1、摘要：随着社会发展，基坑的开挖越来越深，如何更经济、更安全、更有效地处理基坑承压水问题越来越重要。结合杭州某地铁深基坑工程，对 4 种常见的承压水处理措施进行了分析，提出深基坑承压水组合式处理方法；采用数值分析软件对隔水帷幕的长度进行了数值模拟分析，计算出最经济的、最合理的围护深度为 63 m；通过现场的抽水试验进一步验证了数值模型的合理性，试验结果也验证了深基坑承压水组合式处理方法的可行性；成果为杭州等地区其他深基坑承压水处理提供有益的参考。关键词：深基坑；承压水；组合式；处理措施中图分类号：U231+.4文献标志码：B文章编号：1009-7716（2023）01-0178-05深基坑承压水
2、组合式处理措施的研究及应用收稿日期：2022-03-17作者简介：代兴云（1992），男，硕士，工程师，从事地下结构设计工作。代兴云，应卫超，孙海明（中国联合工程有限公司，浙江 杭州 310052）DOI:10.16799/ki.csdqyfh.2023.01.0450引言随着社会的不断发展，我国对地下空间的开发程度不断加大，基坑开挖的深度越来越深，基坑突涌的问题逐渐成为基坑设计中最需要关注的问题之一。承压水问题是基坑工程中的老问题，我国也有着较为丰富的处理经验。目前国内承压水的处理方法主要有四种，分别为坑底注浆加固、基坑内注水反压、降低承压水头、设置防渗隔水帷幕。近年来随着新技术的不断发展，
3、李成巍提出 CSM 工法来处理深基坑的承压水问题1；夏春亮研究了高承压水的坑底加固措施2，采用数值模拟的方式对某雨水泵房深基坑 5 种加固方式进行了对比分析，得出满堂加固处理承压水的效果最好。张新明等3-6对高承压水基坑的降水进行了研究，韦扣均等7对某地铁基坑采用多种措施处理承压水，取得了良好的效果。然而，随着基坑开挖深度的不断加深，承压水对基坑的影响，逐渐显示出多样化的风险，只关注基坑突涌问题是不够的；同时，随着社会发展，基坑周边的建构筑物的数量不断增多，大面积、大幅度降低承压水的措施也逐渐被舍弃。因此，如何采用综合性的措施来处理承压水的问题，已成为一项重要的课题。结合某一具体项目，对基坑承
4、压水的组合式处理方法进行分析研究，期望能够为类似项目的承压水处理提供建议与指导。1工程概况1.1工程简介该项目为杭州地铁机场线工程，萧山科技城站萧山国际机场站区间第一个风井，位于杭州湾环线高速与大治河交叉口的雅马哈地块内，周边均为农田与草地；基坑东侧 38 m 处有混凝土厂房，基坑南侧41 m 处为杭州湾环线高速。风井标准段为两柱三跨箱形框架结构，基坑宽度 25 m，长度约 42 m，开挖深度约 24 m，基底位于在1淤泥质黏土夹粉土，潜水水位在地面以下 0.5 m 左右。1.2工程地质水文条件根据勘察报告，如图 1 所示，场地内分布土层分层为：2层素填土（耕土）、4层砂质粉土、3层砂质粉土夹
5、粉砂、5层粉砂、7层砂质粉土夹淤泥质粉质黏土、1层淤泥质黏土夹粉土、3层淤泥质粉质黏土夹粉土、21层粉质黏土夹粉砂、3层粉砂、4层圆砾、1层粉砂、4层圆砾，具体如图 1 所示。基底位于在1淤泥质黏土夹粉土，潜水水位在地面以下 0.5 m 左右。项目场地的承压水主要分布于下部的3层粉砂、4层圆砾、层及层砂砾层中，该层承压水埋深较深，隔水顶板埋深约在地面以下3645 m 左右，隔水层厚度约在 18.032.0 m 左右。根据地勘孔承压水抽水试验成果显示，承压水混合水头埋深为 7.09 m，相当于 85 国家高程的-1.00 m。1.3减压降水必要性分析拟建区间风井基坑开挖深度约 24 m。本次勘察
6、的揭示拟建场地承压水含水层为下部3层粉砂、4URBAN ROADS BRIDGES&FLOOD CONTROL第 1 期（总第 285 期）2023 年 1 月1412管理施工1212178图 1地质断面图（单位：mm）层圆砾、层及层砂砾层，承压水水头压力较大，基坑开挖过程中需进行基坑抗突涌验算。本次风井基坑最大挖深度 24 m，取相应区域勘探孔 XK-JTKG-Z103 进行估算，其中场地整平标高5.65 m，承压水头高程取-1 m；底板标高按-18.3 m进行估算，此时底板到承压含水层的距离为 10.7 m。根据相关规范8计算抗突涌安全系数为 0.68，不满足不小于 1.1 的规范要求，故
7、区间风井基坑需考虑承压水突涌问题。2 承压水处理方案分析2.1处理方案的环境适应性分析2.1.1坑底加固方案对基坑底部的隔水层的土体进行加固，将土体与注浆体充分搅拌融合，增加基坑底部土体的重度或者土体的物理力学参数，从而增加基坑抵抗承压水的能力。根据上述计算，现有的隔水层为 10.7 m，不能满足抗突涌要求，需要增加隔水层厚度。基坑坑底位于1淤泥质土中，如采用高压旋喷桩进行坑底加固，根据加固后效果，1淤泥质土和3淤泥质土加固后土体重度取 20 kN/m3，21粉质黏土夹粉砂加固之后土体重度取 20 kN/m3，3粉砂加固之后土体重度取 21 kN/m3，根据计算加固体后临界厚度至少为 15.5
8、6 m。加固范围较大，成本过高，方法可取但极其不经济。2.1.2基坑注水方案该项目基坑尺寸相对较大，基坑长度 42 m，宽度为 25 m，基坑开挖深度为 24 m；根据地勘承压水主要赋存于下部的3层粉砂、4层圆砾、层及层砂砾层中，隔水顶板埋深约在地面以下 3645 m 左右，隔水层厚度约在 10.7 m 左右；且基坑底部土层主要为淤泥质土，土体重度小，抗剪能力弱；若考虑采用基坑注水，进行水下开挖，经计算开挖至 14 m 深时，就要进行注水，持续注水量为 9 975 m3。基坑底部仍需要采用混凝土底板封底，根据计算，底板厚度需设计为 1.4 m，同时为达到使用时期的抗浮要求，需要设置抗拔桩。水下
9、浇筑抗拔桩和底板混凝土技术要求较高，施工难度较大，施工质量无法保证，且造价也会明显提高。因此，采用注水的开挖方法处理承压水不合理。2.1.3全降水方案现状承压水头埋深 6.56 m，开挖至基坑底时隔水层厚度为 10.7 m，降水井结构图如图 2 所示；根据相关规范计算，要满足安全系数 1.1 的要求，需降低承压水 11.15 m，根据浙江省 建筑基坑工程技术规程（DB33/T10962014）9式 13.4.8 和式 F.0.4 进行计算基坑涌水量及降水井，见表 1 至表 2。全降水降压方案虽然技术上可行，需要在基坑内部布设 19 口承压降水井；但是在基坑开挖的全过程需要保证降水持续进行，若意
10、外断电时间较长，基坑会面临承压水突涌的危险，因此全降水方案存在代兴云，等：深基坑承压水组合式处理措施的研究及应用1214图 2承压水降水管井构造图（单位：mm）2023 年第 1 期1214179施工安全风险；此外，基坑总面积约 1 050 m2，潜水降水井按照每 200 m2一口布设，需布设潜水降水井6 口；风井本身基坑面积并不大，届时基坑内部将有25 口降水井，这对基坑的开挖施工影响极大，将施工进度拖慢很多；同时大面积降水可能引起周边建筑物和地下管线的沉降，综合考虑全降水方案不可行。2.1.4隔水帷幕方案分析设置隔水帷幕的原理主要是增长地下水的渗流途径，同时隔水帷幕若能切断承压水坑内外的联
11、系，则可以避免基坑抗突涌的风险。但本工程承压水层顶粉砂层埋深约 38 m，圆砾层层顶埋深约 51 m，详勘报告未显示圆砾层层底，若采用隔断承压水成本过高，不具备可行性。但通过增加隔水帷幕的长度，以增加承压水的绕流途径，来降低承压水头和基坑涌水量的方式是可以接受的。2.2承压水处理方案通过对上述四种处理承压水的方案分析，发现若仅采用其中一种，要么不经济，要么就是施工风险较大。因此，通过综合分析，拟对本风井选取坑底加固+降低承压水+隔水帷幕的组合方案进行实施。具体施工工序应先施工地连墙隔水帷幕，待地连墙强度达到设计要求后，对基坑底部的淤泥质土进行加固，基坑降水井施工应在加固 24 h 后方可进行，
12、以免造成降水井坍塌堵塞。2.2.1坑底加固由于基坑底部位于1的淤泥质土层中，该层土体的承载力教差，本身亦需要进行加固处理，所以采用高压旋喷桩对基坑底以下 3 m 范围内进行满堂加固，要求加固之后 30 d 强度不小于 1 MPa，加固之后土体的黏聚力为 c=15 kPa，内摩擦角为=20，土体重度为 20 kN/m3，根据 浙江省建筑基坑技术规程（DB33/T 10962014），对于长、宽不大的基坑，基坑底部采用满堂加固的方式，计算坑底承压水抗突涌时，可以按整体顶升考虑。按下式 1 验算：D+cmhk（k=1.2）（1）=lsDS（2）式中：D 为承压含水层顶面至坑底的土层厚度，m；为“折减
13、系数”，取 0.5 1.0,基坑面积小、深度浅、土性差时取低值；为空间效应系数；ls为基坑平面周长，m；s 为基坑平面面积，m2；c 为破裂面的各层土的内聚力（采用固快指标）加权平均值，kPa；为承压含水层顶面至坑底土层的天然重度，kN/m3，对于成层土取加权平均值；h 为承压含水层顶面的压力水头高度，m；w为水的重度，kN/m3。若加固之后采用降水方案，需要降低承压水水头 7.4 m，详见表 3。2.2.2隔水帷幕降水井设计采用隔水帷幕增长承压水的渗流途径，同时在坑内布设承压降水井，坑外设置辅助降水井；在正式施工之前进行抽水试验，以验证降水井的降水效果。为分析隔水帷幕进入承压含水层深度对承压
14、水渗流的影响，拟采用数值模拟的方法对地连墙的插入深度进行计算和分析。本工程承压水层顶粉砂层埋深约 38 m，圆砾层层顶埋深约 51 m，详勘报告未显示圆砾层层底，圆砾层层底深度大于 63 m，本次计算假定圆砾层层底深度 70 m。为确保基坑降水效果，结合围护设计资料，不考虑承压水深度的时候，地连墙墙底深度最浅约 55 m，进入含水层约 3 m，以 55 m 为模型计算基础，依次增加地连墙深度进行计算分析。（1）数值模拟假定拟采用 Modflow 渗流软件进行模拟，为计算方便，将模型中地层均采用厚度相同，渗透系数采用地勘参数；模型边界采用定水头，降水井的单井涌水量按照计算采用 800 m3/d。
15、（2）模型建立如图 3 所示，为计算的准确性，将模型范围 500m500 m，深度为 70 m；模型的上部为地面，模型底部为隔水边界。模型的网格划分按照由基坑向外逐渐变疏的原则，同时考虑基坑的形状、降水井位置、地层状况。四周均按第一类边界条件处理；模型三维立体图见图 4，土层及地连墙的渗透参数见表 4。代兴云，等：深基坑承压水组合式处理措施的研究及应用表 1单井涌水量计算表表 2基坑涌水量及承压降水井计算表过滤器半径r/m过滤器进水长度 L/m含水层渗透系数 K/（md-1）单井出水能力q/（m3d-1）0.2346.65813.88渗透系数K/（md-1）降低水头Sd/m含水层厚度 M/m降
16、水影响半径 R/m基坑涌水量Q/（m3d-1）降水井口数/口46.6511.1560761.6146 99.8219表 3坑底加固后基坑抗突涌计算表孔号h/mw/（kNm-3）D/m/（kNm-3）c/kPa降深/m安全系数Z10329.31012.118.0607.41.22023 年第 1 期180（3）计算结果如图 5 所示，计算分析隔水帷幕最安全、最经济的插入深度，以及所需要的降水井个数。地连墙深度加深后绕流作用明显，进入含水层 312 m，每进入含水层增加 1 m，基坑涌水量减少约为 10；其中，由 7 m 向 12 m 的过渡中，基坑总涌水量减少均超过10；从 1217 m 时，基坑排水量则不再发生大的变化。降水井口数随止水帷幕的加深呈现出与排水量同样的变化，止水帷幕进入含水层 12 m 之后，降水井口数不再发生大的变化。同时考虑到施工方便，基坑内部尽可能的少设置降水井，基坑最终承压水处理方案为：坑底以下 3 m进行高压旋喷桩满堂加固，围护桩总长度为 63 m，进入承压含水层 12 m，坑内设置 4 口承压降水井，2 口承压观测井兼做备用井。2.3实施方案的降水试验效果本次
