穿黃北區工程軟基開挖中涌水及流沙問題的處理

夏 堃，徐 峰

（1.遼寧宏禹水利工程建設監理有限公司，遼寧沈陽 110006；2.南水北調東線穿黃工程北區建管局，山東聊城 252000）

1 前言

軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。

一般來說，基坑開挖要具備必要的條件：首先是保持基坑干燥，為施工作業提供便利；其次是確保邊坡穩定，保證施工安全。有的基坑積水或土質稀軟，工人難以立足，無法施工；有的出現“流砂現象”導致邊坡塌方，地質破壞；有的內部基坑土體發生較大的位移，影響鄰近建筑物的安全。之所以會出現這些異常情況，都是由地下水引起的。筆者通過分析實際施工中軟基開挖過程中涌水及流沙處理的具體經驗，總結相應的處理措施。

2 工程概況

本標段為南水北調東線穿黃北區工程的灘地埋管標，按100 m3/s進行設計，為有壓內圓外城門洞型斷面，內徑7.50 m，總長1 600 m。起始樁號：4+ 934.807，終止樁號：6+534.807，縱坡1/2 500，埋管采用現澆鋼筋混凝土結構，底部鋪設素混凝土墊層、碎石墊層（巖基除外）。埋管沿線局部地基的飽和沙壤土和細砂存在振動液化，基坑開挖滲、排水，高邊坡穩定和滲透變形穩定，巖土交界地基不均勻沉陷等問題。

工程區地處柏松山以東原位山樞紐引河以北至黃河南岸之間的黃河灘地，地面高程41～42 m，建基面高程26～27 m。工程區地下水為第四系松散土層孔隙潛水，受黃河水和雨季降水滲透補給，埋藏于壤土、沙壤土層中，潛水位高程在37.2～38.5 m之間。涌水及流沙情況發生在樁號：6+434.807-6+ 304.807，本段為埋管段末端及其與穿黃隧道連接處，巖體裂隙發育，較為破碎，呈強風化狀；且距離黃河較近，加上黃河上游調水使黃河水位上升，軟基涌水及流沙現象較為嚴重。

3 主要問題及處理措施

3.1 流沙問題的處理

施工至樁號6+304.807時，開始出現流沙現象。雖然排水井井口高程36 m，井深30 m左右，且在該段增加了井的密度，達到每7.5 m一口排水井，但流沙現象仍較為嚴重。滲出的水流攜帶大量的細砂流到建基面上，不僅覆蓋了建基面，也覆蓋了基地兩側的排水溝。通過增加排水井改善流沙情況已無法實現，只有直接處理流沙。在處理流沙的施工過程中，采用了以下措施：

（1）覆蓋在建基面上的流沙先不要清理，留作保護層以保護流沙下的建基面原狀土不會過多地受到滲水的浸泡和浸蝕，以利于清除流沙后的施工。

（2）在不穩定的滲水邊坡上加密木樁竹排加固邊坡。由于流沙較為嚴重，本段工程采用長度4 m的木樁以間距0.5 m布置，相鄰木樁之間架設竹排，在竹排的擋土面再鋪設土工布。一般地方架設2排這樣的木樁，個別嚴重的地方架設3排。采取這樣的措施可以防止流沙被水流帶到建基面，且水流可以由孔隙滲到排水溝。

（3）在邊坡底部（基底兩側）加深排水溝，且在排水溝上鋪設土工布。此項措施為了防止在排水溝內匯集的水滲向基槽內。

（4）由于本段流沙段較長，在基礎開挖時長度不宜過長，一般20～30 m，且在未開挖的下游邊坡處用土堆一道高約0.5 m的圍堰，以擋住下游未開挖處的流沙。

（5）為了防止滲水從基槽底滲出，在已開挖的基槽四周開挖淺的排水溝，并在四角開挖集水坑。

在采取了以上措施后，處理流沙的效果十分明顯。在運用以上方法時應注意以下幾個問題：

（1）經常觀察邊坡，及時發現滑坡、塌方的征兆，并及時地架設、加固木樁以穩定邊坡。

（2）注意木樁竹排的日常維護，及時發現損壞的木樁竹排。

（3）及時排出排水溝、集水坑內的積水，防止排出的地下水回滲而流入基坑。

（4）基底的附加排水設施應與排水井一起使用。當施工至樁號6+384.807時，流沙狀況改善，施工可正常進行。

3.2 涌水問題的處理

地基開挖至樁號6+414.807時 （距巖土過渡段20 m），在沒有任何預兆的情況下，挖掘機在作業的過程中挖出了1個“泉眼”，涌水孔呈規則狀，直徑約200 mm，疑似地質勘探的探孔，粗測流量約為80 m3/h。經討論決定，用挖掘機將長4 m的木樁下墊折疊起的土工布按入涌水孔內，出水量明顯減少。此時，基槽內已有約200 mm深的積水且水流沖刷出深200 mm、寬500 mm的水溝。由于水流攜帶大量的泥土在基槽內形成較厚的淤泥層，在基槽內設水泵排水暫時無法進行。

由于積水的較長時間浸泡，已開挖的建基面表層土以下300～500 mm已形成淤泥狀。在地下水壓力的作用下水流通過較小的裂隙又形成了許多較小的涌水孔，直徑多在20～30 mm，加上邊坡坡腳處也開始有流水涌出，總的出水量仍然較大。邊坡由于水流長時間的沖刷和浸泡開始出現裂縫，并有滑坡的可能。

針對上述情況，可以采取以下措施：

（1）堵孔，減少大量涌水。對于較大的涌水孔用長木樁封堵。對于較小的涌水孔可以暫時不做處理，但要注意觀察看是否有變大的趨勢。

（2）排水，減小積水對下層土的浸蝕。排水時以下兩個方面應同時進行：①涌水處排水。對于位于坡腳處采用封堵方法無效的涌水孔，可以現場取土修建一道小圍堰阻擋水進入基槽并通過排水溝引入積水坑中。小圍堰和排水溝的設置可以參照處理流沙時的設置方法。②排出基槽內積水。

（3）加固穩定邊坡，提供安全的作業環境，同時減少滑坡造成的淤泥增加量。由于可能滑坡的土體體積較大，木樁的設置間距可適當減少，并增加木樁的排數，以確保邊坡的穩定。

（4）清理淤泥，換填碎石。采取以上措施后，槽內積水明顯減少，剩下大量的淤泥。本部分基礎換填采用換填碎石而不是碎石土，是由于此段滲水較嚴重，碎石土阻斷了水流的流動且易使土液化造成基礎的不穩定，而碎石則可以使水流自由通過，不會影響基礎的穩定。

由于滲水經常發生，不斷有泥土隨著水流進入基槽，挖掘機一次性把淤泥挖除難度很大。于是，采取逐步挖除、逐步回填碎石的方法。

碎石要事先在未受淤泥影響的建基面上備足，以便挖掘機及時取用碎石填筑，防止淤泥流動到已清除的基槽影響換填質量。挖掘機清除淤泥時應挖到原狀土，然后迅速填筑碎石。碎石分層填筑，每層厚度30 cm，先用挖掘機挖斗拍壓，待填筑出可供挖掘機行駛的作業面時再由挖掘機碾壓。

當填筑到邊坡處的涌水孔時，將涌水孔挖深約50 cm，在涌水孔周圍均勻設置4根木樁，間距約100 cm，呈“口”字形布置，并在木樁外圍設置竹排呈“井”字形，然后在周圍填筑碎石形成一個排水井，再放置若干臺水泵。這樣一來，不僅可以使基槽內的水通過碎石的縫隙匯集到排水井，也可以使此涌水孔的水不會進入基槽。

在換填碎石的過程中，需要注意以下問題：

（1）淤泥一定要挖除干凈，防止基礎不穩定。

（2）碎石中不應有雜物，特別是泥土、草木之類。

（3）碎石的粒徑級配應適當，不要影響水流的通過，同時通過碾壓應達到密實。

（4）作業的速度應該適當加快，可以防止新產生的淤泥增加施工難度和費用。

4 結語

流沙和涌水問題是水利工程中常見的問題，同時也是較難處理的問題。為此，要花大量人力、物力、財力和時間進行勘察、測試、設計、科研和施工。若處理不好將會帶來極大的資源浪費。所以，在設計單位準確勘察的前提下，施工單位嚴格按施工方案、技術規范施工，在監理單位嚴格的監督、控制、協調下，可以又快又好地解決這些問題。