深基坑管涌治理技術研究與應用

圣學紅，謝心謙，趙亞鵬，郭盼慧

中天建設集團有限公司，北京 101113

1 工程概況

（1）總體概況。新光大02地塊項目由1棟超高層塔樓、裙房及地下室組成，建筑高度為190m。塔樓為樁筏基礎，建筑±0.000標高相對于絕對標高25.300m。基礎埋深主樓為22m，核心筒最深基坑為27.1m。項目處于溫榆河沖洪積扇中下部，北運河水系溫榆河泛區，離河最近距離約100m。基坑安全等級為一級，對周邊環隧周邊50m范圍構筑物沉降值不得大于30mm，對地鐵R1線周邊50m范圍構筑物沉降值不得大于20mm。周邊環境復雜，場地南側為預留地鐵R1線深埋隧道，東、西、北三側環繞的地下交通隧道均已完成；場地東側位置為兩條地鐵線路的交匯點。

（2）水文地質條件。根據勘察報告可知，場區淺層地下水為第四系松散層孔隙潛水，場地穩定水位埋深為10～17m，穩定水位高程為5.72～8.30m，該層水主要賦存于③層細砂含圓礫、④層細中砂、⑤層細中砂內，⑤-1和⑥層為黏性土隔水層。場地外圍的護坡樁和止水帷幕埋深30.1m，進入⑤-1層深度1m，絕對高程-5.5m，基礎筏板低，距樁底高差為3.8m。

2 深基坑管涌治理

2.1 技術背景

（1）場地外圍全部做了護坡樁和止水帷幕，埋深30.1m進入⑤-1層（基坑以下存在2個承壓水層，分別為⑤-1層和⑥層）。（2）核心筒內外有兩圈疏干井共計42口，井內水位在絕對高程-4m，且每口井內有泵在正常抽水，水位處于最低位，基本沒有積水。（3）核心筒內有3口鋼管井，核心筒內集水坑及電梯井位置按實際要求已經挖土至絕對標高-1.5m位置，發現原有積水越來越多，甚至有涌水及涌砂情況出現。

2.2 原因分析

管涌的誘發因素主要有基坑開挖深、地下水位高、地下連續墻深及降水等。管涌發生后有一定的跡象可尋，主要從基坑最后一層土方開挖出現狀況，在核心筒集水井和電梯井深坑開挖過程中出現滲水現象，在接近坑底時出現較嚴重的管涌問題。經大量現場勘察和研討，最終確認基坑涌水主要由以下三個原因導致：（1）施工過程中，核心筒內3口鋼管井打穿⑤-1層，導致下部承壓水上涌；（2）經專家及相關資深技術人員現場勘察推算⑤-1層上層土面到集水坑底土面距離1.9m（報告中釬探點剖面為12m，地質不均勻），根據計算不滿足基坑抗滲流穩定要求；（3）核心筒集水坑、電梯井等局部開挖較深，前期只在場區外圍做止水帷幕而核心筒周圍未單獨做止水帷幕。

2.3 方案設計

地質不同，管涌程度不同，因而主要的處理方案有降水減壓、濾水圍井、注漿、濾水壓重、旋噴樁或攪拌樁止水。降水減壓在涌水量相對較小時效果顯著；注漿法在地下水豐富時可能會出現漿液注入后還未凝固就被稀釋沖散現象，很難達到止水效果；當管涌嚴重，涌水、涌砂量大的情況下，可采用濾水壓重的方法；高壓旋噴樁止水技術適用范圍比較廣泛，能夠根據不同的施工條件制訂出相應的技術方案且能和多種方法配合使用，效果更佳。

管涌發生后，要對涌水、涌砂量進行密切觀察分析，做好周邊環境監測。開始管涌程度較輕時，采用濾水圍井的方法進行抽排，經不斷發展管涌量不斷增大，帶出的砂泥不斷增多，故以排、截、堵、壓相結合的原則進行方案設計。首先回填核心筒壓住地下承壓水，然后在核心筒周圍打設高壓旋噴樁止水，樁底深入⑥層不小于2m，為隔斷地下水聯系，設置單排咬合旋噴帷幕樁，最后在集水坑和電梯井開挖較深部位采用旋噴樁進行封底。當前深基坑管涌問題主要出現在帷幕止水方面，采用核心筒周圍高壓旋噴樁止水比較合理，可與其他技術兼容進行聯合應用，發揮綜合治理的強大優勢。

2.4 方案實施

（1）施工準備。先對核心筒內集水坑部分采用砂石反濾圍井的方法保護管涌出口，防止涌砂影響基底以下土層，后進行連續抽水，確保工作面能正常施工。核心筒深基坑止水帷幕施工基坑深度為20.8～27m，地面平均標高為23.6m，測量內容主要包括平面定位及頂高程、土方回填及后期開挖的標高控制、疏干井的定位測量和高程測量。主要采用直角坐標法和全站儀極坐標法相結合的聯合測量法來控制。

（2）基坑回填。回填材料：管涌部位采用紅黏土球回填；大面采用現場原土回填，將管涌問題控制在一定范圍內。深基坑回填土步驟：首先回填馬道，然后回填承臺內，最后回填深坑內，在管涌點投放大量紅黏土球以減緩涌水量。

（3）增加降水井。為保證降水，降低基坑內部滲透壓力差，在管涌周邊核心筒內增設降水井，下無砂濾水管，管外包一層土工布一層鋼絲密目網，將表面積水抽排出基坑，同時加強水位和周邊環境監測。

（4）帷幕樁施工。對周邊環境進行監測，主要包括周邊建筑、基坑邊坡沉降和位移以及邊坡裂縫問題等，加大監測的頻率，提高數據的全面性，為實施措施提供參考。核心筒深基坑部位采用大直徑雙高壓旋噴樁，有效樁長17.1m，直徑為0.75m，咬合0.25m，即基坑內設置咬合旋噴樁止水帷幕有效隔斷承壓水層。主要施工步驟有施工準備（試樁、場地平整、樁位放樣、修建排污和灰漿拌制系統），鉆機就位，引孔鉆進，拔出巖芯管，插入注漿管，旋噴提升。施工工藝參數如表1所示。

表1 雙高壓旋噴樁設計參數

（5）封底樁施工。止水帷幕施工完畢后，及時對核心筒內3個集水坑位置進行高壓雙管旋噴混凝土樁封底，樁徑為1000mm，不咬合，“5×5”順序排列，圍繞每個涌水點設置4根咬合樁，每根6.3m，一般封底樁每根3m。其中，3個涌水點進行加深加固處理，樁體深入⑤-1層內1m處，樁頂與封底樁平齊。

3 坑中坑二次開挖

（1）土方開挖及降水流程。①挖土至設計標高墊層下400mm（考慮300mm濾料層）。②集水井四周采用3m鋼管、砂袋進行封堵，防止塌方。③深集水坑中做一個鋼管井至墊層下1m（花管，周邊回填濾料）。④墊層下300mm鋪細石，細石上鋪一層塑料薄膜。⑤澆筑墊層（比設計標高低100mm）。⑥磚胎膜砌磚、樁頭剔鑿。⑦如果斜坡上出現滲水問題，側面做濾料及盲溝。⑧按設計標高澆筑墊層。

（2）土方開挖及降水措施。在土方開挖到底部時及時采取砂袋護坡，并用連續鋼管打入砂袋內側做支撐，防止坑底塌方。施工開挖后發現有淺層滯留水滲出時，采取預埋盲管盲溝的方法進行抽排，保證土方一次性開挖到底。具體做法：在集水坑中間位置埋設2.5m長集水濾管，濾管采用鋼管制作，直徑為300mm，管頭距離坑底200mm，管壁外側用鋼絲密目網包裹，并進行不間斷抽水作業，使水位降至施工面以下，確保土方開挖順利進行，如圖1所示。

圖1 土方開挖及降水措施（單位：mm）

核心筒部位開挖深度為27.15m，為盡快達到降水效果，采用靜壓大直徑管井降水技術，在直徑300mm小管井外套直徑800mm大管徑鐵管壓入土層中直至筏板底墊層以下，挖土深度每挖1m，鐵管跟著下壓1m，挖至設計標高以下換填碎石濾料，澆筑混凝土墊層，同時土壁進行放坡并用鋼板樁支撐加固。

4 結束語

文章以新光大02地塊項目為案例，針對深基坑開挖過程中出現的管涌現象進行了研究，分析其原因及特性，制訂出了具有針對性的處置方案，經紅黏土球回填、帷幕樁施工、打設封底樁、靜壓大直徑管井降水等一系列技術，有效治理了管涌問題，保證深基坑二次開挖的順利實施，可為類似工程提供參考。