基于逆作法施工的深基坑降水控制研究

陳禮飛

(揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

0 前 言

逆作法施工涉及深基坑的開挖、支護(hù)、加載以及二次支護(hù)等很多問題，在施工的過程中，需具備足夠經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員來進(jìn)行施工作業(yè)。由于這種工藝的復(fù)雜性以及特殊性，在深基坑的施工過程中，不僅需要對(duì)開挖、支護(hù)等加以高度重視，同時(shí)也應(yīng)該做好降水控制。在應(yīng)用逆作法進(jìn)行深基坑的施工過程中，如果不能做好降水控制，就會(huì)使深基坑出現(xiàn)突涌等情況，進(jìn)而造成十分嚴(yán)重的后果。所以，在采用逆作法對(duì)深基坑進(jìn)行施工的過程中，相關(guān)單位以及工作人員一定要做好降水控制，這樣才可以有效保障深基坑的施工質(zhì)量及其使用質(zhì)量，并提升深基坑的安全性。

1 逆作法深基坑施工過程中應(yīng)該注意的問題

1.1 深基坑開挖以及地基加固設(shè)計(jì)

在應(yīng)用逆作法進(jìn)行深基坑土方的開挖以及對(duì)地上的結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工的過程中，為了保障地上結(jié)構(gòu)的順利施工，在將深基坑開挖到基底之前，通常就已經(jīng)開始了地面層梁板的施工，在后續(xù)的深基坑開挖過程中，就只可以通過蓋挖的方法進(jìn)行施工。但是因?yàn)樯w挖施工效率比較低，首層的土體通常會(huì)通過機(jī)械明挖法來施工，此時(shí)首層梁板還沒有施工，連續(xù)墻之間也沒有水平的支撐力存在，所以開挖的時(shí)候，連續(xù)墻就很容易出現(xiàn)側(cè)向變形的情況。為了有效減輕側(cè)向變形，在施工的過程中，經(jīng)常會(huì)應(yīng)用到首層的盆式開挖方法，并對(duì)連續(xù)墻的內(nèi)側(cè)邊緣進(jìn)行加固，通過盆式開挖的方法對(duì)邊坡土進(jìn)行科學(xué)預(yù)留，就可以讓連續(xù)墻的變形情況得以有效避免。因此，在施工之前，一定要對(duì)首層的盆式開挖深度以及邊坡的預(yù)留寬度進(jìn)行全面分析，并做好地基的加固處理，進(jìn)而有效降低其對(duì)連續(xù)墻的影響。這樣才可以為深基坑的后續(xù)開挖工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.2 深基坑土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形

在應(yīng)用傳統(tǒng)的順作法進(jìn)行深基坑施工之前，首先應(yīng)該完成的就是地下支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，即使是在基坑的開挖和降水等作用之下，支護(hù)結(jié)構(gòu)也不會(huì)發(fā)生過大的變形情況。但是在應(yīng)用逆作法進(jìn)行深基坑的施工過程中卻存在著明顯的不同，深基坑的開挖工作、地下水平梁板施工以及地上結(jié)構(gòu)的施工是同時(shí)進(jìn)行的，在施工的過程中，深基坑外圍的土體結(jié)構(gòu)及其支護(hù)結(jié)構(gòu)都會(huì)在工況的變化之中不斷發(fā)生著變化[1]。因此，在應(yīng)用逆作法進(jìn)行深基坑施工的過程中，應(yīng)該按照更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土體結(jié)構(gòu)以及支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制和深入分析。

1.3 深基坑施工中的工程降水設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的深基坑施工過程中，最為常用的降水方法就是坑外井點(diǎn)降水，就是把深基坑周邊的地下水都降低到深基坑的開挖面之下，但是這種降水方式會(huì)浪費(fèi)大量的城市地下水資源，同時(shí)降水過程中，會(huì)讓地面沉降的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，這樣的情況就會(huì)給深基坑周邊的建筑帶來更大的風(fēng)險(xiǎn)。在通過逆作法進(jìn)行深基坑的施工過程中，通常是在深基坑的外圍插入較大深度的連續(xù)墻，連續(xù)墻不僅可以對(duì)深基坑起到支護(hù)作用，同時(shí)也可以起到止水作用。所以，在深基坑的降水設(shè)計(jì)之中，可以通過分層動(dòng)態(tài)的方法進(jìn)行降水，在深基坑內(nèi)布置比較少的疏干井和深層的承壓水減壓井來進(jìn)行降水，不僅可以滿足施工需求，也可以減少抽水量，并有效避免對(duì)環(huán)境的不利影響。

2 基于逆作法施工的深基坑降水控制方案

2.1 無止水深基坑外降水控制

如果在深基坑的周圍沒有止水的帷幕，就可以在深基坑的外圍周邊設(shè)置降水井。這種降水的方式在有著開闊的地形以及足夠空間的施工條件之下比較適用，同時(shí)應(yīng)該保障深基坑的周圍沒有建筑物以及其他環(huán)境方面的約束，深基坑之中的地下水滲流僅僅受到施工當(dāng)?shù)厮臈l件的影響作用。這種降水控制方案屬于平面滲流，降水井的附近屬于三維空間流[2]。通過這樣的方式，就可以讓深基坑得到良好的降水效果。

2.2 完全止水的深基坑內(nèi)降水控制

如果在深基坑的周圍進(jìn)行了止水帷幕的結(jié)構(gòu)設(shè)置，而且止水帷幕已經(jīng)深入到了深基坑含水層之中的隔水底板，就可以對(duì)有待開挖的深基坑土層之中的地下水進(jìn)行疏干處理，在這種情況下，一般會(huì)采用到的降水控制技術(shù)是井點(diǎn)降水。這種圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該設(shè)置在潛水含水層里面，讓深基坑內(nèi)外的地下水被分離開。此時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)起到隔水的作用，深基坑之中的地下水不能與其他地下水產(chǎn)生聯(lián)系，在降水的過程中，也不會(huì)對(duì)深基坑外部的地下水造成影響。通過這種降水控制方案的應(yīng)用，深基坑內(nèi)部的地下水呈現(xiàn)出二維的流態(tài)，通過隔水的邊界實(shí)現(xiàn)平面滲流。

2.3 承壓含水層與止水結(jié)構(gòu)的深基坑外部減壓降水控制

如果在深基坑的周圍有止水帷幕的設(shè)置，但是帷幕并沒有深入到深基坑的承壓水層之中，而降水井已經(jīng)深入承壓含水層里面，此時(shí)的深基坑降水目的就是將底部承壓含水層的水頭降低，避免深基坑突涌產(chǎn)生流砂或底板隆起等情況發(fā)生。在這樣的情況下，因?yàn)橹顾∧徊粫?huì)對(duì)降水造成影響，基坑的底部承壓水處于內(nèi)外連續(xù)的狀態(tài)，屬于二維流態(tài)的無界基坑平面滲流，在臨近降水井的濾管位置屬于三維空間流。這種降水控制的方法影響范圍比較大，但因?yàn)槠浣德渎┒繁容^平緩，所以抽水過程中所引起的沉降和均勻沉降十分接近[3]。在應(yīng)用這種降水控制方法的時(shí)候，因?yàn)樯形撮_挖的土層之下依然有承壓含水層存在，所以一定要進(jìn)行管涌和抗浮驗(yàn)算，必要的時(shí)候需做減壓處理。

2.4 承壓含水層與完全止水層結(jié)構(gòu)的深基坑內(nèi)部降水控制

如果在深基坑的周圍設(shè)置了止水帷幕，并且帷幕也深入到了承壓水層之中，井點(diǎn)降水的前期主要目的是將深基坑底部的承壓含水層水頭降低，后期主要目的是將承壓含水層疏干。這種圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)立在降水含水層的中部和上部，在深基坑內(nèi)部和外部，大部分的承壓含水層都被這個(gè)結(jié)構(gòu)分隔開，僅僅沒有分隔開含水層的底部。地下水流的上部是潛水含水層，深基坑內(nèi)部和外部地下水是斷開的，沒有水力聯(lián)系，止水帷幕擋住了底部承壓水層的上半部分，但是其下半部分依然是連通的，含水層之上的地下水會(huì)繞流到止水帷幕之中，呈現(xiàn)出三維流態(tài)[4]。

3 基于逆作法施工的深基坑降水控制應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

某商務(wù)辦公樓在上海市浦東新區(qū)，有2棟對(duì)稱的塔樓，屋面的主要高度為91.5 m，兩棟南北的裙樓，最大的高度為16.35 m。在2座塔樓之中，5層以上的主要功能是辦公，4層及4層以下主要功能是商用。在2棟裙樓之中，地下一共有4層，1層和2層是地下的商場(chǎng)，3層和4層是車庫(kù)，地下4層局部進(jìn)行了人防設(shè)置。本次工程之中，深基坑的開挖面積是15 162 m2，周長(zhǎng)是526 m。在深基坑的開挖層之下，有著高承壓的含水層，而且分布比較淺，在局部的深基坑施工之中，基本可以將承壓含水層的頂部揭穿，且含水層有著很大的厚度，不能夠通過止水帷幕將外承壓水阻斷，有著很大的降壓風(fēng)險(xiǎn)。這樣的情況如果得不到有效的處理，將會(huì)造成十分嚴(yán)重的后果，甚至可能讓周邊的路面出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象[5]。土層參數(shù)見表1。

表1 土層參數(shù) 單位：m

3.2 現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)

3.2.1 承壓水頭的高度

在本次工程的擬建場(chǎng)地之中，第⑦1層屬于承壓含水層，因此在工程建設(shè)當(dāng)年的11月1日到12月31日，施工單位就在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果，承壓水頭的深度在7.0～7.2 m。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 抽水試驗(yàn)之中承壓水頭的高度試驗(yàn)結(jié)果

3.2.2 主要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1)通過試驗(yàn)得出，在第⑦層的之中，平均滲透系數(shù)為2.12 m/d，貯水率為1.76×10-3m-1，在第⑦2層的之中，平均滲透系數(shù)為2.39 m/d，貯水率是1.69×10-3m-1。

2)按照本次抽水試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)第⑦層之中抽水井進(jìn)行影響范圍的計(jì)算，其影響范圍的半徑可以達(dá)到121.98 m。

3)根據(jù)本次抽水試驗(yàn)的結(jié)果可以看出單井的抽水試驗(yàn)的出水量為18～28 m3/h。

4)根據(jù)本次抽水試驗(yàn)的結(jié)果可以看出，在承壓水的第⑦1層和第⑦2層，水力有著直接的聯(lián)系。

3.2.3 本次逆作法深基坑工程降水施工的對(duì)策

在本次逆作法深基坑工程的施工之中，因?yàn)榈冖蹖雍偷冖軐佣紝儆谟倌噘|(zhì)的黏土結(jié)構(gòu)，土質(zhì)比較軟弱，滲透性也比較

差，所以很容易出現(xiàn)流變或者是彈簧土情況，特別是在第③夾層之中有著砂質(zhì)粉土的土質(zhì)，其含水量十分豐富，很容易出現(xiàn)液化現(xiàn)象，加之水頭差作用，就很容易出現(xiàn)流砂情況，這對(duì)于深基坑的開挖施工十分不利。所以在進(jìn)行降水控制的過程中，首先應(yīng)該將第⑦1層的降壓井按照實(shí)際的施工深度逐漸開啟，因?yàn)檫@一層有著比較差的滲透性，所以深基坑的降水處理不會(huì)對(duì)外部造成很大影響。其次，在對(duì)電梯井等進(jìn)行開挖的過程中，應(yīng)該將第⑦2層降壓井逐漸開啟，對(duì)承壓水頭的降低起到輔助作用，因?yàn)檫@一層有著比較強(qiáng)的滲透性，會(huì)對(duì)基坑外部的環(huán)境造成比較大的影響，因此，這一層的降壓井應(yīng)該按照實(shí)際的需求進(jìn)行降水處理，并盡可能少抽水。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在應(yīng)用逆作法進(jìn)行深基坑的施工過程中，我們不僅應(yīng)該對(duì)土方的開挖以及深基坑的支護(hù)加以重視，同時(shí)也應(yīng)該對(duì)降水處理做到足夠的重視。通過良好的降水處理，不僅可以保障深基坑施工的質(zhì)量，同時(shí)也可以有效避免一系列安全隱患的存在。這對(duì)于深基坑的安全性以及周邊建筑的安全性都可以起到良好的保護(hù)作用。

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