河沖積平原水文地質(zhì)區(qū)，含水層巖性以粉細砂為主，土粒徑越小，結(jié)構(gòu)越致密，滲透系數(shù)越小（圖2），從水平方向上觀察，含水層為多舌狀及透鏡體狀分布；從垂直方向上觀察，含水層與相對隔水層交錯分布，富水性及徑流條件差。

圖2 土的分類與土粒粒徑

2）本工程因地表拆遷原因，降水井施工完成后暫停施工長達4個月，停工期間正值雨季，且現(xiàn)場未繼續(xù)進行降水作業(yè)，大氣降水對淺層地下水進行了充分補給，附近又無農(nóng)田灌溉取水，造成短期內(nèi)淺層土體內(nèi)的潛水大量滯留。

3）地質(zhì)土層現(xiàn)狀多為粉土、粉質(zhì)黏土，顆粒細，質(zhì)密，滲透系數(shù)小，透水性差（圖3），地下水位深度淺，水壓小，流動速度慢，而管井降水單位時間內(nèi)排水量大，不能連續(xù)、不間斷降水。間斷降水停滯期間遠層地下水回流，對已抽水區(qū)域進行補給，造成地下水位回升。

圖3 現(xiàn)場基坑土質(zhì)斷面

4）管井降水適用于粉土、砂土、碎石土、巖土，滲透系數(shù)＞1 m/d，涌水量較大的土層，適用范圍廣、降水效果好，但在黏性土層適用性較差（中間夾有黏土層，上部滯水滲流排出量較?。椛浞秶邢?，降水效果不佳（圖4）。

圖4 地質(zhì)土層狀況與降水效果分析圖

此外，CFG樁施工造成地下水系出現(xiàn)不同程度的破壞，一定程度上影響了地下水體的流動，也是形成局部滯水的原因之一。

3 處置措施及技術(shù)要點

通過對淺層滯水的成因進行分析以及對現(xiàn)場實際開挖情況進行仔細研判，同時，認真梳理各種降排水措施的優(yōu)缺點和適用范圍，針對本工程不同區(qū)域、不同開挖深度，制定了多形式的降排水措施組合，分級降水，綜合處置的方法，具體的處置措施如下。

3.1 增設(shè)管井降水井點

由于本工程D、E區(qū)基坑面積較大，各區(qū)塊地質(zhì)土層存在不同程度的差異，含水層呈舌狀分布，且與相對隔水層交錯分布，管井井點降水效果也存在較大差異?？紤]到本項目特殊的地質(zhì)情況，結(jié)合周邊環(huán)境、地下管線布置情況，以及原基坑降水設(shè)計情況，制定了在基坑內(nèi)增設(shè)降水管井的方法，即在原有降水井點中間增設(shè)降水管井，使各井點的降水輻射范圍減小，實現(xiàn)整個基坑的降水輻射范圍全覆蓋，合理避免降水低效區(qū)。

新增管井井點的施工技術(shù)參數(shù)按照原設(shè)計執(zhí)行，井點布設(shè)在原設(shè)計井點的中間位置，間距控制在15 m左右，避免距離太近，出現(xiàn)局部過度降水的情況。最終以管井井點降水為主的重力降水法，解決基坑內(nèi)大面積、較深層的潛水問題（圖5）。

圖5 增設(shè)降水井后降水敷設(shè)范圍示意

3.2 集水明排

對于基坑開挖過程中以及開挖至基底后，土層中相對隔水層以上的潛水，降水管井單一降水方法效果不明顯，需要配合集水明排的降排水方法，在基坑開挖過程中以及基坑底部設(shè)置排水明溝進行重力排水。

集水明排降水法施工及設(shè)備均較為簡單，排水方便，適用于粗粒土層，也用于滲水量小的黏土層。當出現(xiàn)細砂和粉砂時，地下水滲出會帶走細粒，發(fā)生流砂現(xiàn)象，導(dǎo)致邊坡坍塌、坑底涌砂，可在溝內(nèi)填充濾料設(shè)置過濾層，防止土粒流失。

坑內(nèi)排水明溝網(wǎng)格狀布設(shè)，間距30～40 m，基坑周邊設(shè)置排水明溝。為保證基底土不擾動、不流失，可采用錯位施工邊挖邊填的施工方法，在排水明溝內(nèi)及時滿填粒徑為10～30 mm的碎石作為濾水層，縱橫向排水明溝交叉點處設(shè)置集水井，井內(nèi)安裝排水泵，用以及時排出地表及淺層滲出的明水，可視水量多少連續(xù)或間斷抽水，從而實現(xiàn)及時排水，保持基坑干燥（圖6）。

圖6 集水明排排水溝剖面示意

3.3 電梯井基坑局部二次降水

電梯井基坑、集水坑、塔吊基礎(chǔ)等基槽中的局部小基坑開挖面積不大，但相對分散，多呈點狀或線狀分布，局部降水深度與整體基槽降水深度存在1.5～2.5 m高差，需對局部區(qū)域進行小規(guī)模、深層次二次降水作業(yè)。

為實現(xiàn)小范圍深層次降水，滿足局部深度開挖的需求，同時保證邊坡安全穩(wěn)定，不出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，可考慮利用輕型井點機具（可在基坑內(nèi)操作，不會造成基底擾動），其具有簡單、使用靈活、裝拆方便、降水效果好、可防止流砂、提高邊坡穩(wěn)定、費用較低等特點，適用于滲透系數(shù)為1×10－7～2×10－4cm/s（黏性土、粉土）的含上層滯水或淺水土層，降水深度可控制在6 m（地面以下）以內(nèi)，可實施局部二次強制降水作業(yè)。

輕型井點管采用直徑40 mm的PE管，長度7.0 m，水平間距1.0～1.6 m，采用環(huán)向布置（圖7），對于位置和數(shù)量，現(xiàn)場可根據(jù)基坑面積進行適當調(diào)整，孔壁與井管之間濾料采用中粗砂填充密實、均勻，濾料上方使用黏土封堵，封堵深度不小于1.0 m，井管內(nèi)真空度不應(yīng)小于65 kPa。輕型井點鉆孔，下管完成后，需立即洗井抽水，防止淤堵，保證井點有效，出水正常。

圖7 連續(xù)分布基坑二次降水井點布置平面

3.4 施工技術(shù)要點

1）控制井點位置、間距及深度。合理控制新增降水井與既有降水井的位置和間距，盡量使各井點降水輻射面積均衡，充分發(fā)揮每一口降水井的降水效果，同時要與各單體、地下車庫的建筑結(jié)構(gòu)圖紙相結(jié)合，避免井點位置處于基礎(chǔ)受力較大或與墻柱位置重疊處。

2）控制井點施工質(zhì)量，保證降水效果。在已部分開挖的基坑中施工新增降水井，要注意做好鉆井前的準備工作，保證成孔質(zhì)量，成孔后及時填充濾料，并應(yīng)及時洗井，洗井應(yīng)充分直至過濾器及濾料濾水暢通，并應(yīng)抽水檢驗降水井的濾水效果。降水期間，井內(nèi)出水含砂率不得高于0.01%。

3）采用自動啟停裝置，自動化控制，實現(xiàn)降排水連續(xù)作業(yè)。由于本工程所在區(qū)域地質(zhì)土層特殊，粉土、粉質(zhì)黏土滲透系數(shù)小，透水性差，管井井內(nèi)抽水泵單位時間排水量大于井內(nèi)滲水量，而現(xiàn)場降水井點又有數(shù)量多、分布廣的特點。通過在抽水泵上合理水位高度增設(shè)自動啟停裝置，進行自動化控制，實現(xiàn)了降排水的連續(xù)作業(yè)，同時大大降低了抽水設(shè)備損壞的概率。

4）監(jiān)控監(jiān)測。基坑降排水及土方開挖期間，加強監(jiān)控監(jiān)測，實時關(guān)注降排水效果和進展以及觀測井內(nèi)水位變化、地表土質(zhì)含水量、周邊建筑物地下管線沉降等，并在出現(xiàn)異常時及時進行應(yīng)急處置。

基坑降水必須在開挖至相應(yīng)深度前，進行預(yù)降水，并在基坑開挖過程中，控制基坑內(nèi)地下水在開挖面以下1.0 m，不得過度降水，最終開挖至坑底時，坑內(nèi)降深在坑底0.5 m以下，降水井動水位控制在10 m（可根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整）。

4 結(jié)語

本文論述了在淺層滯水處理以及基坑降排水施工中，通過增設(shè)降水管井、局部輕型井點二次降水，并結(jié)合坑內(nèi)集水明排的綜合降排水方法，在短期內(nèi)有效地解決了基坑內(nèi)淺層滯水問題，實現(xiàn)了基坑土方的順利開挖，為實現(xiàn)春節(jié)前完成地基基礎(chǔ)施工提供了有利保證，為春節(jié)后主體結(jié)構(gòu)施工提供了充足的工作面，便于節(jié)后組織作業(yè)班組、各工種施工人員進場，避免了用工荒的問題，進而保證了該項目總體進度計劃的實施。同時，該綜合降排水施工方法對本地區(qū)同類項目的施工也有一定的借鑒意義。