淺析復雜條件下的深基坑開挖施工排水措施

(湖北大禹水利水電建設有限責任公司,湖北 武漢 430061)

1 工程概況

1.1 工程簡介

金口二站為新建泵站，位于武漢市江夏區金水閘，是完善和提升金水流域斧頭湖和魯湖水系防洪排澇能力的骨干工程之一。設計流量為96m3/s，為Ⅱ等工程，泵站規模為大(2)型。主要建設內容包括金口二站及其配套設施、工程管理設施等，主要建筑物(主泵房、攔污柵、引水渠、進水池、出口箱涵等)級別為2級，次要建筑物(出口擋墻、消力池、出口段護底護坡等)級別為3級，其他臨時性建筑物級別為4級。

1.2 施工條件

a.金口二站主泵房左側為金水閘，右側為金口電排站，前臨金水河，后靠金水閘段長江大堤(其部分堤頂為S102省道)，施工場地狹窄。

b.泵房地面高程24.0～28.0m；設計建基面高程為 5.76m，其開挖深度為18.0～22.0m，主泵房基坑為深基坑，開挖邊坡屬高邊坡。受兩側建筑物限制，設計開挖邊坡較陡。為保證左側金水閘安全穩定，設計在基坑左側布置了兩排支護樁。

c.泵站基坑左側緊鄰金水河，2017年基坑開挖期間(9—10月)正值金水河秋汛，降雨頻繁，造成金水河水位高(水位持續在高程21.00m以上)、持續時間長。

e.基坑開挖土層多為黏土與碎石土，遇水易軟化，容易造成邊坡垮塌；土體受積水浸泡后，易形成稀泥。

2 基坑開挖過程中遇到的困難及原因分析

2.1 基坑開挖過程中遇到的困難

金口二站主泵房基坑在開挖過程中滲水嚴重，造成開挖作業面積水，邊坡垮塌，導致施工進度緩慢，施工安全得不到保障。基坑開挖期間遇到的困難如下：

a.2017年9月8日，基坑開挖至高程14.5m時，主泵房49號基礎灌注樁附近出現滲水，滲水量大，滲水中無砂土流出。

b.基坑開挖至高程14.0m以下作業面時，滲水點逐漸增多，滲水嚴重；開挖至設計高程8.50m時，基坑先后出現多處滲水點，現場統計有8處，其中滲水量較大有3處，且滲水點分散，造成基坑積水量增大，排水困難。

c.主泵房基坑靠副廠房、安裝間、防洪閘側邊坡出現裂縫，并有發展的趨勢；2017年10月9日，主泵房基坑靠防洪閘與副廠房側發生局部塌方。

d.基坑滲水因點多面廣不能及時排除，造成開挖作業面積水嚴重。土體受積水浸泡，在開挖面形成大量稀泥。

e.主廠房建基面積水，不能干地施工，影響后序底板混凝土施工按時展開，施工進度滯后計劃13天。

2.2 原因分析

a.經查探，49號基礎灌注樁附近滲水點為地質鉆孔涌水。鉆孔孔底已伸入基巖，由于基巖巖體存在裂隙及滲水通道，受金水河水位與開挖面7m水位差形成滲水壓力的影響，基巖滲水不斷從地質孔中涌出。

b.基坑開挖至主廠房建基面(高程5.76m)后，金水河水位與基坑建基面之間的水位差達到15m以上。受基礎覆蓋層減薄、滲水壓力增大、基巖巖體存在裂隙及滲水通道等因素的影響，基坑內涌水點逐漸增多，積水嚴重，見圖1。

圖1 基坑被積水浸泡

c.受周邊建筑物限制、施工場地狹窄等條件影響，靠近副廠房、安裝間側的主廠房基坑設計邊坡很陡(1∶0.1)，開挖過程中邊坡多處出現滲水，致使邊坡土壓力增大，造成副廠房、防洪閘、安裝間側邊坡局部垮塌，見圖2。

圖2 基坑邊坡局部塌方

d.基坑涌水點點多面廣，未能及時有效封堵、疏導，導致滲水漫流，集中至地勢低的開挖面，形成大量積水。開挖面土層為黏土與碎石土，遇水軟化，被積水浸泡后形成大量稀泥，造成人工清理、機械挖運非常困難，不能及時將稀泥土方運出，嚴重影響基坑開挖施工進度。

e.因施工場地狹窄，基坑主廠房建基面范圍外沒有場地開挖排水溝和集水井，只能在建基面內布置內排水溝和集水井。由于基坑內涌水點多、量大，形成滲水漫流，致使主廠房建基面積水抽排不凈，無法干地施工。

3 解決辦法及實施效果

為保證施工安全和深基坑邊坡穩定，保證基坑干地施工并加快施工進度，項目部采取了以下施工措施：

3.1 原地質孔涌水點封堵

3.1.1 原設計封堵方法

原封堵方案為取黏土柱、外包PVC管(長1～2m)，采用地質鉆機下放，擬利用土體柱的重量進行壓蓋封堵，由于孔口四圍封閉不嚴，導致四周涌水不斷，封堵效果很差，封堵不成功。

3.1.2 新的封堵方法

新的封堵方法的施工工藝如下：

a.將水泥與水玻璃按1∶1的比例拌制成凝結混合物。

b.在事先準備好的木樁端頭包裹棉絮，將預先拌制的混合物涂抹在棉絮上。

c.用挖掘機將木樁打入原地質孔涌點，封堵涌水點，并用水泥漿封閉孔口。

3.1.3 實施效果

改變封堵方法后，封閉了該處涌水點，達到了預期的封堵效果，為高程14.5～8.5m范圍土方開挖創造了干地施工條件。因基坑底部滲水點多面廣，不能采取該方法進行全部封堵。

3.2 邊坡滲水垮坡后的處理

3.2.1 施工措施

a.開挖后的高邊坡及時預埋PVC排水管、掛網噴錨支護。排水孔內三層反濾，15cm中粗砂、15cm小石、20cm中石。土側孔口包裹土工布，孔深2m，PVC管長1m，傾角5°，見圖3～圖4。

圖3 混凝土噴護示意圖

圖4 坡面排水孔大樣圖

b.防洪閘側坡面上因滲水量大造成的塌方處，先人工清理邊坡，然后回填砂石反濾料，埋設PVC軟管將滲水點水引至建基面，排向集水井，最后掛網噴錨支護恢復坡面。

c.靠副廠房側高邊坡垮塌處，先利用挖掘機對邊坡高程12.5m以上土方進行削坡減載，削坡后的坡比為1∶1.25；然后埋設排水管，掛網噴錨支護。

3.2.2 實施效果

實施后，副廠房側高邊坡未發生垮塌現象，坡頂也未出現裂縫；靠防洪閘側邊坡也穩定下來，未再發生垮坡現象。

3.3 建基面積水引排

3.3.1 施工措施

圖5 排水系統布置

a.為保證主廠房建基面可以干地施工，及時將積水引走，對主廠房高程5.76m建基面以下基礎換填碎石，控制深度1m，使其形成透水盲溝，將基坑四周的滲水匯集到主廠房建基面內的1號集水井(見圖5)，并埋設灌漿管為后期對基礎進行灌漿處理做準備。灌漿管為φ50鋼管，沿換填區梅花形布置，間、排距約1.5m，高度伸出主廠房底板混凝土面10cm，并在底部包裹一層土工布，以防混凝土堵塞孔口。

b.在主廠房與進水前池之間設置排水溝，排水溝首末兩端設置兩個集水井，分別布設在主廠房建基面(靠防洪閘側)與進水前池內。通過兩根φ200 PVC 管連接兩集水井，形成1∶300的自流坡降，將主泵房的積水通過PVC排水管引入位于進水前池內的2號集水井內。

c.管道四周采用細砂回填密實，上部回填碎石，保證干地施工，并埋設灌漿管滿足后期基礎處理需要。灌漿管沿排水暗管上部換填區布置一排，間距約1.5m，其他施工技術要求同上。

d.投入3臺15kW泥漿泵和2臺7.5kW污水泵將2號集水坑內的積水及時抽排至金水河，并派專人值班。

e.回填灌漿：采用水泥凈漿灌漿。施工時間：主廠房底板混凝土施工完畢，待寬縫混凝土具備一定的強度后，開始進行回填灌漿。施工前，按相關規范要求進行灌漿試驗，通過試拌，檢測水泥碎石結石的滲透系數[是否低于原土層滲透系數K=(3.0～5.0)×(10-4～10-5)cm/s],確定水泥漿的水灰比為0.5∶1，漿液比重1.83。初定灌漿壓力小于0.5MPa。正式灌漿前，先用手持式風鉆對灌漿孔底部的墊層混凝土進行鉆孔，保證灌漿孔通暢。

3.3.2 實施效果

基坑積水通過自流的方式全部引至2號集水井，通過加大抽排能力及時將積水排向金水河，保證了基坑干地施工，加快了施工進度。見圖6～圖8。

圖6 布置排水系統前的基面

圖7 埋設排水暗管

圖8 布置排水系統后的基面

2018年1月20～23日對基礎換填區進行回填灌漿，灌漿壓力小于0.4MPa，水泥漿的水灰比為0.5∶1，7天后對灌漿部位進行了簡易壓水試驗，經檢測其滲透系數低于原土層滲透系數，換填區不存在滲透穩定問題。

通過采取以上措施，加快了主泵房基坑開挖進度，主泵房基坑土方開挖于2017年10月21日完成，并于2017年10月23日順利通過了主泵房基礎驗收小組的驗收，比計劃目標提前7天。

4 結 語

水利工程深基坑開挖因施工條件、地質情況等不同，在開挖過程中遇到的困難各不相同，所采取的降排水措施也各不相同。武漢市金口二站基坑開挖時所面臨的施工情況較為復雜，一是汛末施工，遇秋汛，基坑左側金水河河水位高，基坑面臨滲、涌水壓力大；二是基坑開挖到底部時，建基面多處出現涌水，且基礎出現液化情況。在此情況下項目部采取了多項施工排水措施，對地質孔涌水點采用原木封堵，需在原木端頭包裹防漏棉絮后利用挖掘機鏟斗將原木壓入孔中封堵嚴實，此方法簡單實用；在建基面多處出現涌水，且基礎出現液化的情況下，采用盲溝和碎石換填法將基坑涌水匯集到基坑外集水井，可以保證干地施工。待底板混凝土具備一定強度后須及時對換填區基礎進行灌漿處理。