地下水在深基坑開挖過程中對支護結構的影響分析

王建國

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 武漢 430000）

地下水在深基坑開挖過程中對支護結構的影響分析

王建國

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 武漢 430000）

基坑開挖施工中，地下水的作用機制主要體現為通過改變土層土質的物理和化學結構，使巖土體被稀泥化、軟化，使其具有了流動性，從而造成基坑開挖過程中開挖面土體對支護結構的反壓力流失，導致圍護結構支護結構受到了嚴重的破壞。

基坑；地下水；支護結構；破壞

1 引言

近幾年來隨著城市地鐵的高速發展，深基坑安全施工已經成為我們當前面臨的重點問題。地下水作為巖土中的重要組成部分，對工程施工是一個不利因素，尤其是在深基坑工程中，地下水的存在對基坑的開挖造成十分不利的影響。根據以往的工程經驗，基坑事故的發生大多地下水有關，而地鐵工程基坑往往都是深基坑，在基坑開挖過程中需要大面積的降水和止水，若對基坑中地下水處理不當，容易造成施工過程中因基底土體軟化、基坑內外滲流而引起圍護結構變形和周邊地表沉降等現象，對施工造成極大的干擾，嚴重時甚至造成基坑垮塌等安全事故。因此，在基坑開挖過程中，我們必須將地下水當做“頭號大敵”，嚴格控制好開挖過程中地下水的問題。

2 地下水對基坑開挖支護的影響

在基坑開挖過程中，通常采用井點降水來達到降低水位、固結土體、穩定邊坡和便于開挖的目的。開挖時，地下水對基坑開挖的影響主要表現為：

（1）基底承壓水突涌導致土體失穩，不利于支護結構的穩定。

（2）基坑內、外滲流引起支護結構背后土體流失，加大支護結構變形。

（3）基底明水長期浸泡，軟化基底土體，引起支護結構變形量增大。

3 施工中控制地下水的措施

基坑開挖支護施工時，首先應考慮相關因素影響：

（1）基坑圍護體系規律，其變形可以分為兩個階段：①開挖到設計標高時的變形；②到底板結束時的位移。而第二階段的變形與基坑暴露時間有關，暴露時間越長，風險性越大。

（2）基坑工程的受力特點是大面積卸載，坑周圍和坑底應力場從原始條件逐漸降低。基坑開始開挖后，通過降水使得地下水位低于開挖面以下0.5～1.0m，保證開挖面土體的干燥，對保護坑底土體不受施工擾動、土體應力不松弛具有重要作用。

（3）基坑周邊超載，增加墻后土體壓力及滑動力矩，降低圍護體系的安全度。

（4）由于大量卸荷，坑周圍應力場變化，地面或多或少會產生許多裂紋，降雨或施工用水進入土體會降低土體的強度，并增加土壓力。

對此，施工中必須設法減少土體中有效應力的變化，提高土的抗剪強度和剛度，確保深基坑工程的土方開挖施工在“干”狀態下的施工。

降水是使地下水位保持在基坑底面0.5～1.0m以下，方便挖土與底板“干”作業。降水方法有輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點與深井井點等，以管井井點降水為例，在實際中常有以下情況發生：①開挖前降水過量；②在淤泥質土中降水效果不明顯，開挖時在機械擠壓下又有水流出；③水泵不能連續運轉，降降停停等。這些都將導致基坑圍護結構變形量增大和周邊地面的不均勻沉降與開裂。對基坑的穩定性與周邊道路、房屋建筑等的正常使用帶來的威脅。

排水是解決上部土層滯水與降雨積水的疏排。對土層滯水常用截水溝——集水井的方式明排水；對于降雨積水則應在雨后做好及時的疏排，特別是在基坑邊已發現裂縫的情況下，防止雨水回灌，裂縫進一步發育，最終導致地面塌陷，支護結構嚴重變形，甚至基坑整體失穩。

4 工程實例

廣州市軌道交通六號線二期工程地處廣州市蘿崗區，周邊有暹崗新村、規劃綠地，蘿崗分局110指揮中心及在建的蘿崗區綜合醫院。車站基坑平面為異形結構地下二層島式站臺車站，換乘節點區為地下三層，雙柱三跨鋼筋混凝土結構。車站全長344m，標準段寬為22.8m，深度16.7～19.0m，換乘節點開挖深度為25.6m，車站基坑平面為異形結構。

車站基坑內地質情況自上而下依次為：<1>人工填土、<4-2A>淤泥層、<3-2>中粗砂層、<3-3>礫砂層、<4N-2>淤泥質土、<4N-3>坡積土層、<5H-2>花崗巖殘積土、<6H>花崗巖石全風化帶、<7H>花崗巖石強風化帶、<8H>花崗巖石中風化帶、<9H>花崗巖石微風化帶。其中，<9-1>花崗巖殘積土和全風化花崗閃長巖原巖結構已基本破壞，礦物中除石英外大部分礦物風化土狀，具有遇水易崩解的特性。車站基底位于<5H-2>和<6H>地層中。

地下水主要有兩種基本類型，分別為松散土層孔隙水和基巖裂隙水，地下水穩定水位埋深為0.8～5.30m，平均埋深約為3.31m，水位標高為21.52～30.84m，平均標高為 25.22m。

基坑支護結構采用地下連續墻+三道混凝土支撐的形式，換乘節點采用地下連續墻+四道混凝土支撐的形式，其中地連墻接頭采用的是工字鋼接頭，并且基坑東西側施工兩排止水帷幕，帷幕深度為地連墻墻底以上2m。基坑內采用深井井管降水，管徑為600mm，共布設75口。

基坑自8月20日開始開挖土方，至11月1日為止，基坑北端0～40m處開挖13m深，架設兩道鋼筋混凝土支撐；基坑北端40～120m處土方開挖，架設一道鋼筋混凝土支撐。此時，北端頭圍護墻在12m深度處的水平位移達到19.53mm，且每天變形量增大1～2mm，接近報警值（21mm）；已開挖基坑的東側道路沉降值均以超過報警值（21mm），且每天平均下沉2mm左右，最大沉降點累計達到48.91mm。

圖1 基坑開挖示意圖

為此，工地現場立即停止土方開挖，并召開緊急討論會，最后查找到問題的原因為：

（1）地連墻接頭施工質量不合格，存在漏水情況，導致坑外水土流失，引起地表沉降；

（2）基坑內外水系連通，坑外水位高于坑內水位，在高水位差的壓力下，坑外地下水從地連墻底繞流至基坑內，發生局部涌水現象，致使基底土體軟化，加劇圍護墻的變形。

處理方案：

針對基坑出現的情況，現場采取了三項措施：

（1）采用雙重管旋噴樁對地連墻接頭注漿加固進行堵漏；

（2）在基坑外止水帷幕部位重新進行鉆孔注漿，用于隔斷基坑內外水系聯系；

（3）在基坑開挖面處人工開挖排水明溝和集水坑，抽排基坑內明水。

5 結論

基坑開挖支護的穩定與否，很大程度上都會受到基坑地下水的影響，地下水的處理直接決定著基坑能否安全開挖支護，在深基坑開挖支護的施工中，必須做到以下幾點：

（1）加強前期圍護結構和止水帷幕的施工質量，盡量處理好接頭部位，避免在后期基坑開挖過程中發生滲、漏水等情況。

（2）基坑開挖前，提前做好地質補勘和基坑降水試驗，對基坑內本身的土質情況、地下水位和土體滲水性等充分了解，以便為下一步的開挖工作做好充分的準備。

[1]中華人民共和國行業標準.《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）.北京：中國建筑工業出版社，1999.

[2]陳希哲，編著.土力學地基基礎.北京：清華大學出版社，1997.

[3]陳忠漢，黃書秩，程麗萍，編著.深基坑工程.北京：機械工業出版社，1999.

TU753

A

1004-7344（2016）04-0154-02

2016-1-20

王建國（1986-），男，助理工程師，本科，任機關工程管理部副經理。