降、堵、疏綜合治水施工方法在土層高滲透性、地下水高水位且無(wú)限補(bǔ)給條件下的運(yùn)用

李 盛

（湖南湘煌建筑工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

1 工程概況

某工程為地下人防工程，平時(shí)兼顧商業(yè)和行人過(guò)街。根據(jù)地勘報(bào)告，地下水位標(biāo)高為地面標(biāo)高，土層從上至下依次如下。

1）雜填土 雜色，松散～稍密狀，由黏性土混磚渣、混凝土塊、碎石等回填，多為路基填土和充填砂，頂部0.4～0.5m為瀝青路面，回填時(shí)間大于5年，層厚2.0～7.1m。

2）素填土 褐黃、褐灰色，松散狀，黏性土為主，局部含細(xì)砂、礫石等，層厚1.3～6.5m，回填時(shí)間大于5年。

3）粉質(zhì)黏土 褐灰色、褐黃色，軟塑～可塑狀，無(wú)搖振反應(yīng)，切面較光光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，部分鉆孔顯示該層中局部含有少量細(xì)砂，層厚1.4～6.0m。

4）細(xì)砂 褐灰色、黃色，飽和，稍密狀，含少量礫石，呈亞圓形，級(jí)配一般，成分多為石英質(zhì)，含云母，泥質(zhì)充填，層厚1.0～2.7m。

5）圓礫 褐黃色，黃色，飽和，稍密－中密狀，圓礫含量50% ～60%，石英質(zhì)，多為亞圓形，級(jí)配一般，一般粒徑0.2～2.0cm，混少量卵石，最大粒徑達(dá)2～7cm，中粗砂充填，混少許黏性土，層厚1.0～3.4m。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，該工程基礎(chǔ)采用天然地基上的平板式筏板基礎(chǔ)，持力層為粉質(zhì)黏土層，層高3.6m，基礎(chǔ)厚度0.85m，基礎(chǔ)墊層厚度10cm，頂板覆土厚度1.5m，基底至地面深度6.05m，局部深度7.55m，基坑采用排樁支護(hù)、水泥漿止水帷幕止水。支護(hù)樁距離高層建筑裙樓（高層建筑和裙樓均采用混凝土管樁）約2m，距離1棟建于20世紀(jì)90年代的7層磚混安置房（基礎(chǔ)采用洛陽(yáng)鏟樁，設(shè)計(jì)資料遺失）約3m。

該工程建于撈刀河老河道上，緊鄰湘江和改道后的撈刀河（與湘江和撈刀河的距離均只有約400m）。工程建設(shè)期間，當(dāng)年發(fā)生罕見(jiàn)冬汛，加之工程下游的湘江水利樞紐工程開(kāi)始蓄水，致使2條河流水位長(zhǎng)期僅低于路面1.5m左右或短時(shí)間接近路面標(biāo)高。極其復(fù)雜的水文地質(zhì)條件導(dǎo)致周邊高層建筑未建地下室（擬建工程與周邊環(huán)境關(guān)系見(jiàn)圖1）。

圖1 擬建工程與周邊環(huán)境關(guān)系

工程建設(shè)期間，由于地下水位與河道水位相連，水位波動(dòng)導(dǎo)致素水泥漿止水帷幕失效，基坑開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)大量涌水，導(dǎo)致工程施工無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。同時(shí)，結(jié)合淺層粉質(zhì)黏土層特性，考慮涌水影響，作為持力層的粉質(zhì)黏土受擾動(dòng)較大，因進(jìn)行地基處理導(dǎo)致基坑開(kāi)挖深度加深的可能性較大。

基坑涌水導(dǎo)致工程無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，且擔(dān)心涌水對(duì)周邊建筑產(chǎn)生不利影響。為此，一方面對(duì)涌水點(diǎn)用砂袋進(jìn)行壓堵，同時(shí)讓基坑蓄水，盡量避免水位差產(chǎn)生較大的水力梯度；另一方面，對(duì)支護(hù)樁和周邊建筑進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)；同時(shí)，對(duì)后續(xù)施工進(jìn)行多番論證。

1）注射水玻璃工作面不夠，除非基坑全部回填后再實(shí)施，成本過(guò)高。

2）利用鋼板樁止水工作面不夠，除非基坑全部回填后再實(shí)施；同時(shí)，由于工程異形，鋼板樁內(nèi)撐難以有效布置。

最終思路為：要找到一種能在現(xiàn)狀條件下進(jìn)行施工的有效止水或降水的施工方法；如果降水，降水幅度不能過(guò)大，以免對(duì)周邊建筑造成不利影響；同時(shí)，作好對(duì)地基進(jìn)行處理的準(zhǔn)備。為此，最終確定采用“降、堵、疏綜合治水施工方法”進(jìn)行施工，避免出現(xiàn)采用簡(jiǎn)單的一種施工方法難以有效治水的困境。

2 降水

考慮到復(fù)雜的周邊環(huán)境，所采用的降水方式對(duì)周邊環(huán)境造成的影響需盡量小，同時(shí)，降水點(diǎn)應(yīng)盡量分散，以免集中降水使砂層貫通形成涌水通道。最終，確定采用真空井點(diǎn)降水方式降水，該降水方式有適合該工程的一些優(yōu)點(diǎn)。

2.1 真空井點(diǎn)降水原理及相關(guān)構(gòu)造

真空井點(diǎn)降水設(shè)備以射流泵機(jī)組作為抽水設(shè)備，射流泵利用高速噴射水流通過(guò)文丘里管時(shí)產(chǎn)生的文丘里效應(yīng)，能在吸入室形成相對(duì)真空區(qū)域，從而將地下水經(jīng)井點(diǎn)管路系統(tǒng)從地下吸入水箱內(nèi)；水箱內(nèi)的水達(dá)到一定高度后，從水箱溢水口溢出并進(jìn)入集水箱，再用潛水泵將進(jìn)入集水箱的地下水持續(xù)抽走或就近排入市政管網(wǎng)。射流泵機(jī)組以水箱內(nèi)的水作為循環(huán)補(bǔ)給水，以持續(xù)提供真空度。真空井點(diǎn)降水系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 真空井點(diǎn)系統(tǒng)工作原理

設(shè)文丘里管入口截面處和喉道處的平均速度、平均壓力和截面積分別為v1、p1、S1和v2、p2、S2，流體密度為ρ，流量為Q。應(yīng)用伯努利定理和連續(xù)性方程并注意到平均運(yùn)動(dòng)的流線是等高的，可得出：

通過(guò)分析上述公式可知，流體密度ρ不變，流體平均速度v越大，則壓力越小，真空泵就是利用高流速水流通過(guò)文丘里管時(shí)在小截面處產(chǎn)生相對(duì)真空。

根據(jù)地勘報(bào)告進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算，該工程井點(diǎn)管采用直徑4cm、長(zhǎng)9m的鍍鋅鋼管，鍍鋅鋼管管端焊接直徑4cm、長(zhǎng)1m的花管，井點(diǎn)管間距為1.5m。每根井點(diǎn)管采用橡膠軟管與直徑10cm的水平主管相連，水平主管與射流泵機(jī)組相連，該工程采用了8套射流泵機(jī)組。

井點(diǎn)成孔是該降水施工的關(guān)鍵，成孔的質(zhì)量直接關(guān)系到出水效果。施工不當(dāng)孔壁易形成泥皮被堵塞，出現(xiàn)出水困難或不出水的情況。本工程使用成孔直徑0.13m的地質(zhì)鉆機(jī)帶套管全程跟進(jìn)成孔，井點(diǎn)管施工工藝流程：地質(zhì)鉆機(jī)帶套管成孔→插入井點(diǎn)管→在套管內(nèi)灌入直徑0.5cm碎石→拔出套管→壓力注水洗孔→抽水。

井點(diǎn)管插入套管前須按圖3進(jìn)行加工處理，在濾水管部位用2層以上篩網(wǎng)包裹。利用碎石層和篩網(wǎng)包裹，形成“雙濾構(gòu)造”，防止降水過(guò)程帶走泥砂；此外，埋入的碎石還起到支撐孔壁的作用。

2.2 真空井點(diǎn)降水的優(yōu)點(diǎn)

1）成孔機(jī)械簡(jiǎn)單，對(duì)工作面要求低，可靈活布置井點(diǎn)管，增加井點(diǎn)管也方便。

圖3 井點(diǎn)構(gòu)造

2）真空井點(diǎn)降水速度緩慢、均勻，可避免大口徑降水井、深井井點(diǎn)或管井井點(diǎn)急速陡降的危害。

3）真空井點(diǎn)采用射流裝置制造真空，其真空度接近一個(gè)絕對(duì)大氣壓，一級(jí)降深就達(dá)到目前國(guó)內(nèi)兩級(jí)輕型井點(diǎn)的效果，兩級(jí)降深接近噴射井點(diǎn)，降水深度有保障。

4）主動(dòng)抽吸孔隙水，與大井、深井或管井被動(dòng)抽吸“重力水”不同，其動(dòng)水力方向斜向下，可避礫砂土層中細(xì)顆粒流失，抽出的地下水為清水，一定程度上具有降水與止水“雙重功能”。

5）設(shè)備操作運(yùn)行穩(wěn)定性、持久性及井點(diǎn)運(yùn)行的可靠性都優(yōu)于輕型井點(diǎn)，其抽水效率、單套系統(tǒng)控制的降水邊長(zhǎng)及耗能指標(biāo)都優(yōu)于噴射井點(diǎn)。

6）成本較低，略高于普通井點(diǎn)降水，大大低于噴射井點(diǎn)降水。

2.3 降水效果

由于地下水無(wú)限補(bǔ)給、砂石層滲透系數(shù)極大，加之之前涌水事件可能導(dǎo)致地層已形成一定的涌水通道，最終該設(shè)備將地下水降低至地面以下7m左右時(shí)，在繼續(xù)開(kāi)挖局部更深位置時(shí)，出現(xiàn)局部涌水，采取加密降水點(diǎn)和增加射流泵機(jī)組都毫無(wú)效果。為避免涌水對(duì)周邊環(huán)境造成影響，對(duì)局部較深的位置采用砂袋進(jìn)行了填埋處理，同時(shí)，對(duì)非加深位置基底采用打松木樁、拋毛石、澆筑混凝土的方式進(jìn)行地基處理。

3 堵水和疏水施工

由于基坑局部加深位置無(wú)法采用降水施工的方法進(jìn)行施工，最終確定采用堵、疏結(jié)合的方式進(jìn)行施工。

3.1 堵水施工

由于混凝土的密度約為水密度的2.4倍，利用混凝土壓水進(jìn)行封堵，施工步驟如下。

1）在基坑非加深部位混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，用挖掘機(jī)挖除封堵砂袋并超挖至基底以下40cm左右，然后迅速打入松木樁作為地基加固。

2）在涌水的情況下，用人工迅速在坑底及側(cè)壁鋪上彩條布，并進(jìn)行適當(dāng)固定（底部采用壓石固定，側(cè)壁用鋼筋支撐和人工固定）。

3）在人工固定彩條布的同時(shí)，迅速澆筑已就位的混凝土，至混凝土頂面未出現(xiàn)涌水后再澆筑約30cm高混凝土，并確保新澆混凝土與已經(jīng)處理地基相銜接（見(jiàn)圖4）。

圖4 加深部位處理

4）待混凝土終凝并達(dá)到一定強(qiáng)度后（一般24h后即可），用小型挖機(jī)拋出大部分混凝土，距設(shè)計(jì)基底30cm左右由人工用電鎬破除，由人工修出混凝土胎膜。

5）將人工修出的混凝土胎膜抹水泥砂漿后，進(jìn)行防水施工和后續(xù)結(jié)構(gòu)施工。

最終，一部分加深位置用該方法完全封堵住水，能有效進(jìn)行后續(xù)施工；另外一部分加深位置出現(xiàn)了裂隙水，甚至是小股涌水，需要再進(jìn)行處理。

3.2 疏水施工

由于仍有部分局部加深位置利用封堵方法沒(méi)有完全堵住，全部破除后并再次利用封堵方法封堵成本過(guò)高、風(fēng)險(xiǎn)過(guò)大，為此考慮用疏水方法進(jìn)行處理。由于基底絕大部分都已封閉，只是局部加深位置底部有涌水和裂隙水，可考慮利用盲溝將該部分水疏走，施工步驟如下。

1）對(duì)于有涌水的加深坑，由人工用電鎬再整體向下破除10cm。

2）涌水點(diǎn)部位向緊鄰建筑主體外的方向破除出一個(gè)寬30cm、深15cm左右的溝槽（由于原來(lái)整體超挖40cm，還剩余15cm左右混凝土未破除）。

3）在緊鄰要處理部位的建筑主體結(jié)構(gòu)之外挖1個(gè)小型集水井，立即下鋼護(hù)筒，底部用砂袋壓實(shí)后用大功率污水泵抽水。

4）將加深坑與小型集水井拉通，迅速放入2～3根纏繞有土工布的花管（花管直徑8cm）后用砂袋回填，將加深坑涌水引入集水井。

5）在開(kāi)槽的位置鋪模板，在基底鋪上φ8＠200單層雙向鋼筋后再澆筑10cmC30混凝土墊層。

6）待墊層達(dá)到75%強(qiáng)度后，集水井停止抽水，抽出鋼護(hù)筒后用砂袋填埋。

按該方法處理后，原涌水的加深坑未出下滲水，可進(jìn)行后續(xù)施工。

4 實(shí)施效果

該工程通過(guò)降、堵、疏綜合治水施工方法的成功運(yùn)用，對(duì)地下水進(jìn)行有效降、堵、疏，使工程得以順利實(shí)施，也很好地降低了工程成本。同時(shí)，通過(guò)對(duì)周邊環(huán)境的嚴(yán)密監(jiān)測(cè)和預(yù)警，發(fā)現(xiàn)變形均在規(guī)范規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

在土層高滲透、地下水高水位且無(wú)限補(bǔ)給的水文地質(zhì)條件下，單純采用降水或止水有時(shí)難以達(dá)到治水的目的，同時(shí)建設(shè)成本可能很高；通過(guò)有效運(yùn)用降、堵、疏綜合治水施工，能以較小的代價(jià)解決較大的問(wèn)題。