地下水在深基坑开挖过程中对支护结构的影响分析

王建国

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 武汉 430000）

地下水在深基坑开挖过程中对支护结构的影响分析

王建国

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 武汉 430000）

基坑开挖施工中，地下水的作用机制主要体现为通过改变土层土质的物理和化学结构，使岩土体被稀泥化、软化，使其具有了流动性，从而造成基坑开挖过程中开挖面土体对支护结构的反压力流失，导致围护结构支护结构受到了严重的破坏。

基坑；地下水；支护结构；破坏

1 引言

近几年来随着城市地铁的高速发展，深基坑安全施工已经成为我们当前面临的重点问题。地下水作为岩土中的重要组成部分，对工程施工是一个不利因素，尤其是在深基坑工程中，地下水的存在对基坑的开挖造成十分不利的影响。根据以往的工程经验，基坑事故的发生大多地下水有关，而地铁工程基坑往往都是深基坑，在基坑开挖过程中需要大面积的降水和止水，若对基坑中地下水处理不当，容易造成施工过程中因基底土体软化、基坑内外渗流而引起围护结构变形和周边地表沉降等现象，对施工造成极大的干扰，严重时甚至造成基坑垮塌等安全事故。因此，在基坑开挖过程中，我们必须将地下水当做“头号大敌”，严格控制好开挖过程中地下水的问题。

2 地下水对基坑开挖支护的影响

在基坑开挖过程中，通常采用井点降水来达到降低水位、固结土体、稳定边坡和便于开挖的目的。开挖时，地下水对基坑开挖的影响主要表现为：

（1）基底承压水突涌导致土体失稳，不利于支护结构的稳定。

（2）基坑内、外渗流引起支护结构背后土体流失，加大支护结构变形。

（3）基底明水长期浸泡，软化基底土体，引起支护结构变形量增大。

3 施工中控制地下水的措施

基坑开挖支护施工时，首先应考虑相关因素影响：

（1）基坑围护体系规律，其变形可以分为两个阶段：①开挖到设计标高时的变形；②到底板结束时的位移。而第二阶段的变形与基坑暴露时间有关，暴露时间越长，风险性越大。

（2）基坑工程的受力特点是大面积卸载，坑周围和坑底应力场从原始条件逐渐降低。基坑开始开挖后，通过降水使得地下水位低于开挖面以下0.5～1.0m，保证开挖面土体的干燥，对保护坑底土体不受施工扰动、土体应力不松弛具有重要作用。

（3）基坑周边超载，增加墙后土体压力及滑动力矩，降低围护体系的安全度。

（4）由于大量卸荷，坑周围应力场变化，地面或多或少会产生许多裂纹，降雨或施工用水进入土体会降低土体的强度，并增加土压力。

对此，施工中必须设法减少土体中有效应力的变化，提高土的抗剪强度和刚度，确保深基坑工程的土方开挖施工在“干”状态下的施工。

降水是使地下水位保持在基坑底面0.5～1.0m以下，方便挖土与底板“干”作业。降水方法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点与深井井点等，以管井井点降水为例，在实际中常有以下情况发生：①开挖前降水过量；②在淤泥质土中降水效果不明显，开挖时在机械挤压下又有水流出；③水泵不能连续运转，降降停停等。这些都将导致基坑围护结构变形量增大和周边地面的不均匀沉降与开裂。对基坑的稳定性与周边道路、房屋建筑等的正常使用带来的威胁。

排水是解决上部土层滞水与降雨积水的疏排。对土层滞水常用截水沟——集水井的方式明排水；对于降雨积水则应在雨后做好及时的疏排，特别是在基坑边已发现裂缝的情况下，防止雨水回灌，裂缝进一步发育，最终导致地面塌陷，支护结构严重变形，甚至基坑整体失稳。

4 工程实例

广州市轨道交通六号线二期工程地处广州市萝岗区，周边有暹岗新村、规划绿地，萝岗分局110指挥中心及在建的萝岗区综合医院。车站基坑平面为异形结构地下二层岛式站台车站，换乘节点区为地下三层，双柱三跨钢筋混凝土结构。车站全长344m，标准段宽为22.8m，深度16.7～19.0m，换乘节点开挖深度为25.6m，车站基坑平面为异形结构。

车站基坑内地质情况自上而下依次为：<1>人工填土、<4-2A>淤泥层、<3-2>中粗砂层、<3-3>砾砂层、<4N-2>淤泥质土、<4N-3>坡积土层、<5H-2>花岗岩残积土、<6H>花岗岩石全风化带、<7H>花岗岩石强风化带、<8H>花岗岩石中风化带、<9H>花岗岩石微风化带。其中，<9-1>花岗岩残积土和全风化花岗闪长岩原岩结构已基本破坏，矿物中除石英外大部分矿物风化土状，具有遇水易崩解的特性。车站基底位于<5H-2>和<6H>地层中。

地下水主要有两种基本类型，分别为松散土层孔隙水和基岩裂隙水，地下水稳定水位埋深为0.8～5.30m，平均埋深约为3.31m，水位标高为21.52～30.84m，平均标高为 25.22m。

基坑支护结构采用地下连续墙+三道混凝土支撑的形式，换乘节点采用地下连续墙+四道混凝土支撑的形式，其中地连墙接头采用的是工字钢接头，并且基坑东西侧施工两排止水帷幕，帷幕深度为地连墙墙底以上2m。基坑内采用深井井管降水，管径为600mm，共布设75口。

基坑自8月20日开始开挖土方，至11月1日为止，基坑北端0～40m处开挖13m深，架设两道钢筋混凝土支撑；基坑北端40～120m处土方开挖，架设一道钢筋混凝土支撑。此时，北端头围护墙在12m深度处的水平位移达到19.53mm，且每天变形量增大1～2mm，接近报警值（21mm）；已开挖基坑的东侧道路沉降值均以超过报警值（21mm），且每天平均下沉2mm左右，最大沉降点累计达到48.91mm。

图1 基坑开挖示意图

为此，工地现场立即停止土方开挖，并召开紧急讨论会，最后查找到问题的原因为：

（1）地连墙接头施工质量不合格，存在漏水情况，导致坑外水土流失，引起地表沉降；

（2）基坑内外水系连通，坑外水位高于坑内水位，在高水位差的压力下，坑外地下水从地连墙底绕流至基坑内，发生局部涌水现象，致使基底土体软化，加剧围护墙的变形。

处理方案：

针对基坑出现的情况，现场采取了三项措施：

（1）采用双重管旋喷桩对地连墙接头注浆加固进行堵漏；

（2）在基坑外止水帷幕部位重新进行钻孔注浆，用于隔断基坑内外水系联系；

（3）在基坑开挖面处人工开挖排水明沟和集水坑，抽排基坑内明水。

5 结论

基坑开挖支护的稳定与否，很大程度上都会受到基坑地下水的影响，地下水的处理直接决定着基坑能否安全开挖支护，在深基坑开挖支护的施工中，必须做到以下几点：

（1）加强前期围护结构和止水帷幕的施工质量，尽量处理好接头部位，避免在后期基坑开挖过程中发生渗、漏水等情况。

（2）基坑开挖前，提前做好地质补勘和基坑降水试验，对基坑内本身的土质情况、地下水位和土体渗水性等充分了解，以便为下一步的开挖工作做好充分的准备。

[1]中华人民共和国行业标准.《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）.北京：中国建筑工业出版社，1999.

[2]陈希哲，编著.土力学地基基础.北京：清华大学出版社，1997.

[3]陈忠汉，黄书秩，程丽萍，编著.深基坑工程.北京：机械工业出版社，1999.

TU753

A

1004-7344（2016）04-0154-02

2016-1-20

王建国（1986-），男，助理工程师，本科，任机关工程管理部副经理。