降、堵、疏綜合治水施工方法在土層高滲透性、地下水高水位且無限補給條件下的運用

李 盛

（湖南湘煌建筑工程有限公司，湖南 長沙 410007）

1 工程概況

某工程為地下人防工程，平時兼顧商業和行人過街。根據地勘報告，地下水位標高為地面標高，土層從上至下依次如下。

1）雜填土 雜色，松散～稍密狀，由黏性土混磚渣、混凝土塊、碎石等回填，多為路基填土和充填砂，頂部0.4～0.5m為瀝青路面，回填時間大于5年，層厚2.0～7.1m。

2）素填土 褐黃、褐灰色，松散狀，黏性土為主，局部含細砂、礫石等，層厚1.3～6.5m，回填時間大于5年。

3）粉質黏土 褐灰色、褐黃色，軟塑～可塑狀，無搖振反應，切面較光光滑，干強度中等，韌性中等，部分鉆孔顯示該層中局部含有少量細砂，層厚1.4～6.0m。

4）細砂 褐灰色、黃色，飽和，稍密狀，含少量礫石，呈亞圓形，級配一般，成分多為石英質，含云母，泥質充填，層厚1.0～2.7m。

5）圓礫 褐黃色，黃色，飽和，稍密－中密狀，圓礫含量50% ～60%，石英質，多為亞圓形，級配一般，一般粒徑0.2～2.0cm，混少量卵石，最大粒徑達2～7cm，中粗砂充填，混少許黏性土，層厚1.0～3.4m。

根據設計圖紙，該工程基礎采用天然地基上的平板式筏板基礎，持力層為粉質黏土層，層高3.6m，基礎厚度0.85m，基礎墊層厚度10cm，頂板覆土厚度1.5m，基底至地面深度6.05m，局部深度7.55m，基坑采用排樁支護、水泥漿止水帷幕止水。支護樁距離高層建筑裙樓（高層建筑和裙樓均采用混凝土管樁）約2m，距離1棟建于20世紀90年代的7層磚混安置房（基礎采用洛陽鏟樁，設計資料遺失）約3m。

該工程建于撈刀河老河道上，緊鄰湘江和改道后的撈刀河（與湘江和撈刀河的距離均只有約400m）。工程建設期間，當年發生罕見冬汛，加之工程下游的湘江水利樞紐工程開始蓄水，致使2條河流水位長期僅低于路面1.5m左右或短時間接近路面標高。極其復雜的水文地質條件導致周邊高層建筑未建地下室（擬建工程與周邊環境關系見圖1）。

圖1 擬建工程與周邊環境關系

工程建設期間，由于地下水位與河道水位相連，水位波動導致素水泥漿止水帷幕失效，基坑開挖過程中出現大量涌水，導致工程施工無法繼續進行。同時，結合淺層粉質黏土層特性，考慮涌水影響，作為持力層的粉質黏土受擾動較大，因進行地基處理導致基坑開挖深度加深的可能性較大。

基坑涌水導致工程無法繼續進行，且擔心涌水對周邊建筑產生不利影響。為此，一方面對涌水點用砂袋進行壓堵，同時讓基坑蓄水，盡量避免水位差產生較大的水力梯度；另一方面，對支護樁和周邊建筑進行嚴密監測；同時，對后續施工進行多番論證。

1）注射水玻璃工作面不夠，除非基坑全部回填后再實施，成本過高。

2）利用鋼板樁止水工作面不夠，除非基坑全部回填后再實施；同時，由于工程異形，鋼板樁內撐難以有效布置。

最終思路為：要找到一種能在現狀條件下進行施工的有效止水或降水的施工方法；如果降水，降水幅度不能過大，以免對周邊建筑造成不利影響；同時，作好對地基進行處理的準備。為此，最終確定采用“降、堵、疏綜合治水施工方法”進行施工，避免出現采用簡單的一種施工方法難以有效治水的困境。

2 降水

考慮到復雜的周邊環境，所采用的降水方式對周邊環境造成的影響需盡量小，同時，降水點應盡量分散，以免集中降水使砂層貫通形成涌水通道。最終，確定采用真空井點降水方式降水，該降水方式有適合該工程的一些優點。

2.1 真空井點降水原理及相關構造

真空井點降水設備以射流泵機組作為抽水設備，射流泵利用高速噴射水流通過文丘里管時產生的文丘里效應，能在吸入室形成相對真空區域，從而將地下水經井點管路系統從地下吸入水箱內；水箱內的水達到一定高度后，從水箱溢水口溢出并進入集水箱，再用潛水泵將進入集水箱的地下水持續抽走或就近排入市政管網。射流泵機組以水箱內的水作為循環補給水，以持續提供真空度。真空井點降水系統原理如圖2所示。

圖2 真空井點系統工作原理

設文丘里管入口截面處和喉道處的平均速度、平均壓力和截面積分別為v1、p1、S1和v2、p2、S2，流體密度為ρ，流量為Q。應用伯努利定理和連續性方程并注意到平均運動的流線是等高的，可得出：

通過分析上述公式可知，流體密度ρ不變，流體平均速度v越大，則壓力越小，真空泵就是利用高流速水流通過文丘里管時在小截面處產生相對真空。

根據地勘報告進行水力學計算，該工程井點管采用直徑4cm、長9m的鍍鋅鋼管，鍍鋅鋼管管端焊接直徑4cm、長1m的花管，井點管間距為1.5m。每根井點管采用橡膠軟管與直徑10cm的水平主管相連，水平主管與射流泵機組相連，該工程采用了8套射流泵機組。

井點成孔是該降水施工的關鍵，成孔的質量直接關系到出水效果。施工不當孔壁易形成泥皮被堵塞，出現出水困難或不出水的情況。本工程使用成孔直徑0.13m的地質鉆機帶套管全程跟進成孔，井點管施工工藝流程：地質鉆機帶套管成孔→插入井點管→在套管內灌入直徑0.5cm碎石→拔出套管→壓力注水洗孔→抽水。

井點管插入套管前須按圖3進行加工處理，在濾水管部位用2層以上篩網包裹。利用碎石層和篩網包裹，形成“雙濾構造”，防止降水過程帶走泥砂；此外，埋入的碎石還起到支撐孔壁的作用。

2.2 真空井點降水的優點

1）成孔機械簡單，對工作面要求低，可靈活布置井點管，增加井點管也方便。

圖3 井點構造

2）真空井點降水速度緩慢、均勻，可避免大口徑降水井、深井井點或管井井點急速陡降的危害。

3）真空井點采用射流裝置制造真空，其真空度接近一個絕對大氣壓，一級降深就達到目前國內兩級輕型井點的效果，兩級降深接近噴射井點，降水深度有保障。

4）主動抽吸孔隙水，與大井、深井或管井被動抽吸“重力水”不同，其動水力方向斜向下，可避礫砂土層中細顆粒流失，抽出的地下水為清水，一定程度上具有降水與止水“雙重功能”。

5）設備操作運行穩定性、持久性及井點運行的可靠性都優于輕型井點，其抽水效率、單套系統控制的降水邊長及耗能指標都優于噴射井點。

6）成本較低，略高于普通井點降水，大大低于噴射井點降水。

2.3 降水效果

由于地下水無限補給、砂石層滲透系數極大，加之之前涌水事件可能導致地層已形成一定的涌水通道，最終該設備將地下水降低至地面以下7m左右時，在繼續開挖局部更深位置時，出現局部涌水，采取加密降水點和增加射流泵機組都毫無效果。為避免涌水對周邊環境造成影響，對局部較深的位置采用砂袋進行了填埋處理，同時，對非加深位置基底采用打松木樁、拋毛石、澆筑混凝土的方式進行地基處理。

3 堵水和疏水施工

由于基坑局部加深位置無法采用降水施工的方法進行施工，最終確定采用堵、疏結合的方式進行施工。

3.1 堵水施工

由于混凝土的密度約為水密度的2.4倍，利用混凝土壓水進行封堵，施工步驟如下。

1）在基坑非加深部位混凝土達到一定強度后，用挖掘機挖除封堵砂袋并超挖至基底以下40cm左右，然后迅速打入松木樁作為地基加固。

2）在涌水的情況下，用人工迅速在坑底及側壁鋪上彩條布，并進行適當固定（底部采用壓石固定，側壁用鋼筋支撐和人工固定）。

3）在人工固定彩條布的同時，迅速澆筑已就位的混凝土，至混凝土頂面未出現涌水后再澆筑約30cm高混凝土，并確保新澆混凝土與已經處理地基相銜接（見圖4）。

圖4 加深部位處理

4）待混凝土終凝并達到一定強度后（一般24h后即可），用小型挖機拋出大部分混凝土，距設計基底30cm左右由人工用電鎬破除，由人工修出混凝土胎膜。

5）將人工修出的混凝土胎膜抹水泥砂漿后，進行防水施工和后續結構施工。

最終，一部分加深位置用該方法完全封堵住水，能有效進行后續施工；另外一部分加深位置出現了裂隙水，甚至是小股涌水，需要再進行處理。

3.2 疏水施工

由于仍有部分局部加深位置利用封堵方法沒有完全堵住，全部破除后并再次利用封堵方法封堵成本過高、風險過大，為此考慮用疏水方法進行處理。由于基底絕大部分都已封閉，只是局部加深位置底部有涌水和裂隙水，可考慮利用盲溝將該部分水疏走，施工步驟如下。

1）對于有涌水的加深坑，由人工用電鎬再整體向下破除10cm。

2）涌水點部位向緊鄰建筑主體外的方向破除出一個寬30cm、深15cm左右的溝槽（由于原來整體超挖40cm，還剩余15cm左右混凝土未破除）。

3）在緊鄰要處理部位的建筑主體結構之外挖1個小型集水井，立即下鋼護筒，底部用砂袋壓實后用大功率污水泵抽水。

4）將加深坑與小型集水井拉通，迅速放入2～3根纏繞有土工布的花管（花管直徑8cm）后用砂袋回填，將加深坑涌水引入集水井。

5）在開槽的位置鋪模板，在基底鋪上φ8＠200單層雙向鋼筋后再澆筑10cmC30混凝土墊層。

6）待墊層達到75%強度后，集水井停止抽水，抽出鋼護筒后用砂袋填埋。

按該方法處理后，原涌水的加深坑未出下滲水，可進行后續施工。

4 實施效果

該工程通過降、堵、疏綜合治水施工方法的成功運用，對地下水進行有效降、堵、疏，使工程得以順利實施，也很好地降低了工程成本。同時，通過對周邊環境的嚴密監測和預警，發現變形均在規范規定的允許范圍之內。

5 結語

在土層高滲透、地下水高水位且無限補給的水文地質條件下，單純采用降水或止水有時難以達到治水的目的，同時建設成本可能很高；通過有效運用降、堵、疏綜合治水施工，能以較小的代價解決較大的問題。