淺析深基坑淺層滯水原因及處理措施

高 琪

中鐵建設集團西北分公司 陜西 西安 710014

本工程地貌單元屬黃河沖積平原，區域地下水主要賦存于第四系松散沉積物之孔隙中，潛水和微承壓水間無良好的隔水層，水力聯系密切，主要補給來源是大氣降水滲入。降水滲入補排途徑短、垂直交替強烈，其運動特點分為就地補給就地排泄、間斷補給連續排泄這2種方式。而地質土層以粉土、黏性土為主，在垂直方向上含水層與相對隔水層交錯分布。在深基坑降排水及開挖過程中，在技術可行、經濟合理的指導原則下，既要考慮施工難易程度，確保降排水效果，又要滿足工期要求，同時節約工程費用。本文主要通過對某項目二期工程基坑開挖施工階段坑內淺層滯水原因進行分析，介紹采取的相應處理措施。

1 工程概況

1.1 工程總體概況

本工程項目占地面積為106 155.5 m2，建筑面積383 969.58 m2，由D區4棟樓與E區19棟樓，共計23棟高層住宅及附屬建筑組成（圖1）。

圖1 某項目二期工程鳥瞰圖

住宅樓主體部分設計為剪力墻結構，基礎部分設計為CFG樁＋筏板基礎，地下2層，地上最高25層；車庫設計為框架結構。本工程設計所用標高均為黃海絕對標高。擬建場地現狀標高為21.57～23.22 m，整平標高按22.23 m考慮，D區基底絕對高程為15.73 m，E區基底絕對高程為15.90 m。

D、E區地下結構均為主樓地下部分與地下車庫相互連通的整體式地下結構，地下結構基底占地面積分別為4 931.64、15 573.44 m2，基坑深度6.0 m，電梯井基坑局部深度7.5 m，集水坑基坑深度8.5 m?；舆吰轮ёo采用了5個支護剖面，分別包含了自然放坡噴漿支護、土釘墻支護、支護樁＋錨桿支護?；咏邓O計采用降水井及疏干井，管井成孔直徑設計為0.7 m，采用無砂混凝土濾水管，濾水管外徑設計為0.38 m，反濾層采用中粗砂。降水井沿基坑四周均勻設置，基坑降水井設計深度15 m，間距15 m，基坑內布置疏干井，疏干井設計深度15 m，設計間距25～30 m。

1.2 水文地質條件

本工程地形較平坦，高差小，地面標高最大值23.22 m，最小值21.57 m，地表相對高差1.65 m。建筑場地類別為Ⅲ類，屬基本穩定場地。

地貌單元屬黃河中下游沖積平原，場地地下水類型為第四系孔隙潛水，水位埋藏較深，地下水位在7.0～8.6 m，標高在14.50 m左右，水位變幅2.0～3.0 m，地下水位變化主要受降水、蒸發影響和控制。依據勘探資料，主要為第四紀全新世黃河沖淤積形成的松散地層，分別為巖性黏土、粉質黏土、粉土和粉細砂。影響基坑支護及降水深度范圍內主要地層可分為6層，自上而下分別為①粉質黏土夾黏土、②粉土、③粉質黏土、④粉土、⑤黏土夾粉質黏土、⑥粉土。

2 降排水現狀及滯水原因分析

2.1 降排水現狀

在基坑降排水以及上層土方開挖過程中，發現基坑內的降排水效果不佳，土層內含水量大，土方作業無法正常進行，具體現象及存在的問題如下：

1）開挖未至基底深度（開挖4～5 m）時，土體含水量大，近乎飽和狀態，靜置后有明水滲出。

2）土體中含水量大，地基承載力低，施工機械停滯時有沉陷，無法正常操作，渣土車無法行駛至開挖作業面。

3）稍有擾動，地表出現橡皮土，如任其發展，將產生大面積橡皮土，地基承載力達不到設計要求，不符合地基驗收規定，需進行地基處理，無論何種地基處理方案，所造成的施工難度、工期成本及費用均較大。

4）管井內滲水量小，不能連續排水作業，降水效果不明顯，地表潛水無法排出，不能滿足施工需求。

5）電梯井、塔吊基礎開挖時，由于土體含水量大，邊坡出現流砂、坍塌現象，無法保持邊坡穩定狀態，基坑難以開挖成形。

2.2 滯水原因分析

根據上述基坑降排水及基坑上層土方開挖時的現象和存在問題，對滯水原因以及降排水中存在的問題進行分析，具體如下：

1）勘察區域地下水屬于黃河沖積平原水文地質區，含水層巖性以粉細砂為主，土粒徑越小，結構越致密，滲透系數越?。▓D2），從水平方向上觀察，含水層為多舌狀及透鏡體狀分布；從垂直方向上觀察，含水層與相對隔水層交錯分布，富水性及徑流條件差。

圖2 土的分類與土粒粒徑

2）本工程因地表拆遷原因，降水井施工完成后暫停施工長達4個月，停工期間正值雨季，且現場未繼續進行降水作業，大氣降水對淺層地下水進行了充分補給，附近又無農田灌溉取水，造成短期內淺層土體內的潛水大量滯留。

3）地質土層現狀多為粉土、粉質黏土，顆粒細，質密，滲透系數小，透水性差（圖3），地下水位深度淺，水壓小，流動速度慢，而管井降水單位時間內排水量大，不能連續、不間斷降水。間斷降水停滯期間遠層地下水回流，對已抽水區域進行補給，造成地下水位回升。

圖3 現場基坑土質斷面

4）管井降水適用于粉土、砂土、碎石土、巖土，滲透系數＞1 m/d，涌水量較大的土層，適用范圍廣、降水效果好，但在黏性土層適用性較差（中間夾有黏土層，上部滯水滲流排出量較小），輻射范圍有限，降水效果不佳（圖4）。

圖4 地質土層狀況與降水效果分析圖

此外，CFG樁施工造成地下水系出現不同程度的破壞，一定程度上影響了地下水體的流動，也是形成局部滯水的原因之一。

3 處置措施及技術要點

通過對淺層滯水的成因進行分析以及對現場實際開挖情況進行仔細研判，同時，認真梳理各種降排水措施的優缺點和適用范圍，針對本工程不同區域、不同開挖深度，制定了多形式的降排水措施組合，分級降水，綜合處置的方法，具體的處置措施如下。

3.1 增設管井降水井點

由于本工程D、E區基坑面積較大，各區塊地質土層存在不同程度的差異，含水層呈舌狀分布，且與相對隔水層交錯分布，管井井點降水效果也存在較大差異。考慮到本項目特殊的地質情況，結合周邊環境、地下管線布置情況，以及原基坑降水設計情況，制定了在基坑內增設降水管井的方法，即在原有降水井點中間增設降水管井，使各井點的降水輻射范圍減小，實現整個基坑的降水輻射范圍全覆蓋，合理避免降水低效區。

新增管井井點的施工技術參數按照原設計執行，井點布設在原設計井點的中間位置，間距控制在15 m左右，避免距離太近，出現局部過度降水的情況。最終以管井井點降水為主的重力降水法，解決基坑內大面積、較深層的潛水問題（圖5）。

圖5 增設降水井后降水敷設范圍示意

3.2 集水明排

對于基坑開挖過程中以及開挖至基底后，土層中相對隔水層以上的潛水，降水管井單一降水方法效果不明顯，需要配合集水明排的降排水方法，在基坑開挖過程中以及基坑底部設置排水明溝進行重力排水。

集水明排降水法施工及設備均較為簡單，排水方便，適用于粗粒土層，也用于滲水量小的黏土層。當出現細砂和粉砂時，地下水滲出會帶走細粒，發生流砂現象，導致邊坡坍塌、坑底涌砂，可在溝內填充濾料設置過濾層，防止土粒流失。

坑內排水明溝網格狀布設，間距30～40 m，基坑周邊設置排水明溝。為保證基底土不擾動、不流失，可采用錯位施工邊挖邊填的施工方法，在排水明溝內及時滿填粒徑為10～30 mm的碎石作為濾水層，縱橫向排水明溝交叉點處設置集水井，井內安裝排水泵，用以及時排出地表及淺層滲出的明水，可視水量多少連續或間斷抽水，從而實現及時排水，保持基坑干燥（圖6）。

圖6 集水明排排水溝剖面示意

3.3 電梯井基坑局部二次降水

電梯井基坑、集水坑、塔吊基礎等基槽中的局部小基坑開挖面積不大，但相對分散，多呈點狀或線狀分布，局部降水深度與整體基槽降水深度存在1.5～2.5 m高差，需對局部區域進行小規模、深層次二次降水作業。

為實現小范圍深層次降水，滿足局部深度開挖的需求，同時保證邊坡安全穩定，不出現坍塌現象，可考慮利用輕型井點機具（可在基坑內操作，不會造成基底擾動），其具有簡單、使用靈活、裝拆方便、降水效果好、可防止流砂、提高邊坡穩定、費用較低等特點，適用于滲透系數為1×10－7～2×10－4cm/s（黏性土、粉土）的含上層滯水或淺水土層，降水深度可控制在6 m（地面以下）以內，可實施局部二次強制降水作業。

輕型井點管采用直徑40 mm的PE管，長度7.0 m，水平間距1.0～1.6 m，采用環向布置（圖7），對于位置和數量，現場可根據基坑面積進行適當調整，孔壁與井管之間濾料采用中粗砂填充密實、均勻，濾料上方使用黏土封堵，封堵深度不小于1.0 m，井管內真空度不應小于65 kPa。輕型井點鉆孔，下管完成后，需立即洗井抽水，防止淤堵，保證井點有效，出水正常。

圖7 連續分布基坑二次降水井點布置平面

3.4 施工技術要點

1）控制井點位置、間距及深度。合理控制新增降水井與既有降水井的位置和間距，盡量使各井點降水輻射面積均衡，充分發揮每一口降水井的降水效果，同時要與各單體、地下車庫的建筑結構圖紙相結合，避免井點位置處于基礎受力較大或與墻柱位置重疊處。

2）控制井點施工質量，保證降水效果。在已部分開挖的基坑中施工新增降水井，要注意做好鉆井前的準備工作，保證成孔質量，成孔后及時填充濾料，并應及時洗井，洗井應充分直至過濾器及濾料濾水暢通，并應抽水檢驗降水井的濾水效果。降水期間，井內出水含砂率不得高于0.01%。

3）采用自動啟停裝置，自動化控制，實現降排水連續作業。由于本工程所在區域地質土層特殊，粉土、粉質黏土滲透系數小，透水性差，管井井內抽水泵單位時間排水量大于井內滲水量，而現場降水井點又有數量多、分布廣的特點。通過在抽水泵上合理水位高度增設自動啟停裝置，進行自動化控制，實現了降排水的連續作業，同時大大降低了抽水設備損壞的概率。

4）監控監測?；咏蹬潘巴练介_挖期間，加強監控監測，實時關注降排水效果和進展以及觀測井內水位變化、地表土質含水量、周邊建筑物地下管線沉降等，并在出現異常時及時進行應急處置。

基坑降水必須在開挖至相應深度前，進行預降水，并在基坑開挖過程中，控制基坑內地下水在開挖面以下1.0 m，不得過度降水，最終開挖至坑底時，坑內降深在坑底0.5 m以下，降水井動水位控制在10 m（可根據現場實際情況調整）。

4 結語

本文論述了在淺層滯水處理以及基坑降排水施工中，通過增設降水管井、局部輕型井點二次降水，并結合坑內集水明排的綜合降排水方法，在短期內有效地解決了基坑內淺層滯水問題，實現了基坑土方的順利開挖，為實現春節前完成地基基礎施工提供了有利保證，為春節后主體結構施工提供了充足的工作面，便于節后組織作業班組、各工種施工人員進場，避免了用工荒的問題，進而保證了該項目總體進度計劃的實施。同時，該綜合降排水施工方法對本地區同類項目的施工也有一定的借鑒意義。