高滲透地層基坑工程坑底滲水處理施工實踐*

王光英，蔣 凱，王 溥，舒 晶，彭曉軍

(中建三局集團北京有限公司，北京 102629)

0 引言

目前國內在基坑降排水及防滲漏處理方面已經有成熟的施工技術，針對深基坑工程滲漏水的處理中因地質條件及工況不同采取的技術措施也不同[1-6]。但對于深基坑中與底板相連的各類底坑滲水處理研究較少，往往這種底坑部位相較于底板標高更低，是滲水處理的薄弱環節，影響底板防水的整體性。結合北京大興國際機場臨空經濟區發展服務中心項目，運用流體力學中降排水“漏斗”原理，并利用階梯形混凝土現澆圈梁抵抗水壓沖刷底坑側壁，有效防止底坑的滲水及坍塌情況，為后續同地質條件下基坑的設計和施工提供參考。

1 工程概況

北京大興國際機場臨空經濟區發展服務中心項目位于北京市大興區禮賢鎮機場大道與天興五街交叉口，項目總建筑面積約17.3萬m2，分為E-05-01，E-06-01兩個獨立地塊。最大建筑高度40m，E05和E06地塊基坑槽底標高分別為-15.180m(絕對標高+8.720m，±0.000為+23.900m)和-15.380m(絕對標高+8.520m)，為深基坑工程。其中電梯底坑、消防泵坑等最大開挖深度為19.28m。本工程總體基坑支護形式為“護坡樁+預應力錨桿”支護體系。采用樁間設止水帷幕，并結合基坑內布設疏干井(間距為25～30m)、坑外布設應急井(間距為9.8m)對地下水進行控制，井口標高+23.500m，井深為21.5m。電梯底坑、消防泵坑位于樓座核心筒內或周邊，與基坑內邊線平面距離為5～23m。

勘探期間(2019年10月中旬及2020年3月下旬)工程場區40m深度范圍內地下水位情況如表1所示。

表1 地下水位量測情況Table 1 Measurement of groundwater level

工程場區層間水天然動態類型屬滲入-徑流型，水位年變幅為2～4m，且場地南部分布有排水明渠，河寬約10～15m，距場地建筑邊線約23m，河底已施作襯砌，基礎持力層主要為⑤粉質黏土～重粉質黏土層、⑤1細砂層、⑤2黏質粉土～砂質粉土層。

2 底坑狀況分析

基坑降止水設計采用“坑內外降水井+止水帷幕”的方式，降水井埋深21.9m，相對于電梯底坑已不滿足降水要求，且工期緊、降水時間短。在項目基坑支護與土方開挖完成進入清槽階段已進入雨季(7月—8月)，地下層間水位發生變化，且局部區域存在淤泥質土層。在槽底標高范圍內未見滲水，而開挖至槽底標高下約0.4～0.8m處即見水平層間滯水。電梯底坑、消防泵坑絕對標高為7.220～4.620m，由高到低依次位于粉質黏土、細砂及砂質粉土層，不同土層滲水造成的狀況不同，如圖1所示。在底坑標高范圍內分布多層滯水，對于粉質黏土層因其內部存在較大黏聚力，底坑基本可成形，只有少量黏土隨滲水流出。

圖1 不同土層滲水造成的狀況Fig.1 Conditions caused by water seepage in different soil layers

而細砂或砂質粉土層在水平向水滲透力作用下，其內部黏聚力不滿足抗剪要求，導致土層塌落無法按設計圖紙放坡成形，影響底板澆筑施工及后續主體結構工期。因此各類底坑處理施工技術必須在滿足結構設計圖紙要求的情況下，確保底坑部位后期不出現滲漏水情況，保證底板施工質量。

3 底坑處理施工技術

3.1 施工原理

本項目針對電梯底坑、消防泵坑等低于槽底標高部位出現滲水的情況進行處理，結合以往基坑滲水處理的經驗，遵循局部降截水、控制地下水位并進行地基處理的原則綜合治理。在電梯基坑底部中間開挖降水井，利用降排水“漏斗”原理，控制地下水浸潤線，四周形成漏斗狀浸潤面，保證后續施工。地下水浸潤線方程：

(1)

式中：z為浸潤面水深(m)；h為井水深(m)；k為滲透系數(m/s)；r0為降水井半徑(m)；r為浸潤面對應水深處的半徑。降水如圖2所示。

圖2 降水示意Fig.2 Precipitation

對于底坑塌土部位采用澆筑C30細石混凝土、局部灌漿的措施，并按照設計底坑斜度及尺寸施作鋼筋籠形成階梯形圈梁，起抗剪作用且形成剛性防水。之后砌筑M5蒸壓粉煤灰磚成形并進行后續墊層、防水、防水保護層施工。后期在井口施工鋼制套管，套管外焊矩形止水鋼板，并采用底板混凝土封堵降水井，確保后期不發生滲漏現象。

3.2 滲水處理施工工藝

3.2.1降水井施工

降水井直徑600mm，按照流體力學中經驗公式取值，其中影響半徑R遠大于矩形基坑等效半徑，滲透系數k根據不同土層按照表2取值。

表2 土層滲透系數Table 2 Permeability coeffcient of soil

根據經驗數據以及基坑槽底尺寸，影響半徑R取值150m，滲透系數取6×10-5m/s，分別得出s≈6.5m，故底坑底部降水井深度：

h0=s-H0

(2)

式中：h0為底坑底部降水井深度(m)；H0為基坑槽底水位線距離底坑底部高度(m)。

3.2.2滲水底坑側壁處理

對于土層條件較好、滲水未發生塌土情況的底坑，其主要為層間滯水的無壓水流，在重力作用下沿底坑側壁向下流動，不會造成底坑側壁塌落，因此只在底部開挖直徑600mm集水井用于降排水，用無砂混凝土管保護防止塌井。據設計圖紙尺寸，底坑坡度均為60°，為防止滲水對混凝土墊層產生輕微沖蝕，按尺寸要求在坡面砌筑單排MU15蒸壓粉煤灰磚，表面刮涂20mm厚防水砂漿；底部及坡面放置φ4@200抗裂鋼筋網片，后用C30細石混凝土施作側壁墊層，該類底坑滲水量較小，集水井隨底部墊層施工時一同澆筑，在接近終凝時快速插入防水層及保護層施工，然后快速插入底板澆筑，確保該部位混凝土澆筑質量及整體性，具體如圖3所示。

圖3 滲水底坑側壁處理Fig.3 Side wall treatment of seepage pit

3.2.3塌土底坑處理

按照滲透原理并根據不同底坑尺寸施工完降水井并采用無砂混凝土管保護，且不間斷降水直至開始澆筑底板。降水15d后進行側壁處理，具體步驟如圖4所示。

圖4 底坑處理步驟Fig.4 Treatment steps

1)先進行硬化，在底坑塌土范圍內澆筑100mm厚C15混凝土墊層，并在降水井設置外直徑400mm，長2m的鋼護筒套管，外露出墊層標高長度400mm，在距鋼套筒頂部200mm處焊制矩形鋼板用作止水，長×寬為600mm×600mm，套筒內放置潛水泵進行抽排水。按照底坑坡度及尺寸，定位設置φ20@200雙排插筋，沿圈梁縱向間距為400mm，頂部各設置200mm彎頭做封邊處理，插入土層及墊層外露長度均為700mm。注意在進行鋼筋定位及綁扎時要預留后期澆筑墊層、防水及防水保護層空間。

2)根據插筋定位綁扎圈梁鋼筋，主筋采用8根φ12，箍筋為φ8@200(沿圈梁縱向)，鋼筋籠保護層厚度50mm，鋼筋綁扎完成后進行支模，模板采用15mm厚木模，支撐體系利用木方及鋼管采用對撐的方式，保證混凝土澆筑期間的穩定性，完成并驗收無誤后澆筑C30細石混凝土。

3)澆筑完成24h后，即按照定位進行植筋，采用φ20@200雙排插筋，沿圈梁縱向間距為400mm，植筋深度10d，鋼筋外露700mm，同樣在鋼筋頂部各設置200mm彎頭做封邊處理。在完成植筋后，根據定位在中間部位剔鑿10mm深凹槽，用于放置20mm×30mm規格遇水膨脹止水條，防止混凝土接縫部位滲漏水。之后按照第1層圈梁鋼筋配置進行鋼筋綁扎及模板支設，驗收無誤后澆筑C30混凝土。依次進行后續圈梁施工直至槽底標高處，由于底坑深度不同，后續圈梁的高度可根據現場及設計圖紙尺寸確定。

4)澆筑完成后，檢查混凝土與土層交界處是否有不密實情況，并局部進行靜壓注漿，注漿壓力0.5～1.5MPa，確保縫隙內填充密實。

5)混凝土硬化并拆模完成后，根據底坑結構輪廓線用MU15蒸壓粉煤灰磚將臺階部位按照60°角填充砌筑，砌筑砂漿強度等級不低于M10，之后用100mm厚C15混凝土按照結構輪廓澆筑成形。

6)施工完墊層后開始進行防水卷材施工，在防水卷材施工至鋼套筒位置時，將卷材上翻至止水鋼板下部，即200mm高位置。鋪貼完成后采用金屬壓條將套筒外一圈卷材壓實保證防水效果。防水保護層施工完成后綁扎完底板鋼筋，并進行底坑模板盒制作。在該底坑所在流水段均已準備就緒后開始底板澆筑，底板厚900mm(安裝好模板盒后套筒頂部距模板間距為500mm)。先進行底坑部位澆筑，先將污水泵取出，然后快速將底坑模板盒放入，并做好固定及施壓措施，避免在澆筑混凝土時模板盒上浮影響澆筑質量，因此對工序銜接要求比較高，應做好交底并現場旁站指導。

將振搗棒從模板側面伸入井內，同時將振搗棒伸入模板盒振搗底部確保套筒內混凝土灌充密實，快速澆至電梯底坑至對應標高處，隨即依次向上澆筑其余部位底坑，確保結構整體性。初步完成電梯底坑、消防泵坑等較低部位的防滲水及塌土處理施工，保證底板結構施工質量，避免工期延誤，有效降低滲漏水風險及后期注漿的經濟損失。

4 結語

1)該技術應用的降排水“漏斗”原理與建筑結構中底坑的形狀進行結合，增加處理的有效性、及時性。與之前研究不同的是直接將降排水及抗滲漏措施應用到實際部位，具有針對性。同時應用至結構施工前，具有前瞻性，避免后期因為滲漏而注漿，延誤工期且增加成本。

2)拆模后進行復查并在底坑底部設置沉降觀測點進行數據監測收集，該部位未出現隆起及開裂現象，且未出現滲漏情況，有效保證了地基處理效果及底板施工質量。

3)項目后期在施工至電梯底坑、消防泵坑等部位時，清槽完成后提前定位施工降水井，之后可由上至下施工混凝土圈梁，可大大節約成本和工期。

4)在類似地質條件下采用止水帷幕的方式進行阻斷基坑與外界水流聯系，不可控因素太多，基坑內的降水設計應充分考慮底板最低處標高，避免此類情況出現。