复杂地质情况下深基坑地下水的处理实例

杞 郧，吴 健

(中国华西企业股份有限公司第十二建筑工程公司,四川成都610081)

在实际工程施工中，尤其在复杂的地质情况下，地下水及基坑护壁渗水如果处理不好，不仅影响深基础的施工进度，严重时可能造成基坑的垮塌、人员伤亡，是施工中不可忽视和回避的重大问题。现结合绵阳凯德广场地下工程为实例，介绍在复杂地质情况下深基坑地下水的处理方法。

1 工程概况

凯德广场·涪城二期位于绵阳市会仙路，基坑南侧为凯德广场·涪城一期，东侧为新益州大厦，西侧为家属区，北侧为会仙路，紧邻绵阳市安昌河。基坑安全等级为Ⅰ级，地质构造复杂，在自然地表5.0m以下见较多漂石，漂石含量占卵石的20 %，最大单块漂石的体积约40m3；在-15.0标高以下有胶结层，胶结层含量约占土方工程量的25 %；通过安昌河补给地下水，基坑底部地下水极其丰富；施工难度在绵阳地区是最大的，技术含量也是最高的。开挖基坑场地地形平坦、开阔，交通便捷。建设单位拟建物为1栋6层地上商业中心，原设计地下室3层，±0.00=458. 05m(吴淞高程系)，基坑开挖标高-16.35m,地面标高-0.8m,冠梁标高-1.8m。该工程由中冶成都勘察研究总院有限公司(原地勘单位)于2011年1月勘察，2011年7月进行基坑支护设计与施工，项目部进场时基坑已大面积开挖至基底标高。后建设单位(绵阳凯德商用置业有限公司)拟加设地下室至-4层，±0.00=456.30m(85高程系)，现有±0.00=456.30m与原有的±0.00=458.05m换算一致，筏板顶标高为-19.50m，筏板厚度约1.0m，基坑开挖标高-20.5(现有高程435.80m)，南侧位置基坑深度筏板厚度1.5m，基坑开挖高程-21.0m(435.30m)/电梯井位置开挖高程-22.00m(434.30m)。由于基坑开挖的绝对深度为原勘察深度已无法满足地基基础设计、施工及基坑工程设计、施工的要求，受业主委托，由四川科建地基基础工程有限公司承担该工程的补充勘察工作。该工程由北京雅思迈建筑咨询有限公司设计，总建筑面积约80 000m2，基础形式采用独立柱基或筏板基础。

2 工程地质情况

2.1 工程地质条件

地下3层以上基坑土石方已完成，地下4层土层如下：松散卵石、密实卵石、胶结力较弱的砾石，在基坑西侧存在强风化的泥岩，面积为基坑的一半，给工程施工带来很大难度。

2.2 水文地质条件

地下水位：上部的粉土、细砂层和下部的基岩层透水性较弱，属弱透水层；卵石层富水性和透水性均较好，属强透水层。地下水类型为第四系孔隙潜水，砂层和卵石层为主要含水层，地下水非常丰富，且存在不透水层，给本工程增加降水难度。地下水静止水位埋深约为-5.00m左右，地下水年变化幅度为2.00m左右，历年最高水位-2.50m。根据《岩土工程地下水渗透、地下水处理难点系数说明》，地下水位为- 4.00m，地下水渗透系数K=25m/d，如果地下水位降到-22.0m，基坑总涌水量16 000m3/d。场地环境类型为Ⅱ类。

3 地下水处理难点

结合工程实际情况，并借鉴以往的基坑排水施工的经验教训，项目部充分认识到本工程地下室排水施工的难度，其主要表现为：

(1)本工程地下室场地极其狭窄，无空间在地下室结构外排水，因此保证地下室结构安全是本方案需要考虑的重点。①基坑侧壁渗水、涌水严重，侧壁涌水带走泥砂，造成地基沉降；②雨季来临基坑存在被浸泡、基坑侧壁有变形失稳的隐患；③根据中冶成勘提供的基坑支护设计施工组织设计方案，B3层以上的临时基坑支护有效期为1年(支护体系于2012年10月形成)，2013年10月将达到设计使用有效期。

(2)通过水量测算，基坑护壁面及基底面上的渗水、泄水和涌水汇集流量极大，面广点多，需将此散乱的排水形成有效的排水系统，整个排水施工过程都是湿作业，加之基坑大部分基层都为强风化岩石层，因此进行人工剔凿时，工效极低，给施工质量及施工工期造成较大影响。

(3)本工程地下室4层，一般面达到约-20.5m，最大深度达约-22.0m, 紧邻建筑物多，地下室基坑侧壁承受的水压极大，施工期间需要有专人对护壁变形和基坑沉降作观测，保证施工期间的安全。

(4)地下室排水系统成形后，基坑护壁上及基底有大量地下水涌入基底四周封闭沟内，使基底内基岩中的水压增大，对底板平面的施工也会造成一定的影响。

4 基坑支护结构

收集原基坑工程安全评估报告，针对原有支护体系采取补强措施，本工程地下室B3层以上基坑支护结构工程已完成，根据设计支护方案：“利用原有锚拉桩支护体系+新增桩间预应力锚索+工字钢+网喷支护措施” 。

5 地下水处理措施

针对工程特殊的地质构造和丰富的地下水，采用单一的降排水措施难以将地下水控制在作业面下，必须采用降、止、排三种措施综合控制。

5.1 基坑周边布置降水管井进行抽水降水

管井降水是非常有效的一种降水方法。管井降水是指管在基坑周围每隔一定距离布设一个管井，每个管井内安装一台水泵。当管井同时抽取地下水时，使基坑范围内的地下水降低到基础底面一定距离，以达到在干燥状态下进行基础施工目的。管井降水因其具有井距大、多井点相互独立、降水设备和操作工艺简单、造价低等特点，广泛应用于各种深基坑工程中。

经计算，本工程共布置降水井基坑现有降水井36口。其中：在基坑四周自地面开始往下的降水井23口，井深度为27m，这23口降水井由B3层基坑支护单位完成，并连续降水，于2012年11月28日移交给项目部，后由项目部组织实施后续降水工作。另外13口降水井，在已完成的B3层基坑(-16.35m)面上往下打井，打井深度12.5m，降水管道采用φ80、壁厚0.5mm的焊接管，根据施工现场的实际状况，排水管道每隔4m左右法兰片连接。

由于本工程紧邻绵阳涪江、安昌河，地下水非常丰富，在实施B3～B4层加固基坑及基坑支护、土石方开挖阶段，除了基坑局部明排水，本工程已有的36口降水井同时投入使用作为井点降水，降水的持续时间以抗浮设计计算并经设计院同意。

5.2 基坑护壁排水施工

5.2.1基坑西南侧特殊部位水量较大的处理

经现场实地观察，基岩埋置深度较浅，在基岩上连砂石内有大量水涌出，基岩内不透水。基坑西南侧连砂石内涌水量非常大，涌水从基坑侧壁直接泄出排到基坑内，影响基坑内土方的开挖。对该部位，可将侧壁水收集集中排到附近的降水井内，再通过降水井往外抽排到室外排水管网。

在土方开挖过程中，开挖底面标高低于地下水位，基坑采用井点降水后，地下室水位仍高于基底标高，基坑的基底和护壁面都有大量地下水不断流入坑内，水流量极大，同时基坑护壁施工时，在护壁面上留有大量的泄水孔，对后期排水及防水施工造成一定难度。根据工程地质和地下水文情况以及现场实际情况，采取有效的水处理和排水施工方案，使基础施工和防水施工时达到无水状态，以保证工程质量和工程的顺利进行。在基坑单位井点系统降低地下水位的方案基础上，采用设暗沟、集水井排水相结合的处理施工方案。根据现场实际情况，地下室电梯基坑集水坑作为临时集水井设置。

5.2.2 对基坑护壁面的泄水孔处理

(1)人工将泄水孔部位剔凿一个50mm宽、50mm深的小洞。

(2)用φ50PVC冷水管和配套的PVC弯头沿侧壁面将泄水孔内的渗流水引入排水沟；因侧壁面需做防水找平层，考虑到抹灰厚度，如经测量基坑尺寸不能保证的，需将PVC冷水管埋设在基坑护壁内。施工方法为在每个泄水孔部位人工垂直剔凿1道50mm宽、40mm深的凹槽，将PVC管嵌入槽内，用塑料管卡固定，管卡间距300mm。

(3)泄水孔位置的PVC弯头安置好后，在弯头周围用速干型防水堵漏剂封堵，保证无地下水从PVC弯头外围渗出。泄水孔处理示意图如图1。

图1 护壁面泄水孔处理示意

5.2.3 地下室沿基坑排水沟的设置

(1)排水沟沿基坑规则布置，根据地下水的量大小，可每8～10m设置纵横方向的排水沟。排水沟引向集水井或电梯基坑内，沟体断面采用矩形，宽度为800mm，最浅度为设计基底标高以下500mm；地基为中风化岩石层，硬度较高，采用挖掘机和人工风镐机相结合的施工方法。

(2)将排水沟内杂质、松散土清理干净后，下铺密目钢丝网，然后满铺直径35～45mm卵石(人工级配)作为滤水石，卵石层表面铺放平整密实，卵石层上盖20mm厚钢板，钢板面标高比垫层标高低30mm,最后用C20S10细石商品混凝土接平基础垫层。

(3)考虑到地下水有杂质，杂质在排水沟的卵石缝隙处长期堆积，影响排水沟的过水率，因此沿排水沟通长布置一根φ100壁厚5mm的钢管作为排水管，每根接头相互焊接紧密，管壁上每间距50mm呈梅花状开不规则小孔作为进水孔，排水管顺排水沟接入集水井，在管口位置设增压法兰盘开关，以控制水量。由于地下水中长期伴有砂粒，为减少砂粒沉淀堵塞排水沟或水管，在钢管外再包裹三层密目钢丝网。

(4)停止降水后，为保证排水沟地基承载力，此时需要对地下室排水沟注浆封闭，因此在排水沟内通长范围内同时需要预埋一根φ48的钢管作为注浆管。因压力注浆需要预留排气孔，考虑预埋一根φ20PVC管作为出气管(采用M30水泥浆注浆，掺加水泥用量5 %的早强剂和8 %的膨胀剂)。注浆管示意如图2。

图2 地下室排水沟注浆管示意

排水沟布置示意如图3。

图3 排水沟坡面示意

(5)排水沟汇入集水井部位用φ200壁厚5mm的钢管将水引入集水井，钢管出水口处加增压法兰盘。预埋好铁管后，用C20S10细石商品混凝土将此段排水沟封闭。排水沟汇入集水井部位示意如图4。

图4 排水沟汇入集水井部位示意

5.2.4 基坑内高差部位阴角排水沟设置

考虑到周边排水沟封闭后，以及后期护壁面防水施工后，侧面的水压增大，从而基坑底面的水压增大，造成基坑底面的涌水增多，对后期的施工进度、质量、安全也会带来较大的影响。现考虑在基坑底板内高差部位的阴角处人工剔凿一道 100mm宽、150mm深的排水沟，将排水沟内杂质、松散土清理干净后，下铺密目钢丝网，然后满铺直径35～45mm碎石(人工级配)作为滤水石。碎石层表面铺放平整密实，碎石层上用3mm厚镀锌钢板加工制作一道R=500mm的隔离层，排水沟内埋φ50、壁厚5mm的钢管作为过水管，钢管上间隔50mm钻呈梅花状不规则的孔径10mm小孔作进水孔，同时包裹两层密目钢丝网。示意如图5。

图5 高差部位排水沟剖面示意

5.2.5 电梯基坑、集水井设置

在每个电梯基坑和集水坑基底设置集水井。集水井尺寸为净空长2 000mm、宽2 000mm、深2 000mm(比设计基底标高深2 000mm)。因基础处于风化岩石层，因此考虑对临时集水井四面边坡M7.5水泥砂浆砌筑MU15砖胎膜围护，宽度为240mm。为避免干抽损坏抽水泵，从而影响排水，在每个集水井坑底人工剔凿长1 000mm、宽1 000mm、深500mm的凹坑。临时集水井内杂质、松散土清理干净后，下铺密目钢丝网，再铺设300mm厚卵石层(人工级配)，以防止杂质和泥浆堵塞水泵。预埋3根直径300mm、长800mm的预制钢筋混凝土降水管至集水井，水泵吸水管放入降水管中，用水泵将集水井内的水抽至基坑外现场沉淀池，再排至市政管网，严禁排除的水回流至基坑内。集水井布置示意如图6。

图6 临时集水井剖面示意

考虑到停止降水前，为保证集水井的正常工作及后期对抽水设备的维护检修，需在地下室底板上留出预留洞口，待断水后用C45·P10膨胀细石混凝土浇筑。预留洞口大小为2 600mm×2 600mm。筏板浇筑时模板支撑体系平面如图7。

图7 临时集水井预留口模板支撑体系平面示意

5.2.6 集水井设备准备

根据现场实际情况及单井出水量大小，每个集水井配备2台(备用一台)多级电动式离心清水泵，型号为50LG24-20，功率11kW，流量22m3/h，扬程80m，出口管径为100mm，全天候24h不停地抽水至停止降水后再停止工作，同时每个集水井在库房备用1台水泵。考虑到地下室排水周期长，水泵易出现故障，从而影响排水系统正常工作，因此对地下室临时集水井的水泵需按期检查，如有故障及时更换新的水泵。

断水后集水井的处理：集水井断水后，将集水井内的杂质清理干净，用C45S10膨胀商品混凝土浇筑填实；水泵抽出的水通过一根φ150mm壁厚5mm的钢管抽出基坑以外(基顶标高为相对标高-0.70m)，钢管为6m一根，接头处用法兰盘连接。

6 结束语

针对本工程采用的管井排水、基底排水暗沟明排二种降排水措施，在实际实施过程中效果非常好。本基坑从2012年9月土方开挖，至2014年6月基坑土方回填完毕，时间跨度长，期间经历2次雨季，地下水却得到很好控制。经项目部每日观察和第三方沉降监测，该工程基坑按支护结构设计方案布置监测点，基坑四周2倍深度范围内存在已建道路和已建房屋，散水地坪、外墙踢脚线下墙体装饰、周边地面、地下室外墙匀无明显开裂、局部塌陷异常现象，基坑开挖及支护现状对周边环境影响不显著。主体位移和沉降开裂均处于受控和允许规范中，保证了基坑的施工安全和进度，为以后类似工程提供第一手资料和参考。

[1]JGJ79-2002建筑地基处理技术规范[S]

[2]DB51/T5026-2001成都地区建筑地基基础设计规范[S]

[3]JGJ120-99建筑基坑支护技术规程[S]

[4]GB50202-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范[S]