复杂水文地质条件下基坑降水应用研究

复杂水文地质条件下基坑降水应用研究

廖昌 韩照梁

中国安能集团第三工程局有限公司 四川成都 611130

摘要：深基坑工程复杂性毋庸置疑，主要体现在它具有很强的区域特征，在不同的地质条件下基坑工程存在很大的差异。在地下水丰富地区，基坑施工需进行降水，基坑降水为施工提供干燥环境，增强土体的强度，但过度降水会引起周围地面沉降影响环境，改变水土压力甚至影响基坑稳定。本文以某具体项目为例，分析研究复杂水文地质条件下基坑降水应用。

关键词：复杂水文地质条件；基坑降水；应用

引言

地下水有两种不同的埋藏类型，即埋藏在第一个稳定隔水层之上的潜水和埋藏在上下两个稳定隔水层之间的承压水。在富水承压地质条件下的基坑工程施工中，承压水对基坑的安全性与稳定性有极大的影响，当基坑下有承压含水层时，随着开挖深度的不断增加，承压水层上覆土的厚度不断减少，当减少到一定程度时，顶部覆土压力不足以平衡水头压力，承压水会顶裂或冲毁基坑底板，造成基坑突涌。突涌后大量水和砂涌入基坑，引发边坡失稳、围护结构变形破坏、周围地面塌陷、道路管线损坏、房屋歪斜、坍塌等一系列严重的安全事故。

1项目概述

工程基坑四周地下结构外墙距用地红线约5～5.5m，施工空间较为紧张，向下设置3层地下室，基坑开挖深度为15.4～16.3m。地下室外墙与各侧用地红线间距离为7.5~10.0m。从地质水文条件来看，工程所在区域土壤主要由素填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂、粉细砂、含砾中粗砂几种组成，其中素填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土位于1层和2层，为潜水含水层，地下水位埋深为0.3~0.6m，相应标高为6.46~7.00m，年变幅为0.5~1.0m。而粉砂、粉细砂、含砾中粗砂则为承压水层，弱承压水水位相应标高4.53~4.57m，补给主要来自长江水。

2资料收集与现场勘查

基坑降水工程的设计需要以详细的深基坑工程相关施工信息数据为基础，因此，本项目设计阶段对施工现场测量参数、轮廓、管线分布情况以及工程轴线、外墙线、边坡开挖线、基坑开挖深度、排水位置、周边建筑物基础等数据参数及建设要求进行了现场勘查与资料收集整理，并通过对比分析得出相关参数，最后据此对基坑降水施工的各项影响因素进行了全面考虑。

3基坑降水应用

3.1施工流程

本工程基坑降水施工规模相对较小，但施工流程同样比较复杂，本文选取测量定位等关键环节对施工技术要点展开分析。

3.2测量定位

在正式施工之前，施工人员需要根据设计图纸确定降水井的具体位置，并在井位测放完毕后做好明显标记，如布设井点处存在障碍物，则还要提前将障碍物清除或与甲方进行沟通，如障碍物无法清除则应适当调整井位，之后再进行护口管的埋设。护口管埋设需要注意控制好护口管内径与顶部高度，本工程中护口管设计内径800mm，护口管顶部与地面间距离的设计要求则为0.10～0.30m，埋设过程中需要将护口管底口应插入原状土层中，并用黏性土或草辫子在外部进行密封，以避免管外返浆。

3.3不同地层开挖方式

首先是粉质黏土夹砂卵石层开挖。对于粉质黏土层夹砂卵石层，由于粉质黏土层不适合修筑自卸车道路，选择自卸车道路修筑在砂卵石层层上，挖机可正铲或反铲开挖进行装车，前期由于降水的影响，自卸车只能位于挖机后方，挖机倒退的方式开挖上料。降水完成后最优方式是自卸车在挖机前方，挖机反铲开挖上料。其次是粉质黏土层开挖。粉质黏土层较厚且不适合修筑道路，所以此区域开挖将一个断面5m~7m高度整体开挖，挖机先修筑一个3m左右高台阶，对于台阶和后侧的土进行同时向后退方向开挖，自卸车道路位于底部的砂卵石层上。

3.4基坑底板抗突涌稳定性的测算

基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力，即Σh·γs≥Fs·γw·H式中：h——基坑底至承压含水层顶板间各土层厚度，m；γs——基坑底至承压含水层顶板间的各层土厚度加权平均重度，kN/m3；H——承压水位高于承压含水层顶板的高度，m；γw——水的重度，取10kN/m3；Fs——安全系数，取1.05。经降水试验以及抗突涌计算结果，基坑开挖至距标准段基底3.4m左右时达到基底突涌临界点，需适时开启坑内承压备用井。

3.5不同止水帷幕插入深度下降水对坑外地表沉降的影响

在经校正的模型基础之上，根据止水帷幕插入承压含水层深度的不同对基坑降水对坑外地表沉降的影响进行预测分析。在保证土体参数、边界条件、接触属性、预定义场等其他条件不变的情况下，仅改变止水帷幕的深度来模拟不同工况下基坑降水对周围环境的影响范围，基坑降水引起坑外地表沉降总体呈“近大远小”的漏斗状趋势，距基坑距离越近时沉降值越大，随距基坑距离增加，地表沉降值减小，在距离超过一定值时地表沉降趋于稳定，将坑外地表沉降稳定时对应距基坑的距离称为降水的“影响范围”。当止水帷幕完全隔断承压含水层时，坑外地表沉降值降低的速率明显高于其余止水帷幕插入深度情况，随着止水帷幕插入深度的减小，坑外地表沉降值降低速率逐渐减小，不设置止水帷幕时最小。降水的影响范围随止水帷幕插入深度的增大而不断减小，当止水帷幕完全隔断承压含水层时其影响范围在100m以内，而不设置止水帷幕时的影响范围超过300m。止水帷幕插入比不足1/2时，坑外最大沉降24.6mm;止水帷幕插入比达到3/4时，坑外最大沉降10.7mm。

3.6洗井排水

降水井成井后施工人员需要将护筒管拔出，换上空压机进行洗井，洗井主要是对滤管进行清洗，清洗时应按照从上到下的顺序进行，并保证井内水位淹没洗井头，如因特殊情况无法淹没井头，则要加水冲洗，为清除孔壁上的泥浆以及管底沉淤，还要采用空压机进行清理，待洗井水清澈不含砂后停止清洗，开始排水工作。降水井排水前为保证降水井抽水效果，还需先进行试抽水，试抽水主要是将抽水泵下入到降水井之中，连接配电箱、布设排水管道等配件全部安装完毕并检查好安装效果后，开始试抽，如试抽成功，则可直接投入使用，否则应查明原因并进行调试处理。洗井及降水运行时，需要将排出的水通过三级沉淀池排入场外市政管道中，钻孔泥浆则要排至泥浆池内后进行外运处理。

结语

总之，随着地下工程及高层建筑工程的建设规模不断扩大，深基坑降水施工虽然已经十分普遍，但要想保证基坑降水工程的施工质量，仍需要结合实际施工情况及建设要求进行合理的降水设计，并把握好清孔换浆、安放井管等环节的施工技术要点。在降水之前通过进行试抽水得到水文地质参数的方法，试抽水工作量大、得到的参数仍不准确，影响工期。在工作区建立统一的地下水渗流数值计算模型之后，先按初定的水文地质参数，进行降水方案设计，进行群井试抽水，采用反演得出的相对准确的水文地质参数重新优化降水方案，能够达到明显的降水效果。

参考文献

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