基于高承壓水對(duì)深基坑開(kāi)挖施工的影響研究

孟詩(shī)然

【摘要】隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的高層建筑越來(lái)越多，深基坑施工也越來(lái)越多。當(dāng)坑下有承壓水出現(xiàn)時(shí)，同時(shí)又不斷的開(kāi)挖，承壓水水頭壓力就會(huì)擠裂或沖掉土體底部，產(chǎn)生突涌。本文依據(jù)復(fù)雜地形情況分析，為進(jìn)一步提升高承壓水對(duì)深基坑的工藝經(jīng)驗(yàn)提供參考借鑒與處理辦法。

【關(guān)鍵詞】深基坑；降水；承壓水；減壓井；施工技術(shù)

1、工程概況

某工程是商住建筑，分為地上40層和地下5層，抗震設(shè)防烈度為7度，人防地下室的人防等級(jí)為核5級(jí)。建筑高度165m，建筑地面積3897m2，總建筑面積71264m2，其中地上54408m2；地下16855m2，本工程±0.000相當(dāng)于大沽標(biāo)高3.80m，相當(dāng)于85國(guó)家高層7.6m。地下室基坑開(kāi)挖相對(duì)標(biāo)高-24.75m、-25.90m（局部最大深坑深度至-29.55m）。基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)采用地下連續(xù)墻樁（作為基坑的防滲止水帷幕）+在樁外側(cè)4道鋼筋混凝土水平內(nèi)支撐體系結(jié)構(gòu)，圍護(hù)底進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化0.5m，圍護(hù)深度隔斷承壓含水層。

2、地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下潛水水位：初見(jiàn)水位埋深2.20m～3.10m。相當(dāng)于標(biāo)高1.47m～1.24m。靜止水位埋深1.40m～2.30m，相當(dāng)于標(biāo)高2.31m～2.19m，地表下層水都屬于潛水類別，一般以大氣降水補(bǔ)充，由蒸發(fā)方式排泄，隨著季節(jié)變化時(shí)，往年都是變幅在0.5m～1.00m左右。本場(chǎng)地的地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕性，主要賦存于上部雜填土①層及淤泥②層、粉質(zhì)粘土③、④、⑥層砂土層中。表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化，年水位變幅約0.5m～1.00m。粉質(zhì)粘土⑧，主要分布于偏低深部的粉質(zhì)粘土⑧a層粉質(zhì)粘土、⑧b層粉砂、⑧c層粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土⑨層、粘土⑩層，本次詳勘期間在一般性承壓水觀測(cè)孔Z29，測(cè)得地下承壓水水位埋深在10.1m～10.3m，相當(dāng)于“85國(guó)家高程”-2.56m～-2.76m。可以作為本工程設(shè)計(jì)使用參考。

3、基坑施工擇選

對(duì)基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)主要采用的是地下連續(xù)墻樁（兼止水帷幕）+在樁外側(cè)4道鋼筋混凝土水平內(nèi)支撐體系結(jié)構(gòu)，工程±0.000標(biāo)高相當(dāng)于大沽標(biāo)高3.80m，地面絕對(duì)標(biāo)高約為4.00m（相對(duì)標(biāo)高+0.20m）。表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式排泄，水位隨季節(jié)有所變化，一般年變幅在0.5m～1.00m左右。本場(chǎng)地的地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕性。對(duì)于潛水疏干降水井和單井出水量小于6t/h的降水井，可以采用混凝土直接回填的方法進(jìn)行降水井封井，對(duì)于單井出水量大于6t/h且水位恢復(fù)速度較快的降水井封井應(yīng)采取在井管內(nèi)先填瓜子片然后注漿再灌注混凝土的封堵方法。

4、抽水試驗(yàn)方案

4.1承壓水對(duì)基坑的主要影響

承壓水對(duì)基坑的影響主要體現(xiàn)在對(duì)基坑的突涌造成破壞和周圍路基的沉降與圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生開(kāi)裂、甚至空洞造成流砂、地下地基抗浮等問(wèn)題。對(duì)此，我們利用軟件在開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)開(kāi)挖面層進(jìn)行基坑驗(yàn)算。在基坑底板有利情況下，底板與承壓含水層頂板之間的土壓力必須高于安全系數(shù)下承壓水的頂托力。按照設(shè)計(jì)要求，本工程第三道支撐完成后，應(yīng)立即啟動(dòng)減壓井的減壓降水作業(yè)，待承壓水水頭降至-17.000以下后，方可進(jìn)行支撐以下土方開(kāi)挖作業(yè)，開(kāi)挖深度不超過(guò)-25.000標(biāo)高。在進(jìn)行主樓電梯深坑土方開(kāi)挖前，應(yīng)保證承壓水水頭標(biāo)高降至-25.000標(biāo)高以下。上述基坑抗突涌分析和設(shè)計(jì)要求基本一致，鑒于水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性、土層參數(shù)的不確定性，實(shí)際施工期間按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行水位控制。

4.2抽水試驗(yàn)

為了降低承壓水龍頭，在坑內(nèi)的四個(gè)角都姚設(shè)置1口減壓井，其余3口都在施工抽水作業(yè)。將其中1口視為觀測(cè)井，同時(shí)用承壓水抽水試驗(yàn)驗(yàn)證，其基坑內(nèi)減壓降水是否符合基坑開(kāi)挖至底過(guò)程水位降深變化，依據(jù)群井降水的水位恢復(fù)報(bào)告，制定計(jì)劃，做好突然停電的后續(xù)備用電源切換工作。開(kāi)啟抽水試驗(yàn)觀測(cè)3口減壓井Y1～Y3，實(shí)測(cè)觀測(cè)井Y4水位自-8.43m降到穩(wěn)定標(biāo)高自-29.83m，符合-25.000水位標(biāo)高的控制范圍。基坑停止抽水10min后，觀測(cè)井水位由-29.83m恢復(fù)至-25.65m，按照設(shè)計(jì)控制水位-25m的要求，如基坑出現(xiàn)停止抽水時(shí)間不能超過(guò)10min，且隨后必須加速抽水。工地已準(zhǔn)備好2臺(tái)柴油式發(fā)電機(jī)，確保電源可以隨時(shí)分配切換。依據(jù)承壓水試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，承壓水水頭壓力pwy=Fs·rw·h=1.10·10·（26.54-8.43）=188.21kPa，土壓力：pcz=rs·H=9·16.1=188.86kPa。在施工承壓水試驗(yàn)期間，承壓水龍頭壓力與上部土壓必須平衡，安置減壓井對(duì)工程有著重要作用。承壓水降水過(guò)后，水位降低至-29.83m，該基坑最深開(kāi)挖標(biāo)高至29.55m，即使不考慮對(duì)承壓水上覆頂板土壓力的情況下，坑內(nèi)水位也符合基坑開(kāi)挖至底部的水位監(jiān)控要求。

4.3水位恢復(fù)試驗(yàn)

群井抽水6h后開(kāi)始進(jìn)行水位恢復(fù)試驗(yàn)，自抽水設(shè)備停止，持續(xù)監(jiān)測(cè)觀測(cè)井Y4水位6h。

結(jié)語(yǔ)

本次抽水試驗(yàn)開(kāi)啟坑內(nèi)3口減壓井Y1～Y3，實(shí)測(cè)觀測(cè)井Y4水位自-8.43m降至穩(wěn)定標(biāo)高約-29.83m，滿足-25.000m水位標(biāo)高的控制要求。本基坑共施工4口圓礫層承壓水減壓井，對(duì)此4口井均進(jìn)行試抽水，所抽井水質(zhì)清澈，減壓降水運(yùn)行期間開(kāi)啟3口井作為抽水井可滿足水位控制需求，另1口井作為備用兼觀測(cè)井。由于本基坑共1口備用觀測(cè)井，基坑土方開(kāi)挖期間必須加強(qiáng)對(duì)減壓降水井的保護(hù)，尤其需防止挖掘機(jī)碰撞。實(shí)測(cè)本基坑停止抽水后觀測(cè)井水位恢復(fù)試驗(yàn)，停止抽水6h后觀測(cè)井水位基本恢復(fù)至初始水位。考慮到基坑地下連續(xù)墻雖已進(jìn)入基巖層，但基巖層可能并非完全的隔水層，另地下連續(xù)墻不可避免地存在少量的滲漏水，故坑外水位對(duì)坑內(nèi)水位仍存在一定的補(bǔ)給。基坑單井抽水設(shè)備用電約7.5kVA，按4口井計(jì)算并考慮損耗，備用電源不應(yīng)小于45kVA，減壓降水應(yīng)配置獨(dú)立二級(jí)電箱，線路按三相五線制。本次抽水井采用額定流量40m3/h水泵，施工期間基坑減壓降水總涌水量<120m3/h（2880m3/d）。抽水試驗(yàn)期間坑內(nèi)減壓降水排水通過(guò)污水泵中轉(zhuǎn)，實(shí)際降水運(yùn)行期間應(yīng)配置備用污水泵，防止造成排水溝擁水。

參考文獻(xiàn)：

[1]田景良.關(guān)于地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)新建建筑物施工的研究與應(yīng)用[D].天津大學(xué)，2013.

[2]趙敬法，杜耀進(jìn)，沈竹駿，李凱.超深基坑中承壓水減壓降水應(yīng)用[J].浙江建筑，2015（11）：18-22.

[3]趙曉光，鐘逸晨，張雪龍.高承壓水對(duì)深基坑開(kāi)挖施工的影響分析[J].施工技術(shù)，2016（s1）：169-171.