浅析复杂条件下的深基坑开挖施工排水措施

(湖北大禹水利水电建设有限责任公司,湖北 武汉 430061)

1 工程概况

1.1 工程简介

金口二站为新建泵站，位于武汉市江夏区金水闸，是完善和提升金水流域斧头湖和鲁湖水系防洪排涝能力的骨干工程之一。设计流量为96m3/s，为Ⅱ等工程，泵站规模为大(2)型。主要建设内容包括金口二站及其配套设施、工程管理设施等，主要建筑物(主泵房、拦污栅、引水渠、进水池、出口箱涵等)级别为2级，次要建筑物(出口挡墙、消力池、出口段护底护坡等)级别为3级，其他临时性建筑物级别为4级。

1.2 施工条件

a.金口二站主泵房左侧为金水闸，右侧为金口电排站，前临金水河，后靠金水闸段长江大堤(其部分堤顶为S102省道)，施工场地狭窄。

b.泵房地面高程24.0～28.0m；设计建基面高程为 5.76m，其开挖深度为18.0～22.0m，主泵房基坑为深基坑，开挖边坡属高边坡。受两侧建筑物限制，设计开挖边坡较陡。为保证左侧金水闸安全稳定，设计在基坑左侧布置了两排支护桩。

c.泵站基坑左侧紧邻金水河，2017年基坑开挖期间(9—10月)正值金水河秋汛，降雨频繁，造成金水河水位高(水位持续在高程21.00m以上)、持续时间长。

e.基坑开挖土层多为黏土与碎石土，遇水易软化，容易造成边坡垮塌；土体受积水浸泡后，易形成稀泥。

2 基坑开挖过程中遇到的困难及原因分析

2.1 基坑开挖过程中遇到的困难

金口二站主泵房基坑在开挖过程中渗水严重，造成开挖作业面积水，边坡垮塌，导致施工进度缓慢，施工安全得不到保障。基坑开挖期间遇到的困难如下：

a.2017年9月8日，基坑开挖至高程14.5m时，主泵房49号基础灌注桩附近出现渗水，渗水量大，渗水中无砂土流出。

b.基坑开挖至高程14.0m以下作业面时，渗水点逐渐增多，渗水严重；开挖至设计高程8.50m时，基坑先后出现多处渗水点，现场统计有8处，其中渗水量较大有3处，且渗水点分散，造成基坑积水量增大，排水困难。

c.主泵房基坑靠副厂房、安装间、防洪闸侧边坡出现裂缝，并有发展的趋势；2017年10月9日，主泵房基坑靠防洪闸与副厂房侧发生局部塌方。

d.基坑渗水因点多面广不能及时排除，造成开挖作业面积水严重。土体受积水浸泡，在开挖面形成大量稀泥。

e.主厂房建基面积水，不能干地施工，影响后序底板混凝土施工按时展开，施工进度滞后计划13天。

2.2 原因分析

a.经查探，49号基础灌注桩附近渗水点为地质钻孔涌水。钻孔孔底已伸入基岩，由于基岩岩体存在裂隙及渗水通道，受金水河水位与开挖面7m水位差形成渗水压力的影响，基岩渗水不断从地质孔中涌出。

b.基坑开挖至主厂房建基面(高程5.76m)后，金水河水位与基坑建基面之间的水位差达到15m以上。受基础覆盖层减薄、渗水压力增大、基岩岩体存在裂隙及渗水通道等因素的影响，基坑内涌水点逐渐增多，积水严重，见图1。

图1 基坑被积水浸泡

c.受周边建筑物限制、施工场地狭窄等条件影响，靠近副厂房、安装间侧的主厂房基坑设计边坡很陡(1∶0.1)，开挖过程中边坡多处出现渗水，致使边坡土压力增大，造成副厂房、防洪闸、安装间侧边坡局部垮塌，见图2。

图2 基坑边坡局部塌方

d.基坑涌水点点多面广，未能及时有效封堵、疏导，导致渗水漫流，集中至地势低的开挖面，形成大量积水。开挖面土层为黏土与碎石土，遇水软化，被积水浸泡后形成大量稀泥，造成人工清理、机械挖运非常困难，不能及时将稀泥土方运出，严重影响基坑开挖施工进度。

e.因施工场地狭窄，基坑主厂房建基面范围外没有场地开挖排水沟和集水井，只能在建基面内布置内排水沟和集水井。由于基坑内涌水点多、量大，形成渗水漫流，致使主厂房建基面积水抽排不净，无法干地施工。

3 解决办法及实施效果

为保证施工安全和深基坑边坡稳定，保证基坑干地施工并加快施工进度，项目部采取了以下施工措施：

3.1 原地质孔涌水点封堵

3.1.1 原设计封堵方法

原封堵方案为取黏土柱、外包PVC管(长1～2m)，采用地质钻机下放，拟利用土体柱的重量进行压盖封堵，由于孔口四围封闭不严，导致四周涌水不断，封堵效果很差，封堵不成功。

3.1.2 新的封堵方法

新的封堵方法的施工工艺如下：

a.将水泥与水玻璃按1∶1的比例拌制成凝结混合物。

b.在事先准备好的木桩端头包裹棉絮，将预先拌制的混合物涂抹在棉絮上。

c.用挖掘机将木桩打入原地质孔涌点，封堵涌水点，并用水泥浆封闭孔口。

3.1.3 实施效果

改变封堵方法后，封闭了该处涌水点，达到了预期的封堵效果，为高程14.5～8.5m范围土方开挖创造了干地施工条件。因基坑底部渗水点多面广，不能采取该方法进行全部封堵。

3.2 边坡渗水垮坡后的处理

3.2.1 施工措施

a.开挖后的高边坡及时预埋PVC排水管、挂网喷锚支护。排水孔内三层反滤，15cm中粗砂、15cm小石、20cm中石。土侧孔口包裹土工布，孔深2m，PVC管长1m，倾角5°，见图3～图4。

图3 混凝土喷护示意图

图4 坡面排水孔大样图

b.防洪闸侧坡面上因渗水量大造成的塌方处，先人工清理边坡，然后回填砂石反滤料，埋设PVC软管将渗水点水引至建基面，排向集水井，最后挂网喷锚支护恢复坡面。

c.靠副厂房侧高边坡垮塌处，先利用挖掘机对边坡高程12.5m以上土方进行削坡减载，削坡后的坡比为1∶1.25；然后埋设排水管，挂网喷锚支护。

3.2.2 实施效果

实施后，副厂房侧高边坡未发生垮塌现象，坡顶也未出现裂缝；靠防洪闸侧边坡也稳定下来，未再发生垮坡现象。

3.3 建基面积水引排

3.3.1 施工措施

图5 排水系统布置

a.为保证主厂房建基面可以干地施工，及时将积水引走，对主厂房高程5.76m建基面以下基础换填碎石，控制深度1m，使其形成透水盲沟，将基坑四周的渗水汇集到主厂房建基面内的1号集水井(见图5)，并埋设灌浆管为后期对基础进行灌浆处理做准备。灌浆管为φ50钢管，沿换填区梅花形布置，间、排距约1.5m，高度伸出主厂房底板混凝土面10cm，并在底部包裹一层土工布，以防混凝土堵塞孔口。

b.在主厂房与进水前池之间设置排水沟，排水沟首末两端设置两个集水井，分别布设在主厂房建基面(靠防洪闸侧)与进水前池内。通过两根φ200 PVC 管连接两集水井，形成1∶300的自流坡降，将主泵房的积水通过PVC排水管引入位于进水前池内的2号集水井内。

c.管道四周采用细砂回填密实，上部回填碎石，保证干地施工，并埋设灌浆管满足后期基础处理需要。灌浆管沿排水暗管上部换填区布置一排，间距约1.5m，其他施工技术要求同上。

d.投入3台15kW泥浆泵和2台7.5kW污水泵将2号集水坑内的积水及时抽排至金水河，并派专人值班。

e.回填灌浆：采用水泥净浆灌浆。施工时间：主厂房底板混凝土施工完毕，待宽缝混凝土具备一定的强度后，开始进行回填灌浆。施工前，按相关规范要求进行灌浆试验，通过试拌，检测水泥碎石结石的渗透系数[是否低于原土层渗透系数K=(3.0～5.0)×(10-4～10-5)cm/s],确定水泥浆的水灰比为0.5∶1，浆液比重1.83。初定灌浆压力小于0.5MPa。正式灌浆前，先用手持式风钻对灌浆孔底部的垫层混凝土进行钻孔，保证灌浆孔通畅。

3.3.2 实施效果

基坑积水通过自流的方式全部引至2号集水井，通过加大抽排能力及时将积水排向金水河，保证了基坑干地施工，加快了施工进度。见图6～图8。

图6 布置排水系统前的基面

图7 埋设排水暗管

图8 布置排水系统后的基面

2018年1月20～23日对基础换填区进行回填灌浆，灌浆压力小于0.4MPa，水泥浆的水灰比为0.5∶1，7天后对灌浆部位进行了简易压水试验，经检测其渗透系数低于原土层渗透系数，换填区不存在渗透稳定问题。

通过采取以上措施，加快了主泵房基坑开挖进度，主泵房基坑土方开挖于2017年10月21日完成，并于2017年10月23日顺利通过了主泵房基础验收小组的验收，比计划目标提前7天。

4 结 语

水利工程深基坑开挖因施工条件、地质情况等不同，在开挖过程中遇到的困难各不相同，所采取的降排水措施也各不相同。武汉市金口二站基坑开挖时所面临的施工情况较为复杂，一是汛末施工，遇秋汛，基坑左侧金水河河水位高，基坑面临渗、涌水压力大；二是基坑开挖到底部时，建基面多处出现涌水，且基础出现液化情况。在此情况下项目部采取了多项施工排水措施，对地质孔涌水点采用原木封堵，需在原木端头包裹防漏棉絮后利用挖掘机铲斗将原木压入孔中封堵严实，此方法简单实用；在建基面多处出现涌水，且基础出现液化的情况下，采用盲沟和碎石换填法将基坑涌水汇集到基坑外集水井，可以保证干地施工。待底板混凝土具备一定强度后须及时对换填区基础进行灌浆处理。