淤泥质土地质条件下基坑开挖施工问题及对策

王 力

(滨州市小开河引黄灌溉管理局，山东滨州 256603)

淤泥是在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的天然含水量大于液限、天然孔隙比不小于1.5的黏性土。天然含水量大于液限而天然孔隙比小于1.5但不小于1.0的黏性土或粉土称为淤泥质土，在中国渤海、黄海等沿海地区广泛分布。它具有天然含水率高、孔隙比大、压缩性较高，有流变性、触变性，抗剪强度低、渗透性小等工程性质［1］。

1 工程概况及地质条件

滨州市小开河引黄灌区位于山东省北部，是国家大型引黄灌区，灌区干渠全长96.5km，涉及7个县区，灌溉面积7.33万hm2。受建设资金限制，灌区建成通水后，下游输水渠与部分河流交叉处未按设计建设交叉建筑物，临时在渠道两侧建节制闸拦阻河水维持运行，既影响了河道的正常行洪排涝，在河道过水时污水又易混入干渠，造成下游水质污染。为解决灌区下游水库供水安全，在小开河灌区2013年续建配套与节水改造项目中，在灌区与河流交叉处兴建倒虹吸，引导河水从渠道底部通过。

王山支沟倒虹吸是建筑物之一，施工地点位于滨州市北海新区，王山支沟与小开河灌区交叉处，距滨州北部沿海仅30km。基坑开挖深度在自然地面下6～9m之间，根据设计部门提供的地质勘察报告，在这个深度范围内主要有三个地质层，自上而下为:第一层坝体填筑土，以粉质壤土为主，厚度为1.80～2.40m，层底黄海标高为1.95～2.50m;第二层粉质砂壤土，厚度为7.60～8.10m，流塑，夹杂有机质及贝壳碎片，层底黄海标高为－6.00～－5.60m;第三层黏土，棕褐色，可塑，厚度为3.10～3.50m，层底黄海标高为－9.20～－8.70m。基坑范围内地下水平均埋深1.70～1.85m，稳定水位标高平均为2.55m。

2 基坑开挖施工情况

工程开工前，项目部组织专家论证，依据地质勘查结果及以往施工经验，制定基坑开挖专项施工方案。基坑开挖部分主要是粉质沙壤土，位于地下水位以下，边坡稳定性差，基坑施工时应做好边坡支护，土方开挖边坡比不小于1∶(1.5～2)。倒虹吸底板镇墩承载于第3层黏土层，地基承载力符合设计要求。施工时存在基坑降水问题，粉质砂壤土渗透系数较大，计划在基坑周围设置深井降水，用挖掘机配合自卸汽车进行基坑土方开挖施工。

2.1 深井降水

工程开工后，按照基坑开挖专项施工方案，保证开挖面不带水作业，首先在基坑开挖边线外布置降水深井，环绕基坑四周，间距20m。每口深井采用预制C15无砂混凝土管做井身，管径40cm，井深20m，上口外露出自然地坪0.5m。在井管与土壁之间填入粗制砂滤层，填至距离井口2m，上部缝隙用黏土封口。井内使用2.2kW潜水泵抽排水，汇集入排水总管。详见右图。

2.2 基坑土方开挖

深井降水图

深井降水开始后，考虑到施工工期紧并且雨季即将来临，应尽快完成基坑土方开挖作业，避免泡槽。项目部在降水的同时组织机械和车辆，对地下水位以上的表层土进行开挖作业，采用挖掘机配合自卸车辆挖除厚度1.80～2.40m的第一层坝体填筑土。表层土挖除后，基坑开挖面挖深平均已超过3m，处于地下水位线以下。土壤表观呈灰黄色，湿度很大，夹杂有机质及贝壳碎片，开挖较深的坑槽有明水渗出，虽然放坡比为1∶1.75，但边坡出现溜坡性坍塌。挖掘机湿陷，运输车辆进不去，已经无法继续开挖作业。

到深井降水开始第8天，理论上基坑开挖深度范围内土已疏干，开挖无难度，但依照实际施工现状判定降水没有达到预期目的。对降水深井进行检查发现，只有30%的潜水泵能够漫出水管排水，50%以上的潜水泵只有半管甚至小半管出水。粉质砂壤土渗透系数K 经验值为10－5～10－4cm/s，属中等透水地层，降水深井不出水这种状况在以往施工中没有遇到过。项目部组织专家进行现场考证，结论是工程地质勘察报告仅仅根据颗粒分析即将第二地质层定名为粉质砂壤土，而没有进行深入的工程特性研究。从土层的物理力学性质及土质的表观分析，第二层土天然含水率平均值为35.5，大于液限值27.8，孔隙比标准值为1.267，夹杂有机质及贝壳碎片，施工地点位于渤海湾退海区域，符合淤泥质土的物理特征。淤泥质土具有天然含水率高、孔隙比大、渗透性小等性质，在外力振动或扰动下其结构受到破坏，渗透性显著降低，不易排水固结。其物理力学性质见下页表。

土层物理力学性质表

2.3 施工方案更改

针对淤泥质土天然含水率高、孔隙比大，有流变性、触变性，渗透性小等工程性质，为保证工期，解决施工中遇到的困难，项目部对施工方案进行更改，制定新的施工技术方案并组织实施。

2.3.1 井点降水

深井降水无法继续降低基坑地下水位，项目部在基坑开挖边线外加密深井，阻断坑外侧地下水渗入基坑内侧。在基坑内按顺序划分开挖区段，在预开挖区提前布置区域井点降水系统。每组井点设置为集水管长20m，井点管间距1.5m，埋深6.0m，开挖时将井点降水系统移至下一开挖区。用深井和井点组合降水方案，保证每一开挖区降水时间，疏干地下水，促使土体固结，使机械能够进入开挖面进行作业。

2.3.2 木排桩边坡支护

淤泥质土具有流变性。在最初制定的专项施工方案中，针对粉质沙壤土开挖基坑放坡比定为1∶1.75。随着基坑向下挖深，边坡会随着时间增长而缓慢失稳，发生侧向挤出导致溜坡。因基坑边坡比和开挖边线早在开挖时就已确定，上部边坡已开挖成型，增加边坡比扩大开挖范围在经济上不合理。项目部采用木排桩对易发生坍塌段进行边坡支护，使用直径18～20cm、长5m的原松木，平均间距30cm，采用反铲挖掘机铲斗压入边坡底角。从实际效果上来看，木排桩用于边坡支护安全可靠，经济合理。

2.3.3 沉箱浇筑混凝土镇墩

根据设计图纸，在倒虹吸底板标高下有5个长18m、宽3m、深1.8m的矩形混凝土镇墩。镇墩穿过第二层淤泥质土，承载于第三层黏土之上。在开挖镇墩土方时，表现为严重的流砂状态，边坡流变坍塌严重，无法开挖成型。虽然在镇墩开挖线边缘外侧增加井点降水，但效果不理想。若大面积开挖，则会增加土方开挖量和回填量，增加工程费用，延误工期。项目部决定在镇墩位置采用沉箱施工方案，其主要步骤是:

a.采用钢模板按照混凝土镇墩的尺寸焊接加固成箱型，接缝用橡胶止水带填塞防止透水。

b.测量好镇墩的平面位置尺寸，根据沉箱尺寸标出刃脚下放准确位置;用汽车起重机将钢板沉箱吊至规定位置水平悬放。

c.用高压水枪配合泥浆泵对沉箱底部基槽进行水力冲挖，使沉箱均匀沉降至设计深度。

d.用长臂混凝土泵车输送混凝土进入沉箱内现浇。钢板沉箱不拆除，当箱内混凝土凝固后，镇墩即完成。

3 结语

在本次基坑开挖工程中，由于对淤泥质土的性质没有充分认识，当作普通粉质砂壤土进行处理，以致在实际施工中遇到很多困难，不但增加了施工难度，延长了工期，而且因为被动采取应对处理措施，增加了工程的经济成本。

淤泥质土具有天然含水率高、渗透性小的特点。大面积基坑开挖施工中，在基坑外围布置深井降水，理论上计算好的降水范围因土层实际渗透性低而与实际不符，造成地下水位迟迟降不下去。淤泥质土渗透率各项异性，在不同的方向上渗透性不同，水平方向渗透性大于垂直方向。在施工中应采取深井和井点降水组合的方式，增加水平排水量，加密井点降水系统的水平井点管，才能取得好的降水效果。

在施工开挖中要尽量减小对土体的扰动和振动。先降水，再开挖，地下水位降到开挖线以下之前尽量不动。此次工程在深井降水开始的同时，对表层土进行了开挖作业。挖掘机和运输车辆对土层进行了振动及碾压，导致土质压缩，破坏了其结构，加剧了低透水性的特点，造成天然的高含水无法通过土层渗透，是导致深井降水效果差的另一原因。

在淤泥质土深基坑开挖中，选择合适的边坡比也很重要。虽然说1∶(2～3)的边坡比基本可保证边坡的稳定性，但应该计算大边坡比开挖所增加的土方开挖量和回填量费用及征地费用是否经济合理。在该工程中，基坑上部按照1∶1.75边坡开挖，下部采用木排桩支护，取得了良好的效果。总之，要本着安全可靠、经济可行的原则进行选择。

淤泥质土因其物理特性，在工程施工中存在着较大的难度。在实际施工中应引起重视，对其进行细致的研究，及早采取防治处理措施，制定合理的施工技术方案，而不能单凭老经验办事，施工方案按部就班，一成不变，不但在施工上造成被动，而且增加工程成本。■

王军，刘福臣．对淤泥及淤泥质土定名的商榷［J］．土工基础，2010(3):88-90.