地下水在深基坑開挖過程中對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響分析

王建國

（中鐵十一局集團(tuán)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(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響分析

王建國

（中鐵十一局集團(tuán)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(jī)制主要體現(xiàn)為通過改變土層土質(zhì)的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)，使巖土體被稀泥化、軟化，使其具有了流動(dòng)性，從而造成基坑開挖過程中開挖面土體對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的反壓力流失，導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu)受到了嚴(yán)重的破壞。

基坑；地下水；支護(hù)結(jié)構(gòu)；破壞

1 引言

近幾年來隨著城市地鐵的高速發(fā)展，深基坑安全施工已經(jīng)成為我們當(dāng)前面臨的重點(diǎn)問題。地下水作為巖土中的重要組成部分，對(duì)工程施工是一個(gè)不利因素，尤其是在深基坑工程中，地下水的存在對(duì)基坑的開挖造成十分不利的影響。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，基坑事故的發(fā)生大多地下水有關(guān)，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(duì)基坑中地下水處理不當(dāng)，容易造成施工過程中因基底土體軟化、基坑內(nèi)外滲流而引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和周邊地表沉降等現(xiàn)象，對(duì)施工造成極大的干擾，嚴(yán)重時(shí)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(dāng)做“頭號(hào)大敵”，嚴(yán)格控制好開挖過程中地下水的問題。

2 地下水對(duì)基坑開挖支護(hù)的影響

在基坑開挖過程中，通常采用井點(diǎn)降水來達(dá)到降低水位、固結(jié)土體、穩(wěn)定邊坡和便于開挖的目的。開挖時(shí)，地下水對(duì)基坑開挖的影響主要表現(xiàn)為：

（1）基底承壓水突涌導(dǎo)致土體失穩(wěn)，不利于支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（2）基坑內(nèi)、外滲流引起支護(hù)結(jié)構(gòu)背后土體流失，加大支護(hù)結(jié)構(gòu)變形。

（3）基底明水長期浸泡，軟化基底土體，引起支護(hù)結(jié)構(gòu)變形量增大。

3 施工中控制地下水的措施

基坑開挖支護(hù)施工時(shí)，首先應(yīng)考慮相關(guān)因素影響：

（1）基坑圍護(hù)體系規(guī)律，其變形可以分為兩個(gè)階段：①開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)的變形；②到底板結(jié)束時(shí)的位移。而第二階段的變形與基坑暴露時(shí)間有關(guān)，暴露時(shí)間越長，風(fēng)險(xiǎn)性越大。

（2）基坑工程的受力特點(diǎn)是大面積卸載，坑周圍和坑底應(yīng)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(duì)保護(hù)坑底土體不受施工擾動(dòng)、土體應(yīng)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(dòng)力矩，降低圍護(hù)體系的安全度。

（4）由于大量卸荷，坑周圍應(yīng)力場變化，地面或多或少會(huì)產(chǎn)生許多裂紋，降雨或施工用水進(jìn)入土體會(huì)降低土體的強(qiáng)度，并增加土壓力。

對(duì)此，施工中必須設(shè)法減少土體中有效應(yīng)力的變化，提高土的抗剪強(qiáng)度和剛度，確保深基坑工程的土方開挖施工在“干”狀態(tài)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(yè)。降水方法有輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)與深井井點(diǎn)等，以管井井點(diǎn)降水為例，在實(shí)際中常有以下情況發(fā)生：①開挖前降水過量；②在淤泥質(zhì)土中降水效果不明顯，開挖時(shí)在機(jī)械擠壓下又有水流出；③水泵不能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，降降停停等。這些都將導(dǎo)致基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量增大和周邊地面的不均勻沉降與開裂。對(duì)基坑的穩(wěn)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(duì)土層滯水常用截水溝——集水井的方式明排水；對(duì)于降雨積水則應(yīng)在雨后做好及時(shí)的疏排，特別是在基坑邊已發(fā)現(xiàn)裂縫的情況下，防止雨水回灌，裂縫進(jìn)一步發(fā)育，最終導(dǎo)致地面塌陷，支護(hù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形，甚至基坑整體失穩(wěn)。

4 工程實(shí)例

廣州市軌道交通六號(hào)線二期工程地處廣州市蘿崗區(qū)，周邊有暹崗新村、規(guī)劃綠地，蘿崗分局110指揮中心及在建的蘿崗區(qū)綜合醫(yī)院。車站基坑平面為異形結(jié)構(gòu)地下二層島式站臺(tái)車站，換乘節(jié)點(diǎn)區(qū)為地下三層，雙柱三跨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。車站全長344m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為22.8m，深度16.7～19.0m，換乘節(jié)點(diǎn)開挖深度為25.6m，車站基坑平面為異形結(jié)構(gòu)。

車站基坑內(nèi)地質(zhì)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(zhì)土、<4N-3>坡積土層、<5H-2>花崗巖殘積土、<6H>花崗巖石全風(fēng)化帶、<7H>花崗巖石強(qiáng)風(fēng)化帶、<8H>花崗巖石中風(fēng)化帶、<9H>花崗巖石微風(fēng)化帶。其中，<9-1>花崗巖殘積土和全風(fēng)化花崗閃長巖原巖結(jié)構(gòu)已基本破壞，礦物中除石英外大部分礦物風(fēng)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(wěn)定水位埋深為0.8～5.30m，平均埋深約為3.31m，水位標(biāo)高為21.52～30.84m，平均標(biāo)高為 25.22m。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+三道混凝土支撐的形式，換乘節(jié)點(diǎn)采用地下連續(xù)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?xùn)|西側(cè)施工兩排止水帷幕，帷幕深度為地連墻墻底以上2m。基坑內(nèi)采用深井井管降水，管徑為600mm，共布設(shè)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(shè)兩道鋼筋混凝土支撐；基坑北端40～120m處土方開挖，架設(shè)一道鋼筋混凝土支撐。此時(shí)，北端頭圍護(hù)墻在12m深度處的水平位移達(dá)到19.53mm，且每天變形量增大1～2mm，接近報(bào)警值（21mm）；已開挖基坑的東側(cè)道路沉降值均以超過報(bào)警值（21mm），且每天平均下沉2mm左右，最大沉降點(diǎn)累計(jì)達(dá)到48.91mm。

圖1 基坑開挖示意圖

為此，工地現(xiàn)場立即停止土方開挖，并召開緊急討論會(huì)，最后查找到問題的原因?yàn)椋?/p>

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

（2）基坑內(nèi)外水系連通，坑外水位高于坑內(nèi)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(nèi)，發(fā)生局部涌水現(xiàn)象，致使基底土體軟化，加劇圍護(hù)墻的變形。

處理方案：

針對(duì)基坑出現(xiàn)的情況，現(xiàn)場采取了三項(xiàng)措施：

（1）采用雙重管旋噴樁對(duì)地連墻接頭注漿加固進(jìn)行堵漏；

（2）在基坑外止水帷幕部位重新進(jìn)行鉆孔注漿，用于隔斷基坑內(nèi)外水系聯(lián)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(nèi)明水。

5 結(jié)論

基坑開挖支護(hù)的穩(wěn)定與否，很大程度上都會(huì)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(hù)，在深基坑開挖支護(hù)的施工中，必須做到以下幾點(diǎn)：

（1）加強(qiáng)前期圍護(hù)結(jié)構(gòu)和止水帷幕的施工質(zhì)量，盡量處理好接頭部位，避免在后期基坑開挖過程中發(fā)生滲、漏水等情況。

（2）基坑開挖前，提前做好地質(zhì)補(bǔ)勘和基坑降水試驗(yàn)，對(duì)基坑內(nèi)本身的土質(zhì)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(zhǔn)備。

[1]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[2]陳希哲，編著.土力學(xué)地基基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，1997.

[3]陳忠漢，黃書秩，程麗萍，編著.深基坑工程.北京：機(jī)械工業(yè)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(jī)關(guān)工程管理部副經(jīng)理。