基于高承压水对深基坑开挖施工的影响研究

孟诗然

【摘要】随着社会的发展，我国的高层建筑越来越多，深基坑施工也越来越多。当坑下有承压水出现时，同时又不断的开挖，承压水水头压力就会挤裂或冲掉土体底部，产生突涌。本文依据复杂地形情况分析，为进一步提升高承压水对深基坑的工艺经验提供参考借鉴与处理办法。

【关键词】深基坑；降水；承压水；减压井；施工技术

1、工程概况

某工程是商住建筑，分为地上40层和地下5层，抗震设防烈度为7度，人防地下室的人防等级为核5级。建筑高度165m，建筑地面积3897m2，总建筑面积71264m2，其中地上54408m2；地下16855m2，本工程±0.000相当于大沽标高3.80m，相当于85国家高层7.6m。地下室基坑开挖相对标高-24.75m、-25.90m（局部最大深坑深度至-29.55m）。基坑围护设计采用地下连续墙桩（作为基坑的防渗止水帷幕）+在桩外侧4道钢筋混凝土水平内支撑体系结构，围护底进入强风化或全风化0.5m，围护深度隔断承压含水层。

2、地质条件

场地地下潜水水位：初见水位埋深2.20m～3.10m。相当于标高1.47m～1.24m。静止水位埋深1.40m～2.30m，相当于标高2.31m～2.19m，地表下层水都属于潜水类别，一般以大气降水补充，由蒸发方式排泄，随着季节变化时，往年都是变幅在0.5m～1.00m左右。本场地的地下水对混凝土结构无腐蚀性，主要赋存于上部杂填土①层及淤泥②层、粉质粘土③、④、⑥层砂土层中。表层地下水属潜水类型，主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化，年水位变幅约0.5m～1.00m。粉质粘土⑧，主要分布于偏低深部的粉质粘土⑧a层粉质粘土、⑧b层粉砂、⑧c层粉质粘土、粉质粘土⑨层、粘土⑩层，本次详勘期间在一般性承压水观测孔Z29，测得地下承压水水位埋深在10.1m～10.3m，相当于“85国家高程”-2.56m～-2.76m。可以作为本工程设计使用参考。

3、基坑施工择选

对基坑围护设计主要采用的是地下连续墙桩（兼止水帷幕）+在桩外侧4道钢筋混凝土水平内支撑体系结构，工程±0.000标高相当于大沽标高3.80m，地面绝对标高约为4.00m（相对标高+0.20m）。表层地下水属潜水类型，主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化，一般年变幅在0.5m～1.00m左右。本场地的地下水对混凝土结构无腐蚀性。对于潜水疏干降水井和单井出水量小于6t/h的降水井，可以采用混凝土直接回填的方法进行降水井封井，对于单井出水量大于6t/h且水位恢复速度较快的降水井封井应采取在井管内先填瓜子片然后注浆再灌注混凝土的封堵方法。

4、抽水试验方案

4.1承压水对基坑的主要影响

承压水对基坑的影响主要体现在对基坑的突涌造成破坏和周围路基的沉降与围护结构产生开裂、甚至空洞造成流砂、地下地基抗浮等问题。对此，我们利用软件在开挖过程中对开挖面层进行基坑验算。在基坑底板有利情况下，底板与承压含水层顶板之间的土压力必须高于安全系数下承压水的顶托力。按照设计要求，本工程第三道支撑完成后，应立即启动减压井的减压降水作业，待承压水水头降至-17.000以下后，方可进行支撑以下土方开挖作业，开挖深度不超过-25.000标高。在进行主楼电梯深坑土方开挖前，应保证承压水水头标高降至-25.000标高以下。上述基坑抗突涌分析和设计要求基本一致，鉴于水文地质条件的复杂性、土层参数的不确定性，实际施工期间按照设计要求进行水位控制。

4.2抽水试验

为了降低承压水龙头，在坑内的四个角都姚设置1口减压井，其余3口都在施工抽水作业。将其中1口视为观测井，同时用承压水抽水试验验证，其基坑内减压降水是否符合基坑开挖至底过程水位降深变化，依据群井降水的水位恢复报告，制定计划，做好突然停电的后续备用电源切换工作。开启抽水试验观测3口减压井Y1～Y3，实测观测井Y4水位自-8.43m降到稳定标高自-29.83m，符合-25.000水位标高的控制范围。基坑停止抽水10min后，观测井水位由-29.83m恢复至-25.65m，按照设计控制水位-25m的要求，如基坑出现停止抽水时间不能超過10min，且随后必须加速抽水。工地已准备好2台柴油式发电机，确保电源可以随时分配切换。依据承压水试验得出的数据，承压水水头压力pwy=Fs·rw·h=1.10·10·（26.54-8.43）=188.21kPa，土压力：pcz=rs·H=9·16.1=188.86kPa。在施工承压水试验期间，承压水龙头压力与上部土压必须平衡，安置减压井对工程有着重要作用。承压水降水过后，水位降低至-29.83m，该基坑最深开挖标高至29.55m，即使不考虑对承压水上覆顶板土压力的情况下，坑内水位也符合基坑开挖至底部的水位监控要求。

4.3水位恢复试验

群井抽水6h后开始进行水位恢复试验，自抽水设备停止，持续监测观测井Y4水位6h。

结语

本次抽水试验开启坑内3口减压井Y1～Y3，实测观测井Y4水位自-8.43m降至稳定标高约-29.83m，满足-25.000m水位标高的控制要求。本基坑共施工4口圆砾层承压水减压井，对此4口井均进行试抽水，所抽井水质清澈，减压降水运行期间开启3口井作为抽水井可满足水位控制需求，另1口井作为备用兼观测井。由于本基坑共1口备用观测井，基坑土方开挖期间必须加强对减压降水井的保护，尤其需防止挖掘机碰撞。实测本基坑停止抽水后观测井水位恢复试验，停止抽水6h后观测井水位基本恢复至初始水位。考虑到基坑地下连续墙虽已进入基岩层，但基岩层可能并非完全的隔水层，另地下连续墙不可避免地存在少量的渗漏水，故坑外水位对坑内水位仍存在一定的补给。基坑单井抽水设备用电约7.5kVA，按4口井计算并考虑损耗，备用电源不应小于45kVA，减压降水应配置独立二级电箱，线路按三相五线制。本次抽水井采用额定流量40m3/h水泵，施工期间基坑减压降水总涌水量<120m3/h（2880m3/d）。抽水试验期间坑内减压降水排水通过污水泵中转，实际降水运行期间应配置备用污水泵，防止造成排水沟拥水。

参考文献：

[1]田景良.关于地铁保护区内新建建筑物施工的研究与应用[D].天津大学，2013.

[2]赵敬法，杜耀进，沈竹骏，李凯.超深基坑中承压水减压降水应用[J].浙江建筑，2015（11）：18-22.

[3]赵晓光，钟逸晨，张雪龙.高承压水对深基坑开挖施工的影响分析[J].施工技术，2016（s1）：169-171.