地鐵基坑工程地下水問題及其處理對策

徐旭

中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司 浙江 寧波 315021

引言

在地鐵基坑工程的施工中，特別是含水地層的施工建設(shè)，由于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的止水設(shè)施的破壞，造成了水和砂粒的相互交融而滲透到基坑內(nèi)。此類現(xiàn)象一般發(fā)生于軟土地質(zhì)條件下，其主要特征為：土層含水量高，滲透系數(shù)低；土體孔隙度大，壓縮性強；土質(zhì)條件較差，易風(fēng)化或軟化等。這種情況下，極易引起周圍區(qū)域的水土流失，進(jìn)而降低支護(hù)效果，甚至出現(xiàn)空穴或塌陷問題。以上問題不僅對圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性有負(fù)面影響，同時也對周圍的道路，管線及建筑物，構(gòu)筑物都有一定的影響，所以要加強地下水的有效治理[1]。

1 降水技術(shù)在地鐵基坑工程中應(yīng)用的必要性

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，車輛不斷增多，道路擁堵現(xiàn)象時有發(fā)生，借助地鐵交通來緩減城市交通壓力就顯得十分重要，越來越多的城市開展了地鐵工程建設(shè)。地鐵工程建設(shè)具有投資大，工期長，周圍建筑物多和地質(zhì)條件復(fù)雜的特點，其中地下水對地鐵工程的影響尤其明顯，合理的地下水防治和處理措施是保證地鐵工程建設(shè)的重要前提。深基坑開挖后，需要對基坑支護(hù)進(jìn)行加固，以保證基坑的穩(wěn)定和安全，同時還要做好基坑的降水施工工作。地下水作為地鐵施工過程中一個非常重要的因素，會影響到周圍建筑物和其他管線的安全，而一旦發(fā)生了問題，將會給人們的生活帶來很多不便，尤其是對于一些建筑來說，如果處理不當(dāng)會導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故發(fā)生。因此，在當(dāng)前地鐵深基坑降水的施工過程中要注意如下問題：地鐵基坑在建設(shè)之前需要對地下水進(jìn)行勘察，了解基坑周邊地下水的分布規(guī)律，以便為以后的施工方案設(shè)計提供有關(guān)資料與數(shù)據(jù)支持。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件及施工條件制定合理可行的施工設(shè)計方案。而且方案編制好之后，還要由有關(guān)專業(yè)人員進(jìn)行審查，審查通過之后才可以進(jìn)行建設(shè)。在基坑開挖過程中，為了確保基坑施工安全，必須要加強支護(hù)結(jié)構(gòu)和防水帷幕等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工工作，并且還要做好圍護(hù)結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)工作。在對深基坑進(jìn)行開挖時，一定要考慮到降水的有效性，只有這樣才能夠確?；拥恼Ｊ褂?，同時也可以減少因為降水而造成的損失。在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求執(zhí)行，并采取一定的技術(shù)控制措施，保障整個工程的順利進(jìn)行。另外，還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況，及時調(diào)整施工工藝，以達(dá)到預(yù)期效果。在施工過程中要注意保護(hù)好周邊的環(huán)境，采取必要的防護(hù)措施，減少對周圍地表水的污染；在基坑降水施工過程中，要加強對其進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，同時也需要相關(guān)的監(jiān)測人員和管理人員的配合，綜合考慮各方面因素影響并采取有效應(yīng)急預(yù)案，備齊相關(guān)經(jīng)費及材料，以減少基坑施工安全風(fēng)險。

2 地下水對基坑工程的影響

2.1 側(cè)壁流土

當(dāng)粉土和粉砂層靠近基坑側(cè)壁或者基坑底部，無帷幕且帷幕深度不符合滲流穩(wěn)定的要求或者帷幕存在漏點的情況下，就會產(chǎn)生流土和流沙。一級階地上砂性土層為過渡層土（包括粉土和粉砂層），由于受地下水的影響，過渡層土具有較大的垂向滲透系數(shù)，在抽降層位處一般會形成黏性土，使過渡層的承壓性差，易發(fā)生滲水問題。滲流破壞是造成這種現(xiàn)象的主要原因之一，也是誘發(fā)各種災(zāi)害和惡性事故的重要因素。流土和流沙對基坑邊坡及鄰近的淺基礎(chǔ)建筑影響較大，一般情況下，其破均力會增加幾個數(shù)量級以上，甚至達(dá)到1～2個數(shù)量級，從而引起上部土層的沉降，造成地基破壞。當(dāng)?shù)叵滤簧仙揭欢ǜ叨纫院螅謺霈F(xiàn)大面積的地面沉陷現(xiàn)象，甚至引起房屋倒塌等重大工程事故。因此，必須采取有效措施防止此類災(zāi)害發(fā)生。此外，在粉土和粉砂層上修建錨桿，若錨孔孔壁防護(hù)措施無法保護(hù)砂層內(nèi)承壓水的安全，致使承壓水沿著錨孔進(jìn)入基坑內(nèi)，形成流土和流沙現(xiàn)象，會造成周圍建筑物沉陷嚴(yán)重[2]。

2.2 老黏性土遇水軟化

高階地老黏土分布區(qū)域，上部人工填土中上層滯水，城市供排水管網(wǎng)泄水及各類管溝合流地表雨水等，均可以直接對老黏性土進(jìn)行浸水和滲透。老黏性土是指已經(jīng)發(fā)生了變形和強度降低現(xiàn)象的黏性土，它是一種典型的超固結(jié)土，具有天然埋藏時間長、固結(jié)壓力大等特點。如果長期受地下水浸潤及凍脹作用影響，表層土體容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷，如土拱效應(yīng)，微裂縫發(fā)育等現(xiàn)象，這些均為誘發(fā)基坑邊坡失穩(wěn)的主要因素，在這種情況下，容易形成卸荷裂隙和干縮裂隙等。老黏性土層的存在將加劇支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向應(yīng)力集中和干縮現(xiàn)象，同時也是形成豎向裂隙的主要原因之一。裂隙的擴展與貫通會引起老黏土變形破壞，使土壓力增大，甚至危及支護(hù)結(jié)構(gòu)安全。如果防護(hù)不到位，使水浸沒，土體強度會急劇降低，易出現(xiàn)崩塌，邊坡失穩(wěn)。

2.3 潛水影響

如果工程下潛水位埋深在4.5～5.6m之間，基坑開挖深度約10m，即使坑外未降水也會導(dǎo)致坑內(nèi)水頭過高，很容易出現(xiàn)管涌，流沙和坑壁土體坍塌等多種危害。高水位對圍護(hù)結(jié)構(gòu)有很大影響，特別是在高水位差較小的情況下容易引起基坑底滲過大。若將水自坑中抽出，將使坑四周地面產(chǎn)生不均勻沉降。因此，在施工過程中必須采取必要的防水措施對深大工程進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)問題時，還需及時采取相應(yīng)的補救性處理措施。

2.4 裂隙水的影響

當(dāng)工程第三系屬紅砂巖時，該材料屬較不透水層，而挖進(jìn)紅色砂巖層時，呈蘑菇狀滲流。隨著開挖深度的增加，出水量也隨之增大，當(dāng)出水量達(dá)到一定程度時，就會導(dǎo)致紅砂巖發(fā)生裂縫水。當(dāng)含水地層與含水層之間存在水力聯(lián)系時，就可能發(fā)生滲透破壞。紅砂巖地層中的水泥層易發(fā)生坍塌泥化現(xiàn)象，使水物性變差，若未進(jìn)行水處理，坑內(nèi)砂層將成為混濁狀態(tài)而影響開挖及底板的澆筑。因此，對這一區(qū)域進(jìn)行防滲是十分重要的[3]。

3 地鐵基坑工程地下水處理措施

3.1 地下水處理的思路

地下水給基坑工程施工帶來了嚴(yán)重的影響，需要采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行治理?；又車叵滤贿^高是導(dǎo)致支護(hù)體系失穩(wěn)破壞的主要原因之一。因此，需采取有效措施來降低地下水位。止水主要是通過降水和設(shè)置止水帷幕來防止地下水進(jìn)入坑體內(nèi)形成新的坑，從而達(dá)到控制整個坑深度的目的。針對降水而言，地面及側(cè)面均能較好地防水，確保坑底作業(yè)穩(wěn)定，降低支撐結(jié)構(gòu)受到側(cè)面土體壓力。為了確?；咏Y(jié)構(gòu)底板混凝土澆筑質(zhì)量，基坑開挖完成后，需放空基坑積水，并治理地下紅砂巖裂縫水。

3.2 地下水處理

3.2.1 止水處理。建筑物在施工過程中經(jīng)常會受到地下水水位變化的影響而產(chǎn)生不同程度的變形。因此為了保證整個工程能夠安全順利地進(jìn)行，必須采取科學(xué)有效的措施來提高施工質(zhì)量和效率。復(fù)合土釘墻這種新型的支護(hù)模式能夠滿足工程的變形要求，且對周圍環(huán)境影響小，因此被廣泛應(yīng)用于基坑中。采用樁錨支護(hù)可以有效地控制周圍土體變形，但在一些復(fù)雜情況下，如基坑開挖深度較大時，特別是在高層建筑和地下管線密集地區(qū)，采用傳統(tǒng)的樁錨支護(hù)很難滿足要求。目前常用的是地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐方式對周圍地層進(jìn)行加固，但由于鋼筋混凝土本身強度低，使得地下連續(xù)墻的整體性差，不能起到很好的防滲和截水作用。因此，最好采用鋼筋混凝土+地下連續(xù)墻組合形式作為主要的支護(hù)結(jié)構(gòu)，并設(shè)置止水帷幕。

3.2.2 排水處理?；娱_挖時，地下水位之上的土層可直接挖除，無須處理，地下水位之下的土層則須排水。集水井是連接管道和市政管網(wǎng)的重要節(jié)點。集水井是一種新型支護(hù)結(jié)構(gòu)，具有成本低、工期短等優(yōu)點，它適用于各種地質(zhì)條件下基坑降水工程，尤其適合于砂卵石地層以及地下水豐富的地區(qū)基坑降水工程。在每個井中都有一個用鋼筋制成的鋼筋籠，里面放上一層稻草，起到過濾作用，然后在集水管道上安裝閥門，用于控制泵的出水量，當(dāng)需要抽水時，打開閥門即可，當(dāng)要排放地下水時，關(guān)閉閥門就可。

3.2.3 地下水處理效果。地鐵基坑工程地下水治理過程中采用鋼筋混凝土和連續(xù)墻聯(lián)合支護(hù)治理方式，能夠有效地達(dá)到支護(hù)，止水的效果。而作為一種新型結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻具有造價低、適用性強等優(yōu)點，能夠滿足各種不同環(huán)境條件下對基坑圍護(hù)設(shè)計要求，所以其應(yīng)用范圍越來越廣泛。地下連續(xù)墻的施工技術(shù)工藝則相對復(fù)雜，尤其是槽段接頭處容易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，因此需要對其進(jìn)行嚴(yán)格的控制和管理，并根據(jù)實際情況合理地安排工程施工工序，加強施工質(zhì)量管控，提高成墻質(zhì)量。坑外管井施工過程中，由于周圍有較深的卵石層，使得施工難度加大，為了降低施工成本，提高施工質(zhì)量，可以采用降低地下水位的措施，減少或避免施工對周圍卵石層造成破壞，同時采用集水明排方式，減輕地鐵基坑積水嚴(yán)重的情況，利于開挖作業(yè)順利實施[4]。

4 施工問題及反思

4.1 施工問題處理

由前文分析可知，連續(xù)墻墻角漏水發(fā)生于施工過程中，針對這種情況，可采用雙液注漿技術(shù)對漏水處進(jìn)行處理。雙液注漿具有很好的堵漏作用，其原理是利用堵漏鋼管將鋼管與墻角之間的縫隙封堵住，然后再灌注混凝土砂漿材料進(jìn)行回填。帷幕與漏水通道之間采用水泥漿或水玻璃混合液密封，在漏水通道內(nèi)注入水泥漿或者水玻璃混合液，能夠?qū)β┧ǖ喇a(chǎn)生良好的隔水作用。同時，要對整個灌漿過程采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)有漏水情況及時報警并停止灌注。采用該導(dǎo)水管配合鋼板堵漏的方法對滲漏點進(jìn)行治理，效果顯著，保證了基坑的竣工和順利掘進(jìn)。

4.2 思考及建議

基坑工程是建筑工程施工過程中重要組成部分之一，也是整個建筑工程質(zhì)量最直接體現(xiàn)。對于深基坑來說，由于受到周圍地質(zhì)條件等多種因素制約，會存在一定程度上的安全隱患。當(dāng)險情出現(xiàn)后，需要在較短的時間內(nèi)配置人力和物力，迅速對險情進(jìn)行管控。為了有效應(yīng)對基坑工程滲漏問題，防范至關(guān)重要，需要建立完善突發(fā)險情處置機制、強化預(yù)案演練、充分做好應(yīng)急物資準(zhǔn)備等。地下水滲漏主要是由于連續(xù)墻及接縫處的連續(xù)窩泥和墻夾泥引起的滲漏，接縫處產(chǎn)生的裂縫也是造成接縫滲水和漏水程度加重的重要原因之一。為了防止?jié)B漏，一般都會設(shè)置止水帷幕。在開挖施工中，應(yīng)遵循快挖快撐，時空效應(yīng)等原則，對維護(hù)結(jié)構(gòu)的變形應(yīng)加以控制[5]。

5 結(jié)束語

總而言之，地鐵對人們的生活有著重要作用，極大的便利了人們的出行。所以必須重視地鐵工程項目的建設(shè)，進(jìn)行有效的安全組織管理。其中最重要的一項就是地鐵基坑工程地下水治理，只有做好這一點才能保證基坑的穩(wěn)定性。因此，必須重視并加強對于基坑降水排水設(shè)計與施工技術(shù)等方面的研究工作。同時，在整個工程實施期間要加強對各工序的有效控制，確保每道工序均處于受控狀態(tài)下才能保證整體工程質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)定要求。同時，在基坑開挖過程中，還應(yīng)加強對連續(xù)墻的養(yǎng)護(hù)工作，對工程施工中的細(xì)微之處加以注意，防止出現(xiàn)漏水情況，這對整個工程建設(shè)來說都具有十分重大的意義，只有這樣，才能更好地促進(jìn)我國城市軌道交通項目發(fā)展進(jìn)步。