扬州某深基坑地下水治理分析

扬州某深基坑地下水治理分析

郭峰

（上海广联环境岩土工程股份有限公司）

摘 要：中航宝胜海洋工程电缆项目101a号交联立塔工程地下室基坑

开挖深度一般为12.50m，落深坑落深1.2m，该工程水文地质及周边环境复杂，地下水丰富，地下水治理难度较大。施工单位在基坑开挖过程中发生基坑地下水突涌，出水量达100方/小时以上，为科学有效地控制住地下水突涌，对该场地水文地质特征及周边工况进行了仔细分析，为地下水治理方案的确定提供了宝贵依据，最终达到了地下水治理的目的，并为类似基坑工程地下水治理提供了参考意见。

关键字：水文地质 基坑地下水突涌 地下水治理

1引言

在各类基坑工程中，深基坑工程是基坑地下水突涌风险最大的工程类型之一。这几年，随着中国建筑行业的不断发展，许多大城市地下空间不断向下开发，施工面积也越来越大，地下空间的施工和深基坑施工紧密相连，随着深基坑的开挖深度越来越深，由此出现了很多基坑地下水突涌事故。这些基坑地下水突涌事故给施工单位造成了很大的经济损失，有些事故甚至造成了大量人员伤亡。这些事故表明，深基坑工程中对于地下水的施工至关重要.

扬州地区地下水丰富，随着基坑开挖的加深，越来越多的基坑工程在施工过程中出现了基坑地下水突涌，有些施工单位对地下水处理不当，地下水治理不够及时，结果造成了基坑坍塌、地面沉降等严重事故，致使施工工期延误，给施工单位经济上带来重大损失，也给基坑安全和周边环境造成了很大危害。

本文以扬州某工程为例，通过对地下水治理过程中的分析，总结了一些针对基坑地下水突涌后综合治理的经验。

2项目概况

2.1基坑概况

中航宝胜海洋工程电缆项目101a号交联立塔工程地下室基坑长度约为50米，宽度为47米，基坑开挖深度一般为12.50m，落深坑落深1.2m。

基坑各侧均采用直径φ850@1200三轴水泥搅拌桩阻（止）水，支护结构采用一级放坡+钢筋混凝土钻孔灌注桩排桩+二道内支撑。基坑各侧钻孔灌注桩之间土体均采用φ500@1400高压旋喷桩进行加固。基坑各侧开挖深度范围内钻孔灌注桩之间的桩间土体均采用钢筋网片（∅8@200×200）C20喷射细石混凝土（厚8cm）进行保护。

2.2水文地质条件

场地地层按成因类型、岩土质特征自上而下分述如下：

①层（Q4 ml）：主要为灰黄、灰色粉质粘土、粉土层，里面含植物根茎，为素填土，局部为耕作土；局部为民房的砼路面及地坪，杂碎砖、碎瓦、等建筑垃圾；土质软硬不是很均匀，场地普遍分布，层厚0.6～2.0m。

②层(Q4 al-pl)：主要为灰、褐灰色淤泥质粉质粘土，其中粉土、粉砂呈互层状；有一定光泽，干强度、韧性中等，状态呈软塑～流塑。该层土场地均存在，层厚9.5～13.4m。

②′层(Q4 al-pl)：主要为灰色粉土夹薄层粉质粘土，为互层状；为湿状态，摇震反应迅速，没有光泽反应，干强度、韧性属性低，状态为松散～稍密。主要为透镜体，局部分布，层厚1.4～4.1m。

③层(Q4 al-pl)：灰色粉土，里面夹粉质粘土薄层，部分呈互层状，为湿状态，摇震反应迅速，未有光泽反应，干强度、韧性属性低，状态呈稍密～中密。该层土场地普遍分布，层厚9.4～13.9m。

④层(Q4 al-pl)：灰色粉砂、粉土层，局部夹有粉质粘土薄层。摇震反应迅速，没有光泽反应，呈中密～密实状态，场地均有分布，层厚8.6～15.0m。

⑤层(Q4 al-pl)：主要为灰色粉砂、细砂层，里面含云母片，局部有贝壳、碎屑等，摇震反应迅速，没有光泽反应，较密实，场地均有分布，层厚20.0～22.0m。

⑥层(Q4 al-pl)：主要为黄灰、灰和青灰色砾砂、及含砾的中粗砂层：局部夹有粉、细砂层，有些局部杂卵砾石，勘察揭示卵砾石直径为0.5～7.0cm，实际地层中卵砾石直径可能更大；卵砾石含量一般10％～20％，局部30％左右。卵砾石主要为杂色的石英砂岩、灰岩、细砂岩、角砾岩、火山岩等硬质岩。卵砾石为砂质胶结。重型圆锥动力触探试验测得N63.5=22～90击，密实状态。场地普遍分布，层厚20.5～22.0m。

典型地质剖面图见图2.2-1。

图2.2-1 典型地质剖面图

2.3原降水方案

本工程基坑内布置降水管井16口，深度为25米，主要布置在地下室侧墙外侧；基坑外侧布置减压管井12口；深度为25米；整个基坑降水共布降水、减压管井28口。

2.4、现场涌水情况及已采取的措施简述

（1）基坑发生严重涌水后采取回填并在涌水周边使用沙袋形成围堰，同时采用抽水泵抽取围堰内的涌水；同时针对涌水处放置护筒（护筒直径1m），护筒进入土层约1m。

图2.4-1 涌水位置图

（2）施工单位在对基坑涌水处回填后在坑外补打6口抽水井，井深38m（28m滤管，9m实管，1m沉淀管）；在坑内补打5口抽水井，3口井深23m，2口井深11m。水量10～50T不等。由于部分井出水量偏小，涌水处水位未见下降，施工单位特委托我单位对该基坑地下水突涌进行治理。

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3、工程风险分析及地下水治理措施

（1）根据委托方提供的资料，本工程支撑体系仅采用四个角撑，无对撑，此支撑体系难以控制基坑变形，长边变形易导致围护桩的错位，从而增大基坑内部的地下水补给。

（2）基坑多次、长时间的涌水，涌砂，已严重扰动地层结构，现阶段涌水周边区域地层属性已非原勘察报告中所显示。

（3）本工程周边水系发达，距离长江（800米以内）、运河（300以内）较近，场地地下水与长江水系水力联系密切。

综合以上三点，针对本工程现阶段涌水区域及本基坑后续施工对地下水安全水位的要求，制定如下的地下水治理原则及措施：

（1）以基坑周边截水为主，对应的措施是基坑外围布设降水深井，减弱周边地下水（系）对基坑内部的补给。

①基坑外设计布置20口降水深井： 38m井深18口及45m井深2口，其中38m深井井底至④层层底，45m井底进入⑤层约8m。基坑内布置4口井，井深38米（自然地平面以下）。

②基坑南侧，长江水系补给一侧降水深井井间距按照约10~11m布置；西侧结合现有外围降水井，布置3口；其余两侧按照12~15m布置。坑内井位置尽量靠近涌水处。

基坑周边截水深井开启运行后，预估降水效果详见“4、”

（2）考虑基坑后续开挖、施工的要求，基坑周边截水深井开启运行后，根据基坑内的水位情况进一步决定基坑内部是否需增补部分降水井以进一步降低水位至开挖面以下。

4、预估降水效果

4.1 地下水三维非稳定渗流数值模型

模拟平面范围根据以下原则确定：以本工程基坑为中心，边界布置在降水井影响半径以外，依次分为浅部填土/淤泥质土层及③、④、⑤、⑥、⑦含水层。

（1）含水层的结构特征及网格剖分

本次剖分情况见图4.1-1～4.1-2。

图4.1-1  数值模型平面剖分图 

图4.1-2  数值模型垂向剖分图

（2）水力特征

模拟区可概化成非均质水平向各向同性的三维非稳定地下水渗流系统。模拟区水文地质渗流系统通过概化、单元剖分，即可形成为地下水三维非稳定渗流模型。

（3）边界条件处理

将模型边界定义为定水头边界，水位不变；长江水系区域定义为定水头边界，水位不变。定水头边界如图4.1-3所示。

图4.1-3  定水头平面图

4.2降水预测分析

通过上面所建模型，预测基坑四周降水井启动时的水位埋深、降深等值线如下：

图4.2-1  抽水后，地下水水位埋深等值线图（m）

图4.2-2  抽水后，水位降深等值线图（m）

基坑四周降水井开动运行后，理论上基坑内水位埋深能达到13.8m，位于基坑开挖面以下。

5施工过程中的难点：

（1）总包工期紧迫，总包要求我方8天必须成井结束，时间紧任务重。

（2）成井过程中，坑外井在施工中由于地层原因容易发生“跑浆”现象（实际成井至28m时，跑浆）而且孔内上部3米为回填垃圾；坑内井位置处在本工程涌水、涌沙区域，施工面狭窄，该区域前期已经被布置数口降水井并且每口降水井都安装有护筒。

（3）运行：根据方案及成井实际情况此次抽水全部使用大功率（12.5kw~30kw）水泵，全部开启后，现场排水措施满足不了排水。

综合以上几点，针对本工程现阶段涌水区域抢险施工及施工过程中遇到的难点，采取了如下的地下水治理原则及解决措施：

（1）为了保证总包单位在预定时间按期开挖，我部立即组建项目部，项目部人员由经验丰富的老员工组成，并及时安排钻机时进场施工。项目部管理人员与班组全体同心协力，科学组织施工，加大人、材、机的投入，奋力拼搏，最终按时完成成井工作，保证了总包的工期。

（2）针对成井中“跑浆”现象，根据方案要求和实际成井过程中摸索经验，将部分坑外容易发生跑浆部位的降水井进行移位，尽量避免跑浆发生（坑外实际出现9口降水井跑浆），如果遇到成井过程中跑浆现象，采取了调高泥浆比重，加快成井时间等措施，保证了成井速度和质量。

针对坑内井施工区域狭窄，与总包协商将部分不必要的护筒进行拆除，用挖机将施工区域进行回填，回填至钻机成井需要。

（3）由于现场总包排水措施不能满足全部降水井开启方量，抢险任务关键时期，水泵不能停。现场抽水班组将部分降水井排水管接长，接至场地外其他排水通道，从而保证正常的运行。

6结论

地下水治理是一个负责的过程，在治理过程中与多方面有因素相关；它要求不仅有过硬的专业知识，同时还应具备丰富的施工经验。本工程基坑开挖较深，周边环境复杂，施工前通过对场地水文地质特征及施工过程进行了详细的调查及分析，制定了详细周密的地下水治理方案，同时在施工过程中根据现场工况及时调整施工方法，最终在最短的时间内完成了地下水的治理，为施工单位及时处理了基坑地下水突涌问题，达到降低基坑施工安全的目的，也为日后类似工程积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1]管祥霖.施工技术.建筑工程深基坑开挖技术降水工程施工技术的应用.2011.5

[2]蒋红星、李龙、冯芳.中国煤田地质.深基坑支护工程中的地下水防治问题研究。2003.2 第15卷1期

[1]孟春波.城市建设理论研究.浅谈深基坑支护工程中的地下水防治.2021.24

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