基于高承壓水對深基坑開挖施工的影響研究

孟詩然

【摘要】隨著社會的發展，我國的高層建筑越來越多，深基坑施工也越來越多。當坑下有承壓水出現時，同時又不斷的開挖，承壓水水頭壓力就會擠裂或沖掉土體底部，產生突涌。本文依據復雜地形情況分析，為進一步提升高承壓水對深基坑的工藝經驗提供參考借鑒與處理辦法。

【關鍵詞】深基坑；降水；承壓水；減壓井；施工技術

1、工程概況

某工程是商住建筑，分為地上40層和地下5層，抗震設防烈度為7度，人防地下室的人防等級為核5級。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相當于大沽標高3.80m，相當于85國家高層7.6m。地下室基坑開挖相對標高-24.75m、-25.90m（局部最大深坑深度至-29.55m）。基坑圍護設計采用地下連續墻樁（作為基坑的防滲止水帷幕）+在樁外側4道鋼筋混凝土水平內支撐體系結構，圍護底進入強風化或全風化0.5m，圍護深度隔斷承壓含水層。

2、地質條件

場地地下潛水水位：初見水位埋深2.20m～3.10m。相當于標高1.47m～1.24m。靜止水位埋深1.40m～2.30m，相當于標高2.31m～2.19m，地表下層水都屬于潛水類別，一般以大氣降水補充，由蒸發方式排泄，隨著季節變化時，往年都是變幅在0.5m～1.00m左右。本場地的地下水對混凝土結構無腐蝕性，主要賦存于上部雜填土①層及淤泥②層、粉質粘土③、④、⑥層砂土層中。表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補給，以蒸發形式排泄，水位隨季節有所變化，年水位變幅約0.5m～1.00m。粉質粘土⑧，主要分布于偏低深部的粉質粘土⑧a層粉質粘土、⑧b層粉砂、⑧c層粉質粘土、粉質粘土⑨層、粘土⑩層，本次詳勘期間在一般性承壓水觀測孔Z29，測得地下承壓水水位埋深在10.1m～10.3m，相當于“85國家高程”-2.56m～-2.76m。可以作為本工程設計使用參考。

3、基坑施工擇選

對基坑圍護設計主要采用的是地下連續墻樁（兼止水帷幕）+在樁外側4道鋼筋混凝土水平內支撐體系結構，工程±0.000標高相當于大沽標高3.80m，地面絕對標高約為4.00m（相對標高+0.20m）。表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補給，以蒸發形式排泄，水位隨季節有所變化，一般年變幅在0.5m～1.00m左右。本場地的地下水對混凝土結構無腐蝕性。對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行降水井封井，對于單井出水量大于6t/h且水位恢復速度較快的降水井封井應采取在井管內先填瓜子片然后注漿再灌注混凝土的封堵方法。

4、抽水試驗方案

4.1承壓水對基坑的主要影響

承壓水對基坑的影響主要體現在對基坑的突涌造成破壞和周圍路基的沉降與圍護結構產生開裂、甚至空洞造成流砂、地下地基抗浮等問題。對此，我們利用軟件在開挖過程中對開挖面層進行基坑驗算。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下承壓水的頂托力。按照設計要求，本工程第三道支撐完成后，應立即啟動減壓井的減壓降水作業，待承壓水水頭降至-17.000以下后，方可進行支撐以下土方開挖作業，開挖深度不超過-25.000標高。在進行主樓電梯深坑土方開挖前，應保證承壓水水頭標高降至-25.000標高以下。上述基坑抗突涌分析和設計要求基本一致，鑒于水文地質條件的復雜性、土層參數的不確定性，實際施工期間按照設計要求進行水位控制。

4.2抽水試驗

為了降低承壓水龍頭，在坑內的四個角都姚設置1口減壓井，其余3口都在施工抽水作業。將其中1口視為觀測井，同時用承壓水抽水試驗驗證，其基坑內減壓降水是否符合基坑開挖至底過程水位降深變化，依據群井降水的水位恢復報告，制定計劃，做好突然停電的后續備用電源切換工作。開啟抽水試驗觀測3口減壓井Y1～Y3，實測觀測井Y4水位自-8.43m降到穩定標高自-29.83m，符合-25.000水位標高的控制范圍。基坑停止抽水10min后，觀測井水位由-29.83m恢復至-25.65m，按照設計控制水位-25m的要求，如基坑出現停止抽水時間不能超過10min，且隨后必須加速抽水。工地已準備好2臺柴油式發電機，確保電源可以隨時分配切換。依據承壓水試驗得出的數據，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。在施工承壓水試驗期間，承壓水龍頭壓力與上部土壓必須平衡，安置減壓井對工程有著重要作用。承壓水降水過后，水位降低至-29.83m，該基坑最深開挖標高至29.55m，即使不考慮對承壓水上覆頂板土壓力的情況下，坑內水位也符合基坑開挖至底部的水位監控要求。

4.3水位恢復試驗

群井抽水6h后開始進行水位恢復試驗，自抽水設備停止，持續監測觀測井Y4水位6h。

結語

本次抽水試驗開啟坑內3口減壓井Y1～Y3，實測觀測井Y4水位自-8.43m降至穩定標高約-29.83m，滿足-25.000m水位標高的控制要求。本基坑共施工4口圓礫層承壓水減壓井，對此4口井均進行試抽水，所抽井水質清澈，減壓降水運行期間開啟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井。由于本基坑共1口備用觀測井，基坑土方開挖期間必須加強對減壓降水井的保護，尤其需防止挖掘機碰撞。實測本基坑停止抽水后觀測井水位恢復試驗，停止抽水6h后觀測井水位基本恢復至初始水位。考慮到基坑地下連續墻雖已進入基巖層，但基巖層可能并非完全的隔水層，另地下連續墻不可避免地存在少量的滲漏水，故坑外水位對坑內水位仍存在一定的補給。基坑單井抽水設備用電約7.5kVA，按4口井計算并考慮損耗，備用電源不應小于45kVA，減壓降水應配置獨立二級電箱，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）。抽水試驗期間坑內減壓降水排水通過污水泵中轉，實際降水運行期間應配置備用污水泵，防止造成排水溝擁水。

參考文獻：

[1]田景良.關于地鐵保護區內新建建筑物施工的研究與應用[D].天津大學，2013.

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

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