浅层承压含水层的施工控制分析

张侗

摘要：目前我国深基坑工程的施工较为普遍，特别在沿海地区。该地区上伏都是软土层，地下水位埋深较浅并且具有一定的承压性。在这些地区进行深基坑开挖时对浅层承压水的重视度不高，处理不合理导致出现很所工程问题。本文以工程实例来对浅层承压水的处理过程进行详细分析。通过对施工过程经过科学的管理和精心的监控，将浅层承压水对基坑的危害降到最低。使整个基坑的施工掌握在可控范围之内，配合坑外的回灌施工，在一定程度上控制了地面沉降，将降水对环境的影响控制到最低程度。确保了深大基坑安全开挖和大底板正常施工，同时保证了周边环境的安全和稳定。

关键词：基坑工程微承压水回灌控制

1工程概况

汕头苏宁电器广场位于汕头市长平路与金环路交叉处东南侧，工程周边为已建成或在建高层建筑物及道路主干道，存在各种地下管道及电缆。根据勘察期间掌握的情况，结合三层地下室基坑开挖深度，判定周边道路及周围建筑物均处于受扰动最大区（I区），基坑周边大致环境条件如下：

东面：靠近已建22层财政大厦，裙楼高约40米，主楼高约80米，设置一层地下室，采用钻孔桩基础，距离本工程地下室最大轮廓线约11.60m；靠近时代广场一侧为在建的21层龙光喜来登酒店，高约100米，设置两层地下室，采用钻孔桩基础，距离本工程地下室最大轮廓线约为15.20m。

南面：为潮汕星河大厦北面的区间路，区间路中心线距离本工程地下室最大轮廓线约为23m。而潮汕星河大厦外围墙已接近区间路中心线。潮汕星河大厦主楼高约100米。

西面：紧挨金环路，金环路中心线距离本工程地下室最大轮廓线约25.20m。

北面：紧挨长平路，长平路中心线距离本工程地下室最大轮廓线约22.0m。

基坑总面积约14200m2,基坑总延长约464米，普遍区域开挖深度约15.0m，基础承台区域开挖深度为15.5米，塔楼区域开挖深度约为16.0米，塔楼电梯井深度为3500mm，电梯井区域开挖深度为19.5m。

2场区工程地质及水文地质条件

根据地勘报告，本工程岩土土层分布复杂，根据其物理性能，大致可分为三层：地基浅部杂填土层及高压缩性、流变性、低强度、低渗透性和不均匀性的淤泥质土层；地质情况较好的砂土层、粘土层；用作抗拔桩、抗压桩、栈桥下立柱桩持力层的残积土及强、中风化花岗闪长岩层。

在基坑开挖范围内主要有赋存于第1-2土层中孔隙潜水和第4土层粗砂层（该粗砂层属承压含水层）的层间孔隙承压水，其层顶板最小埋深仅14m，局部地段第3土层(相对隔水层)缺失，第4层砂土直接与第2层淤泥混贝壳层接触，致第2层与第4层存在水力联系。而基坑的开挖深度达15.5m，基坑开挖底板位于第4含水层中，面临严重的地下水威胁。

3基坑降水设计

3.1基坑降水难点分析

根据本工程围护结构特征和拟建场地的地质水文地质特征，本基坑工程的安全极大程度上依赖于基坑降水的成功与否，这使得降水设计的可靠性十分重要。

（1）含水层厚度大、地下水丰富给基坑施工带来很大风险。主要赋存有第4、7、9砂土层及第⑥土层的砂土亚层中，水量较丰。基坑开挖底板位于第4含水层中，面临严重的地下水威胁。止水帷幕已进入第⑤层或⑥层粘土层，隔断了基坑范围内的第④层层间孔隙承压水与外界的水力联系，理论上对浅部富水地层将起到一定的隔水效果，但考虑止水帷幕施工质量仍在不确定性，一旦隔水出现渗漏，特别是在④层粗砂层所在的深度，将会引起坑外水沿渗漏点补给坑内，地层中的砂也会随水涌入坑内，影响基坑的正常施工。

（2）需要考虑降水对周边建（构）筑物的影响，基坑降水后，地表产生沉降变形，从而会对周边环境造成影响，需要分析降水对周边建（构）筑物的影响，特别是周边环境比较复杂。

（3）考虑坑外地下水位监测、补水措施

3.2基坑降水对策

（1）对于开挖范围内的浅层潜水、厚度不大的承压水，采用管井进行疏干处理，井布置的原则：避开坑内工程桩、支撑等；井底基本位于第④层层底。

（2）鉴于围护隔水效果仍存不确定性，且周边管线、建筑物众多，环境保护要求较高，因此在坑外布置适量的第④层坑外应急井兼水位观测井。基坑开挖深度很大，在围护深部出现渗漏时，为防止坑外高水压状态的地下水携带地层砂沿渗漏点渗入坑内，逐渐撕大渗漏点，坑外形成地层空洞，坑外环境沉降变形加剧，可开启坑外井降低坑外水位，减少坑内地下水的补给源。

（4）为减少对环境的影响，在基坑降水后，地表会产生沉降变形，从而会对周边环境造成影响，因此按需降水，严格控制水头，并在坑外布置观测井，应急情况下可以作为回灌使用。

3.3基坑降水设计

基于本工程场地地质条件和水文条件，并根据本工程基坑围护结构的设计情况，采用多滤头深井结合特殊技术的过滤器进行基底以上孔隙潜水的疏干降水

降水设计在基坑内部布置多滤头疏干井，基坑总面积约为14100m2，按照每250m2布设1口疏干井考虑。n=14100/250=56.4，拟定57口疏干井，其井深25m。同时在基坑外设置水位观测井，在坑内降水过程中观测坑外水位，检测止水帷幕的封闭性和地下水的绕流、渗流情况，防止降水对坑外环境产生不良影响。

基坑周边硬化路面出现明显的裂缝出现，并伴随继续增长的趋势。

通过对基坑内外数据和地勘报告的综合分析初步得出基坑在第四层微承压含水层处坑内外存在明显的水力联系，且关系密切。如果按照原有的降水运行方案对第四层的微承压水进行疏干作业会严重威胁到基坑周边的安全。在基坑周围环境严重恶化时第四层微承压水的处理显得尤为重要，关系到整个基坑施工的安全性。通过对地勘、监测资料和总体工期的考虑，在原有降水井的基础上进行重新调整降水运行方案。

1、改变降水井的运行模式，将疏干井改为减压井的运行

2、严格执行按需降水的思路控制坑内水位从而达到控制坑外水位

3、降水区域细分化，将整个基坑分为6块分块降水分块开挖。

4、启用坑外应急回灌井，进行回灌作业。

从基坑第一层开挖时严格按照调整后的运行方案执行从2012年11月30日开始第一层土方的开挖工作是开挖深度较浅地自然地下水位低于开挖面不用进行降水作业，1月4日开始第二层土方开挖，开挖深度-7.65m，先从二区进行开挖，在开挖前1天将二区水位降至-8.0m并保持水位，其他未开挖区不做降水作业，为减少出水量保持开挖区水位在开挖面下50-100cm对各降水井的运行时间做严格控制。严格按照按需降水原，开挖顺序按照2-4-3-1-6-5进行，分区开挖分区降水，2013年3月16日开始开挖第三层土方开挖深度为-13.5m水位降至-14.5m坑内外水位处于可控阶段从放坡挖土的效果来看，尤其是在含水量非常高的淤泥贝壳层中，整个基坑降水非常成功，挖机和土方车都直接下坡道挖土，挖土断面也几乎接近垂直。

6月16开始陆续进入基坑大底板开挖阶段，开挖过程中四层上部较薄的粘土隔水层与上部图层界限明显底板承台深处揭露第四层粗砂层，砂质纯净无杂质，含水量丰富。

底板开挖深度已经揭露第四层微承压含水层坑内外水位又有明显的水力联系，如果不对其进行严格的处理，基坑发生管涌的风险很大。从整体的开挖效果及基坑监测资料来看，此次对微承压水的控制很成功

5坑外回灌及周边环境控制

从2012年10月开始试运行后，根据基坑监测资料和坑内相关数据显示基坑围护结构并没有完全隔断第四层微承压含水层。导致坑内降水时坑外的水位整体上随坑内的水位的下降而下降。6区坑外观测井水位变化量已经远远超过报警值，通过对坑内水位的控制后虽有明显的变化但是总体变化趋势呈增加状态。

基坑开挖不仅要保证基坑本身的安全域稳定，而且还要有效的控制基坑周围地层移动以保护周围环境。

1、基坑工程中由于土体挖出，自重力释放，导致坑底向上回弹，这种弹性隆起的特征是坑底中部隆起最高。基坑开挖后支护墙体向坑内位移，当基底面一下部分的墙体向基坑方向变位时推挤墙前土体造成基底隆起，这种隆起是一种塑性隆起；同时在基坑外侧产生较大的塑性区，引起地面沉降。

2、基坑周边近处地面沉降以挖土引起基坑围护变形为主

2、在深基坑开挖中基坑降水导致基坑周围地下水位降低，引起土中孔隙水压力转移、消散，不仅打破了土体原有的力学平衡，有效应力增加；而且水位降落漏斗范围内，水力梯度增加，以体积力形式作用在土体上的渗透力增大。

以上三点共同作用的结果是基坑周围土体发生沉降变形。而容易控制和操作的就是采取人工回灌措施减少降水对基坑周围环境的影响。通过对回灌后坑外水位和各沉降观测点的监测控制坑外土体的地面沉降状态。

表4坑外水位及沉降观测点开挖深度对比曲线图

7结论

7.1微承压水含水层的埋深较浅含水量较为丰富，对基坑安全的威胁很大。在设计是应该考虑到围护理论隔水效果和实际隔水效果的差距。

7.2微承压水一般埋深较浅在深基坑施工中大部分都被围护隔断，但随着降水施工和土方开挖会引起基坑围护的变形导致地面沉降。沉降分析时应该考虑。

参考文献(References)

[1]罗建军，瞿成松，姚天强，上海环球金融中心塔楼基坑降水工程[J]，地下空间与工程学报，

[2]姚天强，曹惠宾等，基坑降水手册[M]，北京：中国建筑工业出版社，2006

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[4]吴林高，李国，方兆昌，等，基坑工程降水案例[M]，北京：人民交通出版社，2009

作者简介：姓名:张侗，性别:男，出生年月：1990.05，民族：汉，籍贯:甘肃庆阳，

学历:大专，职称:助理工程师，研究方向：地下水治理