復雜地質情況下深基坑地下水的處理實例

杞 鄖，吳 健

(中國華西企業股份有限公司第十二建筑工程公司,四川成都610081)

在實際工程施工中，尤其在復雜的地質情況下，地下水及基坑護壁滲水如果處理不好，不僅影響深基礎的施工進度，嚴重時可能造成基坑的垮塌、人員傷亡，是施工中不可忽視和回避的重大問題。現結合綿陽凱德廣場地下工程為實例，介紹在復雜地質情況下深基坑地下水的處理方法。

1 工程概況

凱德廣場·涪城二期位于綿陽市會仙路，基坑南側為凱德廣場·涪城一期，東側為新益州大廈，西側為家屬區，北側為會仙路，緊鄰綿陽市安昌河。基坑安全等級為Ⅰ級，地質構造復雜，在自然地表5.0m以下見較多漂石，漂石含量占卵石的20 %，最大單塊漂石的體積約40m3；在-15.0標高以下有膠結層，膠結層含量約占土方工程量的25 %；通過安昌河補給地下水，基坑底部地下水極其豐富；施工難度在綿陽地區是最大的，技術含量也是最高的。開挖基坑場地地形平坦、開闊，交通便捷。建設單位擬建物為1棟6層地上商業中心，原設計地下室3層，±0.00=458. 05m(吳淞高程系)，基坑開挖標高-16.35m,地面標高-0.8m,冠梁標高-1.8m。該工程由中冶成都勘察研究總院有限公司(原地勘單位)于2011年1月勘察，2011年7月進行基坑支護設計與施工，項目部進場時基坑已大面積開挖至基底標高。后建設單位(綿陽凱德商用置業有限公司)擬加設地下室至-4層，±0.00=456.30m(85高程系)，現有±0.00=456.30m與原有的±0.00=458.05m換算一致，筏板頂標高為-19.50m，筏板厚度約1.0m，基坑開挖標高-20.5(現有高程435.80m)，南側位置基坑深度筏板厚度1.5m，基坑開挖高程-21.0m(435.30m)/電梯井位置開挖高程-22.00m(434.30m)。由于基坑開挖的絕對深度為原勘察深度已無法滿足地基基礎設計、施工及基坑工程設計、施工的要求，受業主委托，由四川科建地基基礎工程有限公司承擔該工程的補充勘察工作。該工程由北京雅思邁建筑咨詢有限公司設計，總建筑面積約80 000m2，基礎形式采用獨立柱基或筏板基礎。

2 工程地質情況

2.1 工程地質條件

地下3層以上基坑土石方已完成，地下4層土層如下：松散卵石、密實卵石、膠結力較弱的礫石，在基坑西側存在強風化的泥巖，面積為基坑的一半，給工程施工帶來很大難度。

2.2 水文地質條件

地下水位：上部的粉土、細砂層和下部的基巖層透水性較弱，屬弱透水層；卵石層富水性和透水性均較好，屬強透水層。地下水類型為第四系孔隙潛水，砂層和卵石層為主要含水層，地下水非常豐富，且存在不透水層，給本工程增加降水難度。地下水靜止水位埋深約為-5.00m左右，地下水年變化幅度為2.00m左右，歷年最高水位-2.50m。根據《巖土工程地下水滲透、地下水處理難點系數說明》，地下水位為- 4.00m，地下水滲透系數K=25m/d，如果地下水位降到-22.0m，基坑總涌水量16 000m3/d。場地環境類型為Ⅱ類。

3 地下水處理難點

結合工程實際情況，并借鑒以往的基坑排水施工的經驗教訓，項目部充分認識到本工程地下室排水施工的難度，其主要表現為：

(1)本工程地下室場地極其狹窄，無空間在地下室結構外排水，因此保證地下室結構安全是本方案需要考慮的重點。①基坑側壁滲水、涌水嚴重，側壁涌水帶走泥砂，造成地基沉降；②雨季來臨基坑存在被浸泡、基坑側壁有變形失穩的隱患；③根據中冶成勘提供的基坑支護設計施工組織設計方案，B3層以上的臨時基坑支護有效期為1年(支護體系于2012年10月形成)，2013年10月將達到設計使用有效期。

(2)通過水量測算，基坑護壁面及基底面上的滲水、泄水和涌水匯集流量極大，面廣點多，需將此散亂的排水形成有效的排水系統，整個排水施工過程都是濕作業，加之基坑大部分基層都為強風化巖石層，因此進行人工剔鑿時，工效極低，給施工質量及施工工期造成較大影響。

(3)本工程地下室4層，一般面達到約-20.5m，最大深度達約-22.0m, 緊鄰建筑物多，地下室基坑側壁承受的水壓極大，施工期間需要有專人對護壁變形和基坑沉降作觀測，保證施工期間的安全。

(4)地下室排水系統成形后，基坑護壁上及基底有大量地下水涌入基底四周封閉溝內，使基底內基巖中的水壓增大，對底板平面的施工也會造成一定的影響。

4 基坑支護結構

收集原基坑工程安全評估報告，針對原有支護體系采取補強措施，本工程地下室B3層以上基坑支護結構工程已完成，根據設計支護方案：“利用原有錨拉樁支護體系+新增樁間預應力錨索+工字鋼+網噴支護措施” 。

5 地下水處理措施

針對工程特殊的地質構造和豐富的地下水，采用單一的降排水措施難以將地下水控制在作業面下，必須采用降、止、排三種措施綜合控制。

5.1 基坑周邊布置降水管井進行抽水降水

管井降水是非常有效的一種降水方法。管井降水是指管在基坑周圍每隔一定距離布設一個管井，每個管井內安裝一臺水泵。當管井同時抽取地下水時，使基坑范圍內的地下水降低到基礎底面一定距離，以達到在干燥狀態下進行基礎施工目的。管井降水因其具有井距大、多井點相互獨立、降水設備和操作工藝簡單、造價低等特點，廣泛應用于各種深基坑工程中。

經計算，本工程共布置降水井基坑現有降水井36口。其中：在基坑四周自地面開始往下的降水井23口，井深度為27m，這23口降水井由B3層基坑支護單位完成，并連續降水，于2012年11月28日移交給項目部，后由項目部組織實施后續降水工作。另外13口降水井，在已完成的B3層基坑(-16.35m)面上往下打井，打井深度12.5m，降水管道采用φ80、壁厚0.5mm的焊接管，根據施工現場的實際狀況，排水管道每隔4m左右法蘭片連接。

由于本工程緊鄰綿陽涪江、安昌河，地下水非常豐富，在實施B3～B4層加固基坑及基坑支護、土石方開挖階段，除了基坑局部明排水，本工程已有的36口降水井同時投入使用作為井點降水，降水的持續時間以抗浮設計計算并經設計院同意。

5.2 基坑護壁排水施工

5.2.1基坑西南側特殊部位水量較大的處理

經現場實地觀察，基巖埋置深度較淺，在基巖上連砂石內有大量水涌出，基巖內不透水。基坑西南側連砂石內涌水量非常大，涌水從基坑側壁直接泄出排到基坑內，影響基坑內土方的開挖。對該部位，可將側壁水收集集中排到附近的降水井內，再通過降水井往外抽排到室外排水管網。

在土方開挖過程中，開挖底面標高低于地下水位，基坑采用井點降水后，地下室水位仍高于基底標高，基坑的基底和護壁面都有大量地下水不斷流入坑內，水流量極大，同時基坑護壁施工時，在護壁面上留有大量的泄水孔，對后期排水及防水施工造成一定難度。根據工程地質和地下水文情況以及現場實際情況，采取有效的水處理和排水施工方案，使基礎施工和防水施工時達到無水狀態，以保證工程質量和工程的順利進行。在基坑單位井點系統降低地下水位的方案基礎上，采用設暗溝、集水井排水相結合的處理施工方案。根據現場實際情況，地下室電梯基坑集水坑作為臨時集水井設置。

5.2.2 對基坑護壁面的泄水孔處理

(1)人工將泄水孔部位剔鑿一個50mm寬、50mm深的小洞。

(2)用φ50PVC冷水管和配套的PVC彎頭沿側壁面將泄水孔內的滲流水引入排水溝；因側壁面需做防水找平層，考慮到抹灰厚度，如經測量基坑尺寸不能保證的，需將PVC冷水管埋設在基坑護壁內。施工方法為在每個泄水孔部位人工垂直剔鑿1道50mm寬、40mm深的凹槽，將PVC管嵌入槽內，用塑料管卡固定，管卡間距300mm。

(3)泄水孔位置的PVC彎頭安置好后，在彎頭周圍用速干型防水堵漏劑封堵，保證無地下水從PVC彎頭外圍滲出。泄水孔處理示意圖如圖1。

圖1 護壁面泄水孔處理示意

5.2.3 地下室沿基坑排水溝的設置

(1)排水溝沿基坑規則布置，根據地下水的量大小，可每8～10m設置縱橫方向的排水溝。排水溝引向集水井或電梯基坑內，溝體斷面采用矩形，寬度為800mm，最淺度為設計基底標高以下500mm；地基為中風化巖石層，硬度較高，采用挖掘機和人工風鎬機相結合的施工方法。

(2)將排水溝內雜質、松散土清理干凈后，下鋪密目鋼絲網，然后滿鋪直徑35～45mm卵石(人工級配)作為濾水石，卵石層表面鋪放平整密實，卵石層上蓋20mm厚鋼板，鋼板面標高比墊層標高低30mm,最后用C20S10細石商品混凝土接平基礎墊層。

(3)考慮到地下水有雜質，雜質在排水溝的卵石縫隙處長期堆積，影響排水溝的過水率，因此沿排水溝通長布置一根φ100壁厚5mm的鋼管作為排水管，每根接頭相互焊接緊密，管壁上每間距50mm呈梅花狀開不規則小孔作為進水孔，排水管順排水溝接入集水井，在管口位置設增壓法蘭盤開關，以控制水量。由于地下水中長期伴有砂粒，為減少砂粒沉淀堵塞排水溝或水管，在鋼管外再包裹三層密目鋼絲網。

(4)停止降水后，為保證排水溝地基承載力，此時需要對地下室排水溝注漿封閉，因此在排水溝內通長范圍內同時需要預埋一根φ48的鋼管作為注漿管。因壓力注漿需要預留排氣孔，考慮預埋一根φ20PVC管作為出氣管(采用M30水泥漿注漿，摻加水泥用量5 %的早強劑和8 %的膨脹劑)。注漿管示意如圖2。

圖2 地下室排水溝注漿管示意

排水溝布置示意如圖3。

圖3 排水溝坡面示意

(5)排水溝匯入集水井部位用φ200壁厚5mm的鋼管將水引入集水井，鋼管出水口處加增壓法蘭盤。預埋好鐵管后，用C20S10細石商品混凝土將此段排水溝封閉。排水溝匯入集水井部位示意如圖4。

圖4 排水溝匯入集水井部位示意

5.2.4 基坑內高差部位陰角排水溝設置

考慮到周邊排水溝封閉后，以及后期護壁面防水施工后，側面的水壓增大，從而基坑底面的水壓增大，造成基坑底面的涌水增多，對后期的施工進度、質量、安全也會帶來較大的影響。現考慮在基坑底板內高差部位的陰角處人工剔鑿一道 100mm寬、150mm深的排水溝，將排水溝內雜質、松散土清理干凈后，下鋪密目鋼絲網，然后滿鋪直徑35～45mm碎石(人工級配)作為濾水石。碎石層表面鋪放平整密實，碎石層上用3mm厚鍍鋅鋼板加工制作一道R=500mm的隔離層，排水溝內埋φ50、壁厚5mm的鋼管作為過水管，鋼管上間隔50mm鉆呈梅花狀不規則的孔徑10mm小孔作進水孔，同時包裹兩層密目鋼絲網。示意如圖5。

圖5 高差部位排水溝剖面示意

5.2.5 電梯基坑、集水井設置

在每個電梯基坑和集水坑基底設置集水井。集水井尺寸為凈空長2 000mm、寬2 000mm、深2 000mm(比設計基底標高深2 000mm)。因基礎處于風化巖石層，因此考慮對臨時集水井四面邊坡M7.5水泥砂漿砌筑MU15磚胎膜圍護，寬度為240mm。為避免干抽損壞抽水泵，從而影響排水，在每個集水井坑底人工剔鑿長1 000mm、寬1 000mm、深500mm的凹坑。臨時集水井內雜質、松散土清理干凈后，下鋪密目鋼絲網，再鋪設300mm厚卵石層(人工級配)，以防止雜質和泥漿堵塞水泵。預埋3根直徑300mm、長800mm的預制鋼筋混凝土降水管至集水井，水泵吸水管放入降水管中，用水泵將集水井內的水抽至基坑外現場沉淀池，再排至市政管網，嚴禁排除的水回流至基坑內。集水井布置示意如圖6。

圖6 臨時集水井剖面示意

考慮到停止降水前，為保證集水井的正常工作及后期對抽水設備的維護檢修，需在地下室底板上留出預留洞口，待斷水后用C45·P10膨脹細石混凝土澆筑。預留洞口大小為2 600mm×2 600mm。筏板澆筑時模板支撐體系平面如圖7。

圖7 臨時集水井預留口模板支撐體系平面示意

5.2.6 集水井設備準備

根據現場實際情況及單井出水量大小，每個集水井配備2臺(備用一臺)多級電動式離心清水泵，型號為50LG24-20，功率11kW，流量22m3/h，揚程80m，出口管徑為100mm，全天候24h不停地抽水至停止降水后再停止工作，同時每個集水井在庫房備用1臺水泵。考慮到地下室排水周期長，水泵易出現故障，從而影響排水系統正常工作，因此對地下室臨時集水井的水泵需按期檢查，如有故障及時更換新的水泵。

斷水后集水井的處理：集水井斷水后，將集水井內的雜質清理干凈，用C45S10膨脹商品混凝土澆筑填實；水泵抽出的水通過一根φ150mm壁厚5mm的鋼管抽出基坑以外(基頂標高為相對標高-0.70m)，鋼管為6m一根，接頭處用法蘭盤連接。

6 結束語

針對本工程采用的管井排水、基底排水暗溝明排二種降排水措施，在實際實施過程中效果非常好。本基坑從2012年9月土方開挖，至2014年6月基坑土方回填完畢，時間跨度長，期間經歷2次雨季，地下水卻得到很好控制。經項目部每日觀察和第三方沉降監測，該工程基坑按支護結構設計方案布置監測點，基坑四周2倍深度范圍內存在已建道路和已建房屋，散水地坪、外墻踢腳線下墻體裝飾、周邊地面、地下室外墻勻無明顯開裂、局部塌陷異常現象，基坑開挖及支護現狀對周邊環境影響不顯著。主體位移和沉降開裂均處于受控和允許規范中，保證了基坑的施工安全和進度，為以后類似工程提供第一手資料和參考。

[1]JGJ79-2002建筑地基處理技術規范[S]

[2]DB51/T5026-2001成都地區建筑地基基礎設計規范[S]

[3]JGJ120-99建筑基坑支護技術規程[S]

[4]GB50202-2002建筑地基基礎工程施工質量驗收規范[S]