采用组合降水解决互层土基坑难于开挖的问题

曹保山

（中建筑港集团有限公司，山东 青岛266032）

1 软土地区组合降水解决深基坑开挖的现状

软土地区深基坑支护工程中是一项复杂、安全性要求高的工程，在长江下游冲积平原区，地下水位高，淤泥质土层厚，深基坑支护工程的风险更大，主要研究地貌分区属长江下游冲积平原区，地貌类型属长江三角洲平原的古河口沙嘴地貌。为了研究深基坑开挖之前实施长时间基坑降水对软土地区深基坑工程稳定性的作用效果，在深基坑开挖之前，进行了为期90d的基坑降水，并在基坑降水过程中的不同阶段进行了现场钻深取土及室内土工试验，分析了土体物理力学指标的变化情况。试验结果表明，基坑长期降水可以提高软土的压缩模量、内摩擦角和积聚力，改善软土的软硬状态，有限元计算结果显示：开挖前长期降水对提高软土地区深基坑的稳定性，减小支护结构变形具有良好的作用效果。

深基坑工程是岩土工程中一个古老的传统课题，同时又是一个综合性岩土工程课题，随着工程建设规模的不断扩大，地面空间日趋紧张，地下空间的开发利用已日益受到人们的重视，大量高层建筑、地铁隧道、市政工程、桥梁、船闸等大型工程的建设，产生了众多形态的深、大基坑，深基坑支护工程受多种复杂因素的相互影响[1～4]，涉及土力学、水力学、结构力学、材料力学、弹性力学、混凝土结构、土与结构的共同作用等多门学科技专业，深基坑工程不仅要保证基坑自身的稳定，还要满足变形控制要求，以确保深基坑周围原有建筑物、构筑物、地下管线及道路的安全。

2 组合降水解决深基坑开挖的成功案例

在长江下游冲积平原区，选取扬州施桥三线船闸深基坑为例，该场地地貌分区属长江下游冲积平原区，地貌类型属长江三角洲平原的古河口沙嘴地貌。场地地势较为平坦，地面高程▽3.0～▽4.5（85国家高程，下同）；当地地下水位高，土分类按《渠化工程地质勘察规范》命名。根据勘测结果显示共分12层，其中①层为素填土，其下诸层为第四系全新统（Q4）冲、洪积层，土质主要如下：

①层：素填土，粉质粘土杂砂质粉土，土质软硬不均。

②层：粉质粘土、粘土，流～软塑状态，高压缩性，工程力学强度较低。

②’层：粉砂、砂质粉土，中压缩性，工程力学强度一般。

③－1层：砂质粉土，间薄层粉质粘土，松散状态，中压缩性，工程力学强度一般～较低。

③－2层：粉质粘土，间薄层砂质粉土，局部互夹，可塑状态，中～高压缩性，工程力学强度较低。

③－3层：粉砂，间薄层粉质粘土，稍密～中密状态，中压缩性，工程力学强度一般。

④－1层：粉质粘土、粘土，间薄层砂质粉土，软～流塑状态，高压缩性，工程力学强度较低。

④－2层：粉质粘土、粘土与砂质粉土互层，软～流塑状态，中～高压缩性，工程力学强度一般。

⑥层：砂质粉土，间薄层粉质粘土，中密～稍密，中压缩性，工程力学强度一般～中等。

⑦层：粉质粘土、间薄层砂质粉土，软塑状态，中压缩性，工程力学强度一般。

⑧层：粉砂，间薄层粉质粘土，密实状态，中压缩性，工程力学强度高。

⑧’层：粉质粘土、间薄层粉砂，可塑状态，中压缩性，工程力学强度一般，平均渗透系数在10～4cm/s。（表1）

深基坑常在地下水位以下含水层中进行，挖深达15m左右，由于互层粉土与粘土交错叠加，采用钢管井点与深井降水，基坑边坡无法稳定，揭开后发现里面形成水袋，水无法排出，基坑开挖无法进行，这给工程建设带来很大难度，因此，基坑开挖过程中必须进行工程降水，基坑降水为基坑开挖提供了一个干燥的施工环境，同时可增加边坡和坑底的稳定性，防止流砂产生，提高支护结构体系的稳定性。尤其对于工程主体基坑开挖土质多为砂质粉土、粉质粘土及其互层，土层的渗水性较强，采取有效的降水和防渗措施是工程能否顺利进行的关键。

图1 基坑边坡互层土

后来通过学习类似土质的船闸，如苏州张家港复线船闸、上海赵家沟船闸、南通焦港船闸以及水利节制闸等施工降水经验，基坑周围采取高含水区五头搅小直径搅拌桩与高压摆喷组合超深防渗施工工艺，革新了普通单双头搅拌桩的工作机理，实现了喷浆加气技术，主机搅拌系统采用了多轴联动、固定搭接；克服了普通搅拌桩包壳、夹心、10m以下水泥含量迅速衰减以及防渗墙体下部开叉、错孔等致命缺陷，实现了水泥土防渗墙无缝连接，功效快、效果好。

表1 闸址区土层物理力学指标表

图2 2010年交通运输部水运工程督察组视察基坑防渗帷幕

经过整理编制成工法获得公司级、山东省省级工法（编号LEGF-139-2011）、交通运输部水运一级工法(编号SYGF-1-010-2011)、国家级工法(编号 GJEJGF280-2012)；基坑分级开挖，边坡采用PPR管轻型井点降水效果见如图3。

图3 PPR管轻型井点降水

对于互层土必须揭开地层采用PPR管轻型井点方能将水排除，充分利用管的柔韧性可以插入任意方向,尤其对于蕴含饱和水短时间内易坍塌的互层土，施工时间短，改善效果快，满足基坑干地施工，边坡处于干燥稳定状态，该轻型井点使用方便灵活，可以插入任意方向，与深井降水结合既保证深基坑干地施工，又降低成本，功效快，效果好。编写的工法获得公司级工法，同时编写的QC成果被青岛市评为优秀质量成果小组称号，被山东省建筑工程管理局及建筑业协会评为优秀成果三等奖。

3 主要探索的方向

虽然施工长江下游冲积平原互层土，本身比较复杂，水位较高，但要保持深基坑干地施工且持续时间较长，长达两年半左右，在有效监控基坑开挖过程中和开挖结束后的沉降变形得到有效监控和预控，但尽管完成了一个又一个大型水工建筑物，但面临同样的问题，如何保证正在运营的建筑物和周围建筑物的安全以及降水影响周围渔民的鱼塘水位下降的问题是困扰建设者们的难题，施工前及施工过程中不断遭到村民讨要说法，未能形成有效的保持基坑外的建筑物及鱼塘地面下水位始终保持平衡的措施和补水系统，当然在开挖之前必须真正做到科学抽水模拟试验，测算基坑周围整体抽水影响半径，方可采取措施进行多大面积的补水。[5～7]

另外对于互层土易引起管涌及隆起现象，在水系比较发达的长江下游冲积平原区，探索地表水与地下水水系之间的关系，对于防止管涌及隆起有较好的指导意义，否则一旦发生将造成比较大损失，若发生采取引、导、排、堵的方式进行处理，在降水时可采用科学手段如物探等方式查看水系关系尤为关键，今后主要研究长江下游冲积平原区互层土质降水如何对于周围建筑物地下补水以及如何防止基坑开挖时出现管涌和隆起进行系统的研究，有助于建设各方在实施时进行有效控制。