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，也可能產生塌方的事故。因此富水地區開挖基坑，必須對地下水進行控制。地下水是基坑工程的天敵，根據有關資料統計，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］。調查表明，在富水環境中開挖基坑，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 工程地質條件

據巖土工程勘察報告，工程沿線巖土由人工填土(Qml)、全更新統沖積層(Qal4)及第三系新余群(E1-2)組成。依各巖土層的成因、物質組成、顆粒組分不同可分為:①雜填土;②淤泥質粉質粘土;③細砂;④礫砂;⑤1強風化泥質粉砂巖;⑤2中風化泥質粉砂巖;⑤3微風化泥質粉砂巖;⑤4未風化泥質粉砂巖。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。淤泥質粉質粘土平均壓縮系數為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。勘測穩定地下水位埋深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。結合地區經驗，建議場地含水層綜合滲透系數采用100 m/d。

根據現場調查發現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境造成一定的破壞。勘察期間第四系松散孔隙承壓水其標高約為18.00 m。考慮其變幅后，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因局部搭接不良而引發的地下水入滲現象，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涌水等事故，止水帷幕施工完成后，進行了現場抽水試驗，分析已施工的止水帷幕的止水效果，沿基坑內外各布置一組抽水試驗。坑內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。坑外03-14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模型為兩側隔水邊界南北進水的穩定流水文地質抽水試驗，試驗結果按式(1)計算滲透系數;03-4號抽水實驗的水文地質模型為一側隔水邊界，另一側為定水頭補給邊界的穩定流水文地質抽水試驗，試驗結果按式(2)計算滲透系數。

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，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03-2，03-4井抽水試驗資料，按上述公式計算基坑內外滲透系數如表4所示。

表4 含水層滲透系數計算結果

抽水試驗表明:止水帷幕的隔水效果較為明顯，據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、滲透速度與相關聯性表現為不甚明顯，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，且其最高水位較現在上升可達10 m，豐水期間的常水位也在17 m左右，高出現階段水位約達6 m，基坑內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，在坑內設置降水井的同時，基坑外側也宜設置相應數量的工程降水井點，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測頻率。經監測，施工期間坑內外水位穩定，圍護結構變形始終在警戒值以內，基坑側壁基本無滲漏現象，周邊建筑無附加變形。

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