淤泥質土地質條件下基坑開挖施工問題及對策

王 力

(濱州市小開河引黃灌溉管理局，山東濱州 256603)

淤泥是在靜水或緩慢的流水環境中沉積，經生物化學作用形成的天然含水量大于液限、天然孔隙比不小于1.5的黏性土。天然含水量大于液限而天然孔隙比小于1.5但不小于1.0的黏性土或粉土稱為淤泥質土，在中國渤海、黃海等沿海地區廣泛分布。它具有天然含水率高、孔隙比大、壓縮性較高，有流變性、觸變性，抗剪強度低、滲透性小等工程性質［1］。

1 工程概況及地質條件

濱州市小開河引黃灌區位于山東省北部，是國家大型引黃灌區，灌區干渠全長96.5km，涉及7個縣區，灌溉面積7.33萬hm2。受建設資金限制，灌區建成通水后，下游輸水渠與部分河流交叉處未按設計建設交叉建筑物，臨時在渠道兩側建節制閘攔阻河水維持運行，既影響了河道的正常行洪排澇，在河道過水時污水又易混入干渠，造成下游水質污染。為解決灌區下游水庫供水安全，在小開河灌區2013年續建配套與節水改造項目中，在灌區與河流交叉處興建倒虹吸，引導河水從渠道底部通過。

王山支溝倒虹吸是建筑物之一，施工地點位于濱州市北海新區，王山支溝與小開河灌區交叉處，距濱州北部沿海僅30km。基坑開挖深度在自然地面下6～9m之間，根據設計部門提供的地質勘察報告，在這個深度范圍內主要有三個地質層，自上而下為:第一層壩體填筑土，以粉質壤土為主，厚度為1.80～2.40m，層底黃海標高為1.95～2.50m;第二層粉質砂壤土，厚度為7.60～8.10m，流塑，夾雜有機質及貝殼碎片，層底黃海標高為－6.00～－5.60m;第三層黏土，棕褐色，可塑，厚度為3.10～3.50m，層底黃海標高為－9.20～－8.70m。基坑范圍內地下水平均埋深1.70～1.85m，穩定水位標高平均為2.55m。

2 基坑開挖施工情況

工程開工前，項目部組織專家論證，依據地質勘查結果及以往施工經驗，制定基坑開挖專項施工方案。基坑開挖部分主要是粉質沙壤土，位于地下水位以下，邊坡穩定性差，基坑施工時應做好邊坡支護，土方開挖邊坡比不小于1∶(1.5～2)。倒虹吸底板鎮墩承載于第3層黏土層，地基承載力符合設計要求。施工時存在基坑降水問題，粉質砂壤土滲透系數較大，計劃在基坑周圍設置深井降水，用挖掘機配合自卸汽車進行基坑土方開挖施工。

2.1 深井降水

工程開工后，按照基坑開挖專項施工方案，保證開挖面不帶水作業，首先在基坑開挖邊線外布置降水深井，環繞基坑四周，間距20m。每口深井采用預制C15無砂混凝土管做井身，管徑40cm，井深20m，上口外露出自然地坪0.5m。在井管與土壁之間填入粗制砂濾層，填至距離井口2m，上部縫隙用黏土封口。井內使用2.2kW潛水泵抽排水，匯集入排水總管。詳見右圖。

2.2 基坑土方開挖

深井降水圖

深井降水開始后，考慮到施工工期緊并且雨季即將來臨，應盡快完成基坑土方開挖作業，避免泡槽。項目部在降水的同時組織機械和車輛，對地下水位以上的表層土進行開挖作業，采用挖掘機配合自卸車輛挖除厚度1.80～2.40m的第一層壩體填筑土。表層土挖除后，基坑開挖面挖深平均已超過3m，處于地下水位線以下。土壤表觀呈灰黃色，濕度很大，夾雜有機質及貝殼碎片，開挖較深的坑槽有明水滲出，雖然放坡比為1∶1.75，但邊坡出現溜坡性坍塌。挖掘機濕陷，運輸車輛進不去，已經無法繼續開挖作業。

到深井降水開始第8天，理論上基坑開挖深度范圍內土已疏干，開挖無難度，但依照實際施工現狀判定降水沒有達到預期目的。對降水深井進行檢查發現，只有30%的潛水泵能夠漫出水管排水，50%以上的潛水泵只有半管甚至小半管出水。粉質砂壤土滲透系數K 經驗值為10－5～10－4cm/s，屬中等透水地層，降水深井不出水這種狀況在以往施工中沒有遇到過。項目部組織專家進行現場考證，結論是工程地質勘察報告僅僅根據顆粒分析即將第二地質層定名為粉質砂壤土，而沒有進行深入的工程特性研究。從土層的物理力學性質及土質的表觀分析，第二層土天然含水率平均值為35.5，大于液限值27.8，孔隙比標準值為1.267，夾雜有機質及貝殼碎片，施工地點位于渤海灣退海區域，符合淤泥質土的物理特征。淤泥質土具有天然含水率高、孔隙比大、滲透性小等性質，在外力振動或擾動下其結構受到破壞，滲透性顯著降低，不易排水固結。其物理力學性質見下頁表。

土層物理力學性質表

2.3 施工方案更改

針對淤泥質土天然含水率高、孔隙比大，有流變性、觸變性，滲透性小等工程性質，為保證工期，解決施工中遇到的困難，項目部對施工方案進行更改，制定新的施工技術方案并組織實施。

2.3.1 井點降水

深井降水無法繼續降低基坑地下水位，項目部在基坑開挖邊線外加密深井，阻斷坑外側地下水滲入基坑內側。在基坑內按順序劃分開挖區段，在預開挖區提前布置區域井點降水系統。每組井點設置為集水管長20m，井點管間距1.5m，埋深6.0m，開挖時將井點降水系統移至下一開挖區。用深井和井點組合降水方案，保證每一開挖區降水時間，疏干地下水，促使土體固結，使機械能夠進入開挖面進行作業。

2.3.2 木排樁邊坡支護

淤泥質土具有流變性。在最初制定的專項施工方案中，針對粉質沙壤土開挖基坑放坡比定為1∶1.75。隨著基坑向下挖深，邊坡會隨著時間增長而緩慢失穩，發生側向擠出導致溜坡。因基坑邊坡比和開挖邊線早在開挖時就已確定，上部邊坡已開挖成型，增加邊坡比擴大開挖范圍在經濟上不合理。項目部采用木排樁對易發生坍塌段進行邊坡支護，使用直徑18～20cm、長5m的原松木，平均間距30cm，采用反鏟挖掘機鏟斗壓入邊坡底角。從實際效果上來看，木排樁用于邊坡支護安全可靠，經濟合理。

2.3.3 沉箱澆筑混凝土鎮墩

根據設計圖紙，在倒虹吸底板標高下有5個長18m、寬3m、深1.8m的矩形混凝土鎮墩。鎮墩穿過第二層淤泥質土，承載于第三層黏土之上。在開挖鎮墩土方時，表現為嚴重的流砂狀態，邊坡流變坍塌嚴重，無法開挖成型。雖然在鎮墩開挖線邊緣外側增加井點降水，但效果不理想。若大面積開挖，則會增加土方開挖量和回填量，增加工程費用，延誤工期。項目部決定在鎮墩位置采用沉箱施工方案，其主要步驟是:

a.采用鋼模板按照混凝土鎮墩的尺寸焊接加固成箱型，接縫用橡膠止水帶填塞防止透水。

b.測量好鎮墩的平面位置尺寸，根據沉箱尺寸標出刃腳下放準確位置;用汽車起重機將鋼板沉箱吊至規定位置水平懸放。

c.用高壓水槍配合泥漿泵對沉箱底部基槽進行水力沖挖，使沉箱均勻沉降至設計深度。

d.用長臂混凝土泵車輸送混凝土進入沉箱內現澆。鋼板沉箱不拆除，當箱內混凝土凝固后，鎮墩即完成。

3 結語

在本次基坑開挖工程中，由于對淤泥質土的性質沒有充分認識，當作普通粉質砂壤土進行處理，以致在實際施工中遇到很多困難，不但增加了施工難度，延長了工期，而且因為被動采取應對處理措施，增加了工程的經濟成本。

淤泥質土具有天然含水率高、滲透性小的特點。大面積基坑開挖施工中，在基坑外圍布置深井降水，理論上計算好的降水范圍因土層實際滲透性低而與實際不符，造成地下水位遲遲降不下去。淤泥質土滲透率各項異性，在不同的方向上滲透性不同，水平方向滲透性大于垂直方向。在施工中應采取深井和井點降水組合的方式，增加水平排水量，加密井點降水系統的水平井點管，才能取得好的降水效果。

在施工開挖中要盡量減小對土體的擾動和振動。先降水，再開挖，地下水位降到開挖線以下之前盡量不動。此次工程在深井降水開始的同時，對表層土進行了開挖作業。挖掘機和運輸車輛對土層進行了振動及碾壓，導致土質壓縮，破壞了其結構，加劇了低透水性的特點，造成天然的高含水無法通過土層滲透，是導致深井降水效果差的另一原因。

在淤泥質土深基坑開挖中，選擇合適的邊坡比也很重要。雖然說1∶(2～3)的邊坡比基本可保證邊坡的穩定性，但應該計算大邊坡比開挖所增加的土方開挖量和回填量費用及征地費用是否經濟合理。在該工程中，基坑上部按照1∶1.75邊坡開挖，下部采用木排樁支護，取得了良好的效果。總之，要本著安全可靠、經濟可行的原則進行選擇。

淤泥質土因其物理特性，在工程施工中存在著較大的難度。在實際施工中應引起重視，對其進行細致的研究，及早采取防治處理措施，制定合理的施工技術方案，而不能單憑老經驗辦事，施工方案按部就班，一成不變，不但在施工上造成被動，而且增加工程成本。■

王軍，劉福臣．對淤泥及淤泥質土定名的商榷［J］．土工基礎，2010(3):88-90.