地下水應急處理分析

沈元紅

摘 要：隨著城市建設規模越來越大、基坑環境越來越復雜、突發情況越來越多，對在基坑開挖過程中出現的地下水水位突然上漲影響邊坡的情況越來越多、越來越難以應對。小瓦窯項目位于北京市豐臺區盧溝橋，場區在開挖深度范圍內地層以填土及卵石層為主，地下水類型為潛水。在基坑支護階段，因地下水在坑底以下，對基坑開挖無影響，故未考慮對地下水的處理措施，但在支護體系施工完后，永定河開始補水，受此影響，場區地下水位大幅提高，對基坑開挖、結構施工均產生了很大影響。針對此突發情況，綜合考慮后，采用了坑內防滲墻、疏干井，坑外應急井的聯合措施，以及相對應的施工工藝后，避免了地下水對基坑的影響，最大程度地保障了基坑的安全，確保了結構的干槽施工。

關鍵詞：地下水;基坑;突發情況;處理措施

Abstract： With the urban construction scale becoming larger and larger， the environment of foundation pit becoming more and more complex， and more and more unexpected situations， it is more and more difficult to deal with the sudden rise of groundwater level， which affects the slope during the excavation of foundation pit. The Xiaowayao project is located in Marco Polo Bridge， Fengtai District， Beijing. The ground layer is mainly filled with soil and gravel， and the groundwater type is only one layer of phreatic water. In the stage of foundation pit support， because the groundwater is below the bottom of the pit， without effect on the excavation of the foundation pit， the treatment measures for the groundwater have not been considered. However， after the construction of the support system， the Yongding River began to make up the groundwater， which has a great influence on the excavation of the foundation pit and the construction of the structure. In view of this sudden situation， after comprehensive consideration， the combined measures of the seepage prevention wall inside the pit， the drainage well， the emergency well outside the pit， and the corresponding construction technology are adopted， then the influence of underground water on the foundation pit is avoided， the safety of the foundation pit is guaranteed to the greatest extent， and the dry groove construction of the structure is ensured.

Keywords： groundwater; foundation pit; emergency situation; treatment measures

0 前言

小瓦窯項目位于北京市豐臺區西四環與西五環之間，蓮石東路與梅市口路之間，2019年3月初，該項目進場施工，3月14日，為開展永定河綜合治理與生態修復，打造綠色生態河流廊道，永定河生態補水正式啟動，截至6月中，補水約1.66億m3（中國水利網，2019），因永定河與項目距離較近，且地層透水性極強（張景華等，2017），滲流快，對場區的水文地質條件產生了很大的影響。永定河補水導致基坑水位不斷上升，在基坑開挖至3 m左右時，根據水位監測，地下水位上漲至坑底以上最高4.25 m（基坑深度為14.89 m），因無地下水處理儲備方案，為避免地下水位繼續上漲，對支護體系造成嚴重安全隱患，樁間滲漏亦會造成結構無法施工，故基坑暫停開挖。根據現場現狀，基坑大范圍已挖至3 m，周邊亦不具備再施工降水井的條件，且永定河分春季、秋季兩次補水，根據補水計劃，秋季擬補水1.63億m3，水源豐富，降排水措施無法達到干槽施工需求，因此，只能考慮隔水措施，基坑施工環境比較復雜，基坑外無充足施工作業面，基坑內肥槽量有限，且地層以填土和卵石為主，設計、施工難點很多，為確保基坑正常開挖，需綜合考慮現場實際情況，采取安全可靠、技術可行、經濟合理的地下水處理措施。

1 概況

該項目基坑面積約37500 m2，主樓基坑深度為14.77～15.07 m（標高45.33～45.03 m），車庫等范圍基坑深度為14.89 m（標高45.21 m），根據現場實際情況，整體結構距規劃紅線位置較近，最近處僅1.6 m。根據勘察報告（北京中機勘巖工程技術有限公司，2018），場地為中等復雜場地，地基復雜程度為一級，場區地層變化較大，含5個大層及6個亞層，其中①層為人工填土層，②層為一般第四紀沉積層，③-⑤層為古近紀沉積層，亞層主要為雜填土、素填土、粉質黏土、砂質粉土、細砂、卵石等，基坑深度范圍內以填土及卵石為主（圖1）。勘察50 m深度范圍內見一層地下水，地下水類型為潛水，最淺穩定水位埋深為23.70 m（標高38.10 m），受人工因素影響，水位變幅較大，天然動態類型屬滲入-蒸發型，主要補給來源是大氣降水及地表水入滲，地下徑流為主要排泄方式，其水位年變化幅度一般為1～2 m，本場區年變化幅度為3 m左右，根據勘察報告，場地地下水對混凝土結構具微腐蝕性。另外，基坑東、西兩側管線較多，有上水、電力、雨水等管線，對基坑的開挖有一定的影響。在基坑開挖設計時，地下水位在坑底以下8 m左右，不需要考慮，故支護整體采取了上部2.5 m土釘墻+下部護坡樁+三道預應力錨桿的聯合支護體系。

2019年3月中，永定河啟動補水，由于該項目與永定河直線距離僅2.2 km，且自永定河至基坑位置地層結構除淺層人工填土層外，均以卵石為主，含水層滲透性極高，場區水文地質條件發生很大變化，見表1。

截至6月，現場地下水位上漲12 m左右，至標高49.51 m，超過坑底標高4.3 m左右，此時，基坑大范圍已挖至3 m左右，支護體系護坡樁、冠梁、第一道預應力錨桿已全部施工完成，大部分土釘墻亦已完成，如果繼續開挖，水位的上漲，必然造成樁間大量滲水，對支護體系造成極大的安全隱患，結構亦無法正常施工，根據《深基坑支護設計與施工》（余志成等，1997），若地下水滲入造成基坑浸水，使地基土的強度降低，壓縮性增大，建筑物能產生過大沉降，迫于此種情況，考慮邊坡安全及結構施工、地基穩定，土方開挖暫停。參考前任研究成果（鄭小燕等，2018），根據JGJ120-2012《建筑基坑支護技術規程》，地下水控制應根據工程地質和水文地質條件、基坑周邊環境要求及支護結構形式選用截水、降水、集水明排方法或其組合，針對永定河補水造成的持續性影響，需綜合考慮地層情況、已有支護體系、基坑外圍條件、預留肥槽量、結構施工時間、永定河后續補水情況等，采取有效的地下水處理措施后方可繼續開挖。

2 地下水處理設計難點分析

地下水處理方案的合理與否將會直接對整個建筑工程的施工速度和施工質量起到至關重要的作用（陳志永，2020）。根據場區情況，本項目地下水處理的難點分析如下：

（1）根據勘察報告，基坑填土及卵石含量很大，地層變化復雜，從地面以下3 m開始即為卵石層，層頂曲線變化，層厚約27～38 m，最大粒徑15 cm，其下為古近紀沉積層礫巖，無論是旋噴樁隔水還是大口井抽降，成孔困難，如采取隔水措施，隔水樁需至基巖隔水層。

（2）如采用大口井降水，按水位降至坑底以下0.5 m考慮，根據潛水非完整井計算，日出水量約為8.9萬 m3，現場污水管道排水能力不足以承受如此大的排水量，且對地下水資源亦是浪費。

（3）基坑支護體系外圍大部分區域離規劃紅線較近，且西側有一條直徑1400 mm的給水管線，距結構外皮僅1.06 m，其管底埋深約3.6 m，此坡段因距離過近，原設計護坡樁外皮與結構僅留200 mm的肥槽量，僅能滿足結構以墻代模的施工空間。

（4）如采取樁間設置隔水樁，則由于基巖埋深較深，護坡樁已施工完畢，護坡樁樁端無法解決隔水問題。

（5）在前期護坡樁施工階段，施工預留肥槽為1000～1500 mm（除西側），如采取坑內防滲墻施工，工作面有限，會造成防滲墻占結構情況，且由于護坡樁在卵石層施工，無可避免地局部護坡樁有鼓肚情況，影響防滲墻的正常施工。

（6）由于結構工期異常緊張，在采取地下水處理措施后，基坑會大面積加速開挖，如正值雨季，需考慮雨水造成的地下水水位累積上漲。

（7）根據北京市永定河生態補水規劃，2019年及2020年春秋兩季均會進行一年兩度的補水（海河水利委員會，2019;2020），不管在基坑開挖期還是結構施工期，均會與補水期相遇，地下水水位上漲難以預測。

3 具體處理措施

根據難點分析，結合支護結構，地下水處理在原支護體系的基礎上設計，綜合考慮后整體采取坑內混凝土防滲墻+坑外應急井+坑內疏干井的聯合處理措施，防滲墻即為地下連續墻，其優勢在于能夠最大限度降低施工對周圍環境的影響，且抗滲及抗壓能力良好（楊杰等，2020）。具體設計時，根據上漲的最高水位49.51 m，預留50 cm的持續上漲的空間，防滲墻頂標高按50.0 m考慮。由于西側與管線距離過近，此坡段單獨處理。具體設計如下：

3.1 防滲墻設計

防滲墻具體設計詳見表2。

3.2 西坡高壓旋噴樁設計

西坡考慮工作空間有限，防滲墻需從槽底以下施工，槽底以上設置高壓旋噴樁，具體設計詳見表3。

3.3 應急井、疏干井、回灌井設計

在坑外布置井深26 m的應急井47口、坑內布置井深20 m的疏干井54口（圖4、圖5），井徑均為273 mm。應急井作為在基坑開挖過程中出現滲漏時的應急措施。

4 施工難點分析及對策

因本項目在填土、卵石層及礫巖層中施工超深（36 m）防滲墻，且拐角較多，存在很多難點，具體分析如下（表4）：

5 施工要求

因本項目防滲墻及高壓旋噴樁樁長較長，且在填土、卵石層中施工，因此，為確保施工質量，達到預期效果，需對施工提出針對性的要求。

5.1 防滲墻關鍵施工要求

防滲墻對本項目地下水處理的有效性起著至關重要的作用，因此，施工的質量保證亦很重要，其施工工藝流程如圖6。

針對本項目防滲墻的施工難點，防滲墻具體施工要求如下：

（1）根據施工場地，防滲墻從現狀地面以下2.6 m開始施工，要求進入礫巖層不小于1 m，總施工長度約36 m左右，施工深度較深，且在填土、卵石層中施工。根據JGJ79-2012《建筑地基處理技術規范》，成槽施工前應進行成槽試驗，并應通過試驗確定施工工藝及施工參數，因此，在正式施工前，需進行試成槽試驗，槽段寬6 m，墻厚800 mm（600 mm），試成槽過程中對槽壁穩定、沉渣厚度、泥漿各項指標進行檢測。試成槽結束后對原試成槽范圍采用素砼回填。

（2）因地層原因，導墻可能會出現破壞或變形，在填土區域，需對導墻加大深度，內側加設支撐，如土層不足以滿足導墻及荷載需求，需設計旋噴樁進行地基處理。

（3）此項目轉角較多，在轉角處部分槽段因一斗無法完全挖盡時，或一斗能挖盡但無法保證抓斗兩側受力均勻時，根據現場實際情況在抓斗的一側下放特制鋼支架或鎖口管來平衡另一側的阻力，防止抓斗因受力不勻導致槽壁左右傾斜。

（4）由于地層局部填土較厚，為防止槽壁坍塌，泥漿采用護壁性能好、攜渣能力強、穩定性好的復合鈉基膨潤土，此膨潤土造漿率高、添加了特制的聚合物，而且配制簡單、快速，每方泥漿中膨潤土：純堿：自來水質量比為35∶1∶980。

（5）為盡量減少防滲墻占結構，在成槽時，一定要確保防滲墻的垂直度，開挖時先挖槽段兩端的引孔，或者采用挖好第一孔后，跳開一段距離再挖第二孔，使兩個孔之間留下未被挖掘過的隔墻，使抓斗吃力均衡，有效糾偏，保證成槽垂直度。

（6）由于防滲墻過砂礫石、卵石及基巖，強度較高，抓斗無法正常作業，另，地下水系發達，如施工防滲墻時地下水與附近水系連通，并隨之形成動水壓力時，抓斗成槽速度太快，無法形成有效護壁等情況時，可采用沖擊鉆機全沖成槽。

（7）為確保接頭不滲漏，采取“刮、沖、刷”三道工序多次刷壁的程序，在抓斗上裝置30 mm厚鋼板特制刮刀，對接頭繞流混凝土強行刮除，另外，采用鋼絲刷的刷壁器，反復清刷，直到鋼絲刷上不再有泥為止。

（8）槽底以上防滲墻部分為防止受剪破壞，設置H型鋼，在灌注混凝土時，如型鋼出現上浮現象，可在導墻上設置錨固點固定型鋼，加快澆灌速度。

5.2 高壓旋噴樁關鍵施工要求

高壓旋噴樁在黏土層、砂層等均質土層中的施工質量較容易控制，但在砂卵石層內施工往往較困難，質量難以保證（諸葛愛軍等，2019），而本項目旋噴樁均卵石層中，因此，需采取針對性的施工措施，以保證質量，滿足設計要求。

（1）由于基坑大部分位置已挖至3 m左右，冠梁在2.6 m位置，施工前需將土方回填至冠梁以上200 mm，寬度不小于15 m，回填應分層壓實壓密，以確保鉆機的施工安全。

（2）采用風動潛孔錘成孔（成孔直徑170 mm）、雙高壓噴射成樁工藝，因是在卵石層施工，旋噴施工時需進行引孔，引孔孔徑必須與旋噴樁成樁鉆桿匹配。此施工工藝采用兩套獨立的施工系統，上部系統為高壓水、低壓空氣同時橫向噴射，下部系統為大流量高壓漿、高壓空氣同時橫向噴射，鉆桿達到設計深度時，上部系統第一次切割，下部系統第二次切割，從而達到樁徑要求。

（3） 噴射注漿時，應由下而上均勻噴射，停止噴射的位置宜高于帷幕設計頂面1 m，以確保旋噴樁樁頂的有效性。

（4）由于護坡樁在填土、卵石中施工，個別護坡樁存在樁間距偏差較大的情況，如遇此種情況，可采取復噴工藝增大固結體半徑，確保旋噴樁與護坡樁的搭接要求。

（5）因地層原因出現漿液滲漏而不返漿時，應在漿液中摻入速凝劑并將噴頭停在下返漿處持續噴射注漿或間斷注漿，直至孔口返漿。

（6）為確保旋噴樁的直徑和搭接，鉆桿在旋轉和提升時應連續進行，不得中斷，鉆機發生故障時，應立即停止提升鉆桿和旋轉，以防裝斷樁，并立即檢修排除故障。

（7）高噴施工時隔兩孔施工，防止相鄰高噴孔施工時串漿。相鄰的旋噴樁施工時間間隔不少于48 h。

（8）在旋噴注漿過程中出現壓力驟然下降、上升或冒漿異常時，應查明原因并及時采取措施。

（9）建議采用如下施工參數：樁身水泥土強度≥1.0 MPa，抗滲系數≤1.0×10-6 cm/s;采用雙高壓旋噴工藝，其中噴漿壓力35～42 MPa，噴水壓力35～42 MPa，噴漿提升速度≤120 mm/min。水泥摻量≥25 %（質量比），水泥標號P.O 42.5。正式施工前，需現場試噴來校核以上參數。

5.3 其他要求

基坑正式開挖前進行帷幕效果檢驗，即采取封閉性聯動測試，在帷幕墻內外緊領位置選擇疏干井及應急井1組，沿帷幕墻每20m設置1組，共設3組，通過坑內疏干井抽水情況，觀察地下水位變化及出水量變化，如判斷出帷幕局部漏水，需在開挖時采取修復措施。

6 處理效果

2019年9月永定河啟動秋季補水，根據《2019年度秋季永定河生態水量調度實施方案》，再次補水1.63億m3，根據現場水位監測，最高水位保持在49.50 m以下，未超過地下水處理方案的設計標高50 m，12月，根據論證后的地下水處理方案，項目開始實施，2020年4月，永定河再次啟動春季補水方案，根據《2020年度春季永定河生態水量調度實施方案》，預計6月底補水1.75億m3。根據基坑內外的觀測井，2019年6月，春季補水期間，水位達到最高水位，超過基坑標高4.3 m，2020年4月，防滲墻施工完畢，春季補水開始，疏干井啟動，坑外水位在坑底標高以上1 m，坑內水位在坑底以下1.3 m，5月，基坑大面積挖至槽底，未出現防滲墻滲水現象，由此可見，在實施防滲墻和疏干井后，有效截斷了坑外地下水對坑內的補給，確保了坑內無水作業。另外，根據基坑支護體系邊坡位移監測，最大位移為0.8 cm，對基坑安全無影響。

7 結論

對受永定河補水導致水位上漲的小瓦窯項目，在采取了坑內防滲墻、樁間旋噴樁、坑外應急井等技術措施，以及相應的施工措施后，在填土及卵石層中高壓旋噴樁及防滲墻正常施工，施工質量可靠，根據現場監測，樁間無滲水情況、坑內無積水、邊坡穩定，驗證了防滲墻及高壓旋噴樁的有效性。雖然最終地下水處理效果明顯，但是由于在基坑支護階段對周邊環境、地下水考慮的不全面，導致停工，迫使采用造價相對較高的防滲墻方案，既耽誤了工期又造成經濟損失，因此，在基坑開挖前期，必須全面了解項目情況，包括政府有可能對邊坡支護、地下水處理造成影響的政策，尤其對深基坑工程，情況復雜，一旦有突發情況，應對困難，對建設方及施工方均會產生不利影響。另外，任何巖土項目，在基坑開挖前，必須針對不同時間段可能出現的各種問題，提出應急處理措施，且措施具針對性、可實施性。小瓦窯項目就是典型案例，通過項目分析，采取相應措施，確保了邊坡的安全及結構的正常施工，為類似項目提供了參考依據。

參考文獻：

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