深厚軟基深基坑開挖降水減壓方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鄭漢濱　王松波

【摘要】廣東省潮州供水樞紐工程在深厚軟基深基坑開挖中采用“減壓井+局部封底”的降水減壓方案，并在開挖過(guò)程中，針對(duì)出現(xiàn)的險(xiǎn)情，采取擴(kuò)大封底范圍和施打鋼板樁等工程措施，確?；娱_挖的安全，保證工期，同時(shí)節(jié)省投資，效果顯著，對(duì)類似軟基工程項(xiàng)目深基坑開挖有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】 軟基；深基坑；減壓；設(shè)計(jì)；施工

【Abstract】Guandong province caozhou supply water the vital point engineering is in the deep soft Ji deeply the Ji pit open dig the water decompression project of decline of the adoption"decompression well+ part bottom"， and aim at to appear in open dig the process of insurance feeling， adopt extension bottom scope with give a steel plate stake etc. engineering measure， insure Ji pit to open to dig of safety， assurance work period， in the meantime economical investment， the effect show Zhao， rightness similar soft Ji engineering item deep the Ji pit open to dig to have certain of draw lessons from a function.

【Key words】Soft foundation；Deep foundation pit；Decompression；Design；Construction

1. 工程概況

1.1 潮州供水樞紐工程是合理調(diào)配水資源，為城鎮(zhèn)及工農(nóng)業(yè)用水創(chuàng)造條件、結(jié)合發(fā)電、兼顧航運(yùn)、水環(huán)境保護(hù)等綜合利用的樞紐工程。樞紐主要建筑物有攔河閘、發(fā)電廠房、船閘、土壩等。其中西溪廠房置于淤泥、淤泥質(zhì)土上，地面高程為▽2.0m，建基面為▽-16.35m，基坑開挖最大深度達(dá)18.5 m。廠房地質(zhì)結(jié)構(gòu)（見圖1）從上往下為：

①人工填土層（SQ）：主要分布于廠房左側(cè)上游副廠房，主要由素填土組成，以粉土、粉質(zhì)粘土為主，可塑～硬塑狀。厚3.00～5.00m，不均。

②alQ43河流相沖積土層：近代河流沖積而成，主要分布于廠房河床表層及副廠房。成分以中細(xì)砂組成，呈松散狀，厚0.60～2.00m。

③m+alQ42海陸交互相沉積土層，成分主要為灰黑色淤泥或淤泥質(zhì)粘土夾淤質(zhì)粉細(xì)砂，總厚約20.00m，層頂面高程為0.50～1.00m。該層總體上土質(zhì)不均勻，淤泥中夾有較多淤泥質(zhì)粉細(xì)砂和有機(jī)質(zhì)，淤泥呈流塑狀，淤泥質(zhì)粉細(xì)砂一般呈松散狀。該層地基承載力較低，壓縮性高，易產(chǎn)生較大沉降或不均勻沉陷。

④alQ41河流相沖積土層，由粗砂、礫砂、礫石和含卵礫石組成，沉積物從上至下具明顯的由細(xì)至粗的沉積規(guī)律，一般呈中密～密實(shí)狀，地基承載力較高，變形較小。

1.2 廠房基坑長(zhǎng)161.75m，寬38.00m，采用內(nèi)撐式地下連續(xù)墻支護(hù)，連續(xù)墻厚800mm，內(nèi)支撐為鋼筋混凝土支撐?；拥撞恳韵?.00～5.00m下臥砂卵石層為承壓含水層，與江水有水力聯(lián)系，基坑底與承壓水層水頭差達(dá)23.00m（基坑布置見圖2）。如不采取適當(dāng)降水減壓措施，在如此高的水頭作用下，必將發(fā)生滲漏、管涌、基底浮托等安全問(wèn)題。同時(shí)，由于廠房外閘壩基礎(chǔ)水泥攪拌樁已施工完畢，所采取的抗基底浮托措施必須確保不會(huì)引起攪拌樁復(fù)合地基產(chǎn)生過(guò)大的沉降及不均勻沉降。

2. 降水減壓方案的設(shè)計(jì)

2.1 方案設(shè)計(jì)。

2.1.1 基于上述的地質(zhì)條件，基礎(chǔ)開挖過(guò)程中，地基將面臨地下水的滲流而產(chǎn)生滲透變形（流土或管涌）。特別是開挖至基坑底時(shí)，承壓水水頭差達(dá)23.00m，可能發(fā)生廠房基坑在高水頭作用下基底浮托、攔河閘攪拌樁復(fù)合地基過(guò)大的沉降和不均勻沉降等安全問(wèn)題，這是設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)。因此，實(shí)施的降水減壓方案必須滿足如下兩個(gè)基本條件。

（1）條件1：減壓井的涌水量控制在施工允許范圍內(nèi)；

（2）條件2：由于設(shè)置減壓井降低水頭引起的相鄰已建閘壩攪拌樁復(fù)合地基沉降控制在允許的范圍內(nèi)。

2.1.2 經(jīng)過(guò)周密的設(shè)計(jì)比較，初步形成以下3種方案：

（1）方案1：全封底方案。此方案在左右兩道連續(xù)墻內(nèi)根據(jù)各部分的開挖深度，用旋噴樁封2.00～4.00m厚的基礎(chǔ)。

（2）方案2：強(qiáng)排水方案。此方案在基坑內(nèi)布置20～30個(gè)20～30m深的井，用潛水泵根據(jù)所開挖高程強(qiáng)行排水，保證地下水位底于開挖面高程。

（3）方案3：減壓井+局部封底方案。此方案即在基坑開挖最深段封底寬31.93m，厚4.00m。并在基坑兩側(cè)布置30個(gè)減壓井。

2.2 方案選擇。經(jīng)比較，各方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

（1）方案1：基坑開挖最安全，但費(fèi)用過(guò)高，總投資概算約6000萬(wàn)元，不宜采用。

（2）方案2：費(fèi)用最低，投資概算約200萬(wàn)元，但強(qiáng)排可能引起相鄰已建的閘壩地基產(chǎn)生較大整體沉降和不均勻沉降，也不宜采用。

（3）方案3：在基坑最深處封底，并通過(guò)減壓井自流釋放降低基坑下面承壓含水層的水壓力，共同解決承壓水壓力對(duì)開挖層的浮托破壞的問(wèn)題?？傎M(fèi)用約為1200萬(wàn)元。此方案費(fèi)用適中，可操作性強(qiáng)，兼顧了安全、費(fèi)用與工期的要求。

（4）經(jīng)廣東省水利廳先后多次組織水利專家和有關(guān)單位技術(shù)人員對(duì)設(shè)計(jì)方案從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及安全性等多方面進(jìn)行方案比選、論證，基本同意方案3，即減壓井+局部封底方案，并要求設(shè)計(jì)單位進(jìn)一步對(duì)方案進(jìn)行校核和完善。

2.3 設(shè)計(jì)方案的校核。設(shè)計(jì)單位按照單向開挖和雙向開挖兩種施工方案，通過(guò)抗浮托驗(yàn)算、滲流計(jì)算，沉降分析計(jì)算，對(duì)“減壓井+局部封底”方案進(jìn)行校核。

2.3.1 抗浮驗(yàn)算。根據(jù)透水層的有效重度與滲透力之比計(jì)算抗浮安全性，各開挖階段抗浮驗(yàn)算結(jié)果， 均能滿足抗浮安全要求。計(jì)算公式及詳細(xì)結(jié)果見式1及表1。：

2.3.2 滲流計(jì)算。滲流計(jì)算主要是分析基坑內(nèi)設(shè)減壓井后，基坑內(nèi)部和周圍地層水頭變化、分布情況以及相應(yīng)的井出水量，成果包括各開挖時(shí)期基坑橫、縱向剖面區(qū)域等水頭線、井口高程與典型壩縱位置承壓水頭關(guān)系曲線、井口高程與井出水量關(guān)系曲線等，成果圖（略）。根據(jù)計(jì)算，減壓井群發(fā)揮作用時(shí)，總出水量主要隨井口高程降低面增加，單井出水量同時(shí)還隨井?dāng)?shù)減少而增加。各階段計(jì)算中，總出水量最大不超過(guò)0.35m3/s，單井出水量最大不超過(guò)20L/s，滲流計(jì)算結(jié)果滿足要求。在滲流計(jì)算中，同時(shí)對(duì)單、雙向開挖施工期累計(jì)出水量進(jìn)行計(jì)算，分別為3.67×106m3和3.17×106m3，很明顯，雙向開挖方案優(yōu)于單向開挖方案，設(shè)計(jì)推薦采用。

2.3.3 沉降分析計(jì)算。（1）攔河水閘閘板底的標(biāo)高為▽-1.10m，攪拌樁底的標(biāo)高▽-21.0m左右，由于水閘下的攪拌樁底已達(dá)到砂卵石層，相對(duì)于攪拌樁復(fù)合地基，砂卵石層的壓縮模量較大，變形較小，因此，沉降計(jì)算僅考慮攪拌樁復(fù)合地基的壓縮變形。由于基坑減壓時(shí)部分水閘已施工完畢，故沉降由兩部分組成：第一部分為水閘自身荷載引起的沉降，第二部分為水頭降低引起的沉降。

（2）經(jīng)計(jì)算，單向開挖減壓結(jié)束時(shí)水閘近端及遠(yuǎn)端的沉降分別為176mm及171mm，其中減壓引起的沉降分別為29mm及23mm；雙向開挖減壓結(jié)束時(shí)水閘近端及遠(yuǎn)端的沉降分別為172mm及168mm，其中減壓引起的沉降分別為25mm及20mm，兩種開挖方案減壓引起的沉降均在總沉降中所占比例較小，且在減壓結(jié)束后發(fā)生回彈，相當(dāng)于一個(gè)預(yù)壓的過(guò)程，不會(huì)加大水閘的永久沉降；單向開挖方案水閘的永久沉降及最大不均勻沉降為148mm及10mm，雙向開挖方案水閘的永久沉降及最大不均勻沉降為148mm及8mm，可以滿足工程需要（平板鋼閘門運(yùn)行時(shí)所允許的最大不均勻沉降為10～20mm）。

2.4 安全監(jiān)測(cè)及應(yīng)急措施。為了保證施工期間的安全，在壩縱0-020.85～0-022.85、0+025.55～0+038.55、0+069.15～0+071.15三個(gè)區(qū)域設(shè)置側(cè)壓管對(duì)水頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在基坑內(nèi)每側(cè)的地下連續(xù)墻邊各布置一個(gè)，共6個(gè)，測(cè)壓管底部進(jìn)入強(qiáng)透水層。根據(jù)水頭的監(jiān)測(cè)結(jié)果，通過(guò)調(diào)整孔口高程控制水頭及減壓井涌水量。施工過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)某處有滲水涌砂現(xiàn)象，可采取堵排結(jié)合方法進(jìn)行處理，即及時(shí)對(duì)該處實(shí)施砂包回填，同時(shí)降低該處附近的減壓井井口高程。

3. 應(yīng)用效果

3.1 施工經(jīng)過(guò)。

3.1.1 封底施工。封底施工于2003年8月23日開工，10月15日完工。在壩縱0+016.65m～0+048.53m范圍內(nèi)的基坑底以下打設(shè)4.00m厚旋噴樁，樁頂高程為▽-16.20m，集水井處樁頂標(biāo)高為▽-18.80m。施工設(shè)備采用PP120高壓注漿泵、GP-1500、5型高噴臺(tái)車、ZY100型單管旋噴樁機(jī)等，旋噴樁間距按照試驗(yàn)結(jié)果按行、列均800mm，呈梅花型布置。

3.1.2 減壓井施工。減壓井施工于2004年9月5日開工，10月4日完工。減壓井基本個(gè)數(shù)為30口，縱向3排，橫向10排，布置在壩縱0-029. 5m～0+071m范圍，間距8.0m，考慮減壓井備用再增加10口井，總井?dāng)?shù)40口， 備用井大部分位置靠上游，間插于原井位。

3.2 存在問(wèn)題及處理

3.2.1 局部封底范圍外涌水冒沙處理。在進(jìn)行開挖過(guò)程中，原局部封底范圍外的上游側(cè)基坑左6#減壓井（樁號(hào)：0+13.89，高程：▽-5.00m）附近出現(xiàn)多處涌水冒沙現(xiàn)象。鑒于西溪基坑水文地質(zhì)情況復(fù)雜，稍有不慎會(huì)危及施工人員設(shè)備和周邊建筑物安全，廣東省水利廳組織有關(guān)專家在工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)召開專題技術(shù)會(huì)議和發(fā)包人多次組織召開“四方”會(huì)議研究分析，這些冒砂涌水可能是由于鉆孔灌注樁施工過(guò)程中的空樁與下臥的強(qiáng)透水層發(fā)生水力聯(lián)系造成的局部破壞造成。決定除進(jìn)一步降低減壓井出水口高程外，封底范圍位置向上游延伸40.0m，在樁號(hào)0+16.65～0-23.35m范圍打設(shè)厚2.00m的旋噴樁，樁頂高程為▽-14.50m。

3.2.2 進(jìn)口斜坡段流砂處理。進(jìn)口斜坡段的施工高程從▽-6.80m～▽-14.35m，坡比為1：5.4，在幾乎是流砂的地質(zhì)條件下，形成1：5.4的坡比是不可能的。為此，經(jīng)過(guò)謹(jǐn)慎的考慮，在34.47m的斜坡段內(nèi)施打兩道鋼板樁攔截水平向水流及粉細(xì)砂，單樁厚10.0mm，寬400.0mm，樁長(zhǎng)9.0m，樁底高程▽-16.0m。樁之間改為水平段開挖，再回填混凝土墊層及粗砂細(xì)石反濾層。即通過(guò)反濾層集中后，再用兩臺(tái)3KW的抽水機(jī)24小時(shí)抽水，當(dāng)?shù)装鍧沧⑼戤吅?，再封管灌漿。

3.2.3 連續(xù)墻接縫涌水的處理。在開挖中，樁號(hào)0+13.37m處的左側(cè)連續(xù)墻高程▽-10.0m處，突然從接縫處大量涌水。經(jīng)分析，連續(xù)墻后面的淤砂層為強(qiáng)透水層，可能與江水連通。當(dāng)時(shí)，圍堰外的江面水位為▽3.80m，水頭差為13.80m左右?；觾?nèi)立刻用75KW的抽水機(jī)抽水，避免基坑開挖面被浸沒(méi)。同時(shí)，先在涌水處用砂包堆至▽-4.00m高程，并在連續(xù)墻后面灌漿，但效果不明顯。最后在連續(xù)墻后貼墻面打入三塊厚10.0mm，寬400.0mm的鋼板樁，打至▽-15.0m，完全解決了涌水。

3.3 應(yīng)用效果。潮州供水樞紐工程在深厚軟基深基坑開挖中采用“減壓井+局部封底”的降水減壓方案，雖然在開挖過(guò)程中，由于土質(zhì)原因出現(xiàn)了一些變化，但通過(guò)采取擴(kuò)大封底范圍和施打鋼板樁等工程措施，確保基坑開挖的安全，截至開挖結(jié)束， 施工安全監(jiān)測(cè)成果表明攔河水閘累積沉降量最小值為19mm，最大值為65mm，實(shí)際沉降量小于設(shè)計(jì)允許沉降量，同時(shí)保證工期、節(jié)省投資，效果顯著。

4. 結(jié)語(yǔ)

4.1 深軟基深基坑開挖中，采用“局部封底+減壓井”的降水減壓措施，費(fèi)用節(jié)約明顯。本基坑開挖降水減壓總費(fèi)用約1300萬(wàn)元，比全封底估算費(fèi)用6000萬(wàn)元，節(jié)約了約4700萬(wàn)元。

4.2 深基坑、深軟基、高承壓含水層基坑開挖的設(shè)計(jì)處理方案，除了考慮基坑支撐體系的穩(wěn)定外，還應(yīng)考慮基坑底的抗浮穩(wěn)定，即建基面的安全是否滿足要求，以及排（降）水對(duì)相鄰建筑物的安全影響。

4.3 在基礎(chǔ)穩(wěn)定的前提下，滲水量大小并不是決定封底的主要因素。采用自流減壓結(jié)合旋噴樁封底的方法，計(jì)算出減壓井自流降壓允許的基坑開挖高程，是有效解決基坑穩(wěn)定（抗?。┖团潘赡芤鹣噜徑ㄖ锏倪^(guò)量沉降的措施。

4.4 基坑的水位下降對(duì)相鄰已建成閘壩的沉降影響量不大。通過(guò)計(jì)算，減壓引起的沉降量遠(yuǎn)小于荷載引起的沉降量。

4.5 采取降水減壓措施后，相鄰建筑物總沉降量的大小與建筑物穩(wěn)定情況關(guān)系密切。開挖結(jié)束攔河水閘累積沉降量最小值為19mm，最大值為65mm，實(shí)際沉降量小于設(shè)計(jì)允許沉降量，且該部分在開挖前累積沉降最大值已達(dá)50mm，開挖影響的沉降量小于15mm，主要因?yàn)殚l壩于2003年6月已澆注完畢，經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的自然沉降，已基本穩(wěn)定。在其它工程中應(yīng)用，必須充分考慮周圍建筑物的穩(wěn)定情況。

4.6基坑開挖的工期盡可能縮短，這對(duì)基坑開挖安全十分重要。因?yàn)樵诨拥拈_挖過(guò)程中，面臨的不利因素甚多，如地質(zhì)條件變化、涌水、冒砂、地下水位上升、洪水等。開挖面暴露的時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生滲透變形（流土或管涌）可能越大。因此，基坑的支撐體系設(shè)計(jì)，宜利于大型機(jī)械作業(yè)，以縮短施工工期。

4.7 加強(qiáng)施工期監(jiān)測(cè)和落實(shí)預(yù)案，有利于掌握基坑及相鄰建筑物變化情況，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

參考文獻(xiàn)

[1] 廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院《廣東省潮州供水樞紐工程西溪廠房深基礎(chǔ)開挖及減壓方案研究補(bǔ)充報(bào)告》2003年7月

[文章編號(hào)]1619-2737（2015）09-14-032

[作者簡(jiǎn)介]鄭漢濱（1980-），男，學(xué)歷：本科，職稱：助理工程師，從事水利樞紐工程建設(shè)管理和樞紐水工建筑物運(yùn)行管理工作。