深挖方基礎(chǔ)施工降水方案研究

□余新溟 □耿 昕（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

1 工程概況

北汝河渠道倒虹吸工程位于河南省寶豐縣東北大邊莊與郟縣渣園鄉(xiāng)朱莊村之間北汝河上，是南水北調(diào)中線一期工程沙河南～黃河南段的一個(gè)大型渠穿河建筑物，倒虹吸總長(zhǎng)1282m，其中管身段長(zhǎng)度950m，管身采用4孔兩聯(lián)箱型結(jié)構(gòu)，孔徑7m×6.95m。倒虹設(shè)計(jì)流量315m3/s，加大流量375m3/s，總設(shè)計(jì)水頭0.50m。

北汝河是淮河流域沙河的一條支流，全長(zhǎng)254 km，總流域面積6080 km2。天然河道百年一遇洪峰流量9220m3/s。

工程場(chǎng)區(qū)為河谷地貌形態(tài)，地形較為寬闊平緩。北汝河河谷呈寬淺型，由于河流側(cè)向侵蝕，河床由北向南遷移，兩側(cè)不對(duì)稱。河流右岸為二級(jí)階地，岸坡較陡；左岸為一級(jí)階地，岸坡平緩。

場(chǎng)區(qū)地層為土巖雙層結(jié)構(gòu)，共劃分為10個(gè)工程地質(zhì)單元：①卵石（alQ24）、②黃土狀輕粉質(zhì)壤土（alQ14）、③卵石：（alQ14）、④黃土狀中粉質(zhì)壤土（alplQ3）、⑤重粉質(zhì)壤土（alplQ3）、⑥泥卵石（alplQ3）、⑦礫巖（N1L）、⑧粘土巖（N1L）、⑨砂礫巖（N1L）、⑩含砂質(zhì)粘土巖（N1L）。

工程場(chǎng)區(qū)地下水分為第四系松散層孔隙潛水、上第三系孔隙裂隙潛水和上第三系孔隙裂隙承壓水。第四系松散層孔隙潛水賦存于第四系全新統(tǒng)卵石層中，上第三系孔隙裂隙潛水賦存于第⑦層礫巖中，上第三系孔隙裂隙承壓水賦存于第⑨層砂礫巖及第⑩層含砂質(zhì)粘土巖中的厚層砂礫巖透鏡體。

2 管身降水方案

倒虹吸水平管身建基面位于第⑨層砂礫巖及第⑩層含砂質(zhì)粘土巖中，開(kāi)挖深度一般15～20m，施工開(kāi)挖涉及上層卵石的潛水，下層砂礫巖及含砂質(zhì)粘土巖中的地下承壓水，該兩層地層透水性為中等～極強(qiáng)，施工過(guò)程中需要進(jìn)行施工降水。

降水方案的設(shè)計(jì)根據(jù)不同地層不同性質(zhì)的地下水，采用不同的降水方案。

2.1 潛水

由于上部卵石層潛水分布較淺，一般5～8m，其下為隔水層粘土巖，滲透系數(shù)5.80×10-1cm/s，為強(qiáng)透水層，為避免潛水層滲水影響施工，同時(shí)減少基坑抽水工程量，降水方案采用截滲槽截流結(jié)合縱向?qū)Я鳒蠈?dǎo)流方案。

截滲槽呈“U”形，沿開(kāi)挖基坑一級(jí)馬道內(nèi)側(cè)封閉布置。截滲槽深度為4～5m，底部高程為下部相對(duì)不透水層線以下0.50m，梯形斷面，底寬1.50m，兩側(cè)邊坡坡比1：0.50。截水槽內(nèi)回填粘性土并夯實(shí)。另在二級(jí)馬道處設(shè)置縱向排水溝，滲水引至集水井抽排入下游河道。

2.2 承壓水

承壓水主要賦存于第⑨層礫巖和第⑩層含砂質(zhì)粘土巖中，承壓水位水頭較高。降水方案采用在基坑開(kāi)挖前采用深井抽排法降低承壓水頭。降水井采用3排布置，第一排在基坑建筑物輪廓線外2～3m，布置間距20m，第二、三排沿一、二級(jí)馬道梅花形布置，布置間距20m。

3 存在問(wèn)題及處理方案

3.1 存在問(wèn)題

倒虹吸52#、53#水平管身在墊層澆筑完成后，發(fā)現(xiàn)管身墊層存在細(xì)小裂縫，局部出現(xiàn)涌水點(diǎn)；在后續(xù)檢查中發(fā)現(xiàn)裂縫繼續(xù)增加、縫隙延長(zhǎng)、縫寬增大，縫中涌水明顯，墊層局部有明顯隆起，隆起高度最高處將近30 cm，已造成基礎(chǔ)破壞。

3.2 原因分析

首先對(duì)基礎(chǔ)破壞段進(jìn)行地質(zhì)勘探復(fù)核，勘探結(jié)果顯示墊層破壞管身基礎(chǔ)巖性主要為含砂質(zhì)粘土巖、泥質(zhì)粉（細(xì)）砂巖。鉆探揭示建筑物基礎(chǔ)泥質(zhì)粉砂巖（下部的泥質(zhì)細(xì)砂巖）為承壓水賦水層。

第⑩層含砂質(zhì)粘土巖巖性不均，夾有多層砂礫巖及粉細(xì)砂巖透鏡體或薄夾層，且該層具弱～中等膨脹潛勢(shì)。

第⑩＇層（第⑩＇層為新增加編號(hào)）泥質(zhì)粉（細(xì)）砂巖為第⑩層含砂質(zhì)粘土巖中的透鏡體，賦存裂隙性承壓水，承壓水頭高出建基面約7m，并攜帶大量砂質(zhì)顆粒。

墊層混凝土的變形破壞與地下承壓水的活躍程度及基礎(chǔ)的膨脹性有直接關(guān)系。經(jīng)對(duì)已破壞的基礎(chǔ)部位進(jìn)行繼續(xù)深挖，開(kāi)挖邊坡沒(méi)有明顯崩塌、剝落，基礎(chǔ)開(kāi)挖斷面顯示粉質(zhì)含砂巖與泥質(zhì)粉砂巖分界線附近，粉砂質(zhì)粘土巖存在不規(guī)則裂隙涌水釋放。

經(jīng)綜合分析，基礎(chǔ)隆起破壞主因應(yīng)是地下裂隙承壓水所致，而不是由于粘土巖的膨脹性造成的。管身基礎(chǔ)開(kāi)挖在混凝土澆筑前預(yù)留有基礎(chǔ)保護(hù)層，當(dāng)時(shí)并未出現(xiàn)滲透及變形情況，說(shuō)明此時(shí)上層覆土產(chǎn)生壓重，裂隙受上部土壓力作用，處于封閉狀態(tài)?；A(chǔ)上層預(yù)留保護(hù)層開(kāi)挖后，壓重減小，地層回彈，上部土壓力消失，裂隙地下承壓水水頭較高，造成裂隙張開(kāi)，且此處基礎(chǔ)底層為相對(duì)不透水層，裂隙水連通性較差，現(xiàn)有建基面兩邊現(xiàn)有的降壓井排水影響半徑較小，地層裂隙中的承壓水無(wú)通道排出，造成上層土壓力卸載后，地基出現(xiàn)涌水、隆起破壞，因地應(yīng)力釋放及地層裂隙在承壓水的頂力下張開(kāi)是一較慢的持續(xù)過(guò)程，造成已澆筑完成的混凝土墊層隆起破壞。

3.3 處理方案

針對(duì)此種情況，本工程以已破壞管身相鄰的兩節(jié)管身基礎(chǔ)做為試驗(yàn)段，采用地下承壓水探查、增加降壓井，基礎(chǔ)面增加反濾層以改善排水通道的處理方案，利用抽、排結(jié)合的方法，以降低承壓水頭，防止基礎(chǔ)頂托破壞。

3.3.1 承壓水探查

首先采用地質(zhì)鉆探對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行探查，特別是地下砂層的分布及厚度。地質(zhì)鉆孔采用間距10m梅花形布置。因地質(zhì)鉆孔均布置在建筑物建基面范圍內(nèi)，為保證建筑物的安全，鉆孔采用回填反濾料的方法封填，考慮施工完畢后地下水位回升的情況，對(duì)基礎(chǔ)面地質(zhì)鉆孔與基礎(chǔ)面結(jié)合部位進(jìn)行擴(kuò)大開(kāi)挖，開(kāi)挖成直徑為500mm，深度為250mm的圓坑。并在開(kāi)挖基礎(chǔ)面鋪設(shè)一層土工布，然后回填中粗砂和粒徑為0.50～2mm天然砂礫石料的混合料形成反濾，以便水的排出。

3.3.2 降水井布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各探測(cè)孔水位數(shù)據(jù)，承壓水存在水頭高、滲透系數(shù)較小且不連通的情況，原設(shè)計(jì)降水井縱向間距較大，影響半徑較小的情況，對(duì)現(xiàn)有的降水方案進(jìn)行補(bǔ)充，加密降水井的布置，減小降水井的布置間距，以增加降水井對(duì)地下承壓水的影響范圍。降水井位置的確定應(yīng)根據(jù)地質(zhì)鉆孔所取得的觀測(cè)數(shù)據(jù)確定地質(zhì)是否存在透鏡體及涌水點(diǎn)，然后兩側(cè)降水井采用縱向排水溝連接，排水溝底高程在建基面下≥1.50m。在將地下水位降至設(shè)計(jì)要求后再進(jìn)行基礎(chǔ)開(kāi)挖。兩側(cè)降水井加密后，如基礎(chǔ)局部仍呈高壓狀態(tài)的鉆孔附近可在鉆孔周圍增設(shè)降壓井。

3.3.3 建基面處理

針對(duì)基礎(chǔ)建基面的承壓水無(wú)排水通道的情況，采用在建基礎(chǔ)面增設(shè)一層反濾層，以形成排水通道?；A(chǔ)開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高程后采用中粗砂找平，在建基面上鋪設(shè)一層400 g/cm2土工布，然后在土工布上鋪設(shè)100mm的中粗砂，后鋪設(shè)300mm厚0.50～2mm級(jí)配碎石。粗砂及碎石夯填度按≤0.90控制。

針對(duì)基礎(chǔ)開(kāi)挖后依舊存在的小型滲水點(diǎn)可采用排水溝的排水方案，將滲水通過(guò)縱橫排水溝排出建基面，排水溝的開(kāi)挖尺寸滿足排水要求即可；開(kāi)挖排水溝回填采用級(jí)配為0.50～2mm的天然砂礫石料；建基面排水溝出水口位置0.50～1m范圍內(nèi)采用土工布裹頭，防止土體細(xì)小顆粒的帶出。

按照以上處理方案對(duì)相鄰管身基礎(chǔ)進(jìn)行了處理并適時(shí)觀測(cè)。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該段基礎(chǔ)完全消除了頂托隆起現(xiàn)象，說(shuō)明處理方案是成功的。

3.4 已破壞基礎(chǔ)處理

管身52#、53#基礎(chǔ)因頂托隆起破壞，加上后期為摸清基礎(chǔ)情況，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行了開(kāi)挖觀測(cè)，基礎(chǔ)已嚴(yán)重破壞。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，針對(duì)管身52#、53#基礎(chǔ)采用了換填處理方案。

根據(jù)現(xiàn)狀基礎(chǔ)開(kāi)挖情況，換填基礎(chǔ)開(kāi)挖至原設(shè)計(jì)建基面下2.50m時(shí)，并對(duì)已產(chǎn)生撓動(dòng)的部位進(jìn)行清除。52#-53#管身基礎(chǔ)與相鄰管節(jié)基礎(chǔ)開(kāi)挖過(guò)渡邊坡采用1：3。

基礎(chǔ)開(kāi)挖后采用中粗砂找平，找平后鋪設(shè)一層400 g/cm2土工布，然后在土工布上鋪設(shè)200mm厚的中粗砂，在粗砂墊層上回填300mm厚級(jí)配0.50～2 cm的天然砂礫料，最后回填連續(xù)級(jí)配天然砂卵石至設(shè)計(jì)高程。天然砂卵石中最大粒徑≤8 cm且粗料含量（大于5mm的顆粒）≥50%?；靥顣r(shí)相對(duì)密度≥0.75。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)本工程管身段基礎(chǔ)頂托破壞的研究和試驗(yàn)段的有效處置，為后續(xù)施工段有效控制地下水提供了很好的處理方案，保證了工程的順利實(shí)施。同時(shí)，為其它存在同類基礎(chǔ)問(wèn)題的工程施工提供經(jīng)驗(yàn)。目前，本工程管身段施工已全部完成，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，管身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，沉降量滿足設(shè)計(jì)要求，降水方案取得了良好效果。