降、堵、疏综合治水施工方法在土层高渗透性、地下水高水位且无限补给条件下的运用

李 盛

（湖南湘煌建筑工程有限公司，湖南 长沙 410007）

1 工程概况

某工程为地下人防工程，平时兼顾商业和行人过街。根据地勘报告，地下水位标高为地面标高，土层从上至下依次如下。

1）杂填土 杂色，松散～稍密状，由黏性土混砖渣、混凝土块、碎石等回填，多为路基填土和充填砂，顶部0.4～0.5m为沥青路面，回填时间大于5年，层厚2.0～7.1m。

2）素填土 褐黄、褐灰色，松散状，黏性土为主，局部含细砂、砾石等，层厚1.3～6.5m，回填时间大于5年。

3）粉质黏土 褐灰色、褐黄色，软塑～可塑状，无摇振反应，切面较光光滑，干强度中等，韧性中等，部分钻孔显示该层中局部含有少量细砂，层厚1.4～6.0m。

4）细砂 褐灰色、黄色，饱和，稍密状，含少量砾石，呈亚圆形，级配一般，成分多为石英质，含云母，泥质充填，层厚1.0～2.7m。

5）圆砾 褐黄色，黄色，饱和，稍密－中密状，圆砾含量50% ～60%，石英质，多为亚圆形，级配一般，一般粒径0.2～2.0cm，混少量卵石，最大粒径达2～7cm，中粗砂充填，混少许黏性土，层厚1.0～3.4m。

根据设计图纸，该工程基础采用天然地基上的平板式筏板基础，持力层为粉质黏土层，层高3.6m，基础厚度0.85m，基础垫层厚度10cm，顶板覆土厚度1.5m，基底至地面深度6.05m，局部深度7.55m，基坑采用排桩支护、水泥浆止水帷幕止水。支护桩距离高层建筑裙楼（高层建筑和裙楼均采用混凝土管桩）约2m，距离1栋建于20世纪90年代的7层砖混安置房（基础采用洛阳铲桩，设计资料遗失）约3m。

该工程建于捞刀河老河道上，紧邻湘江和改道后的捞刀河（与湘江和捞刀河的距离均只有约400m）。工程建设期间，当年发生罕见冬汛，加之工程下游的湘江水利枢纽工程开始蓄水，致使2条河流水位长期仅低于路面1.5m左右或短时间接近路面标高。极其复杂的水文地质条件导致周边高层建筑未建地下室（拟建工程与周边环境关系见图1）。

图1 拟建工程与周边环境关系

工程建设期间，由于地下水位与河道水位相连，水位波动导致素水泥浆止水帷幕失效，基坑开挖过程中出现大量涌水，导致工程施工无法继续进行。同时，结合浅层粉质黏土层特性，考虑涌水影响，作为持力层的粉质黏土受扰动较大，因进行地基处理导致基坑开挖深度加深的可能性较大。

基坑涌水导致工程无法继续进行，且担心涌水对周边建筑产生不利影响。为此，一方面对涌水点用砂袋进行压堵，同时让基坑蓄水，尽量避免水位差产生较大的水力梯度；另一方面，对支护桩和周边建筑进行严密监测；同时，对后续施工进行多番论证。

1）注射水玻璃工作面不够，除非基坑全部回填后再实施，成本过高。

2）利用钢板桩止水工作面不够，除非基坑全部回填后再实施；同时，由于工程异形，钢板桩内撑难以有效布置。

最终思路为：要找到一种能在现状条件下进行施工的有效止水或降水的施工方法；如果降水，降水幅度不能过大，以免对周边建筑造成不利影响；同时，作好对地基进行处理的准备。为此，最终确定采用“降、堵、疏综合治水施工方法”进行施工，避免出现采用简单的一种施工方法难以有效治水的困境。

2 降水

考虑到复杂的周边环境，所采用的降水方式对周边环境造成的影响需尽量小，同时，降水点应尽量分散，以免集中降水使砂层贯通形成涌水通道。最终，确定采用真空井点降水方式降水，该降水方式有适合该工程的一些优点。

2.1 真空井点降水原理及相关构造

真空井点降水设备以射流泵机组作为抽水设备，射流泵利用高速喷射水流通过文丘里管时产生的文丘里效应，能在吸入室形成相对真空区域，从而将地下水经井点管路系统从地下吸入水箱内；水箱内的水达到一定高度后，从水箱溢水口溢出并进入集水箱，再用潜水泵将进入集水箱的地下水持续抽走或就近排入市政管网。射流泵机组以水箱内的水作为循环补给水，以持续提供真空度。真空井点降水系统原理如图2所示。

图2 真空井点系统工作原理

设文丘里管入口截面处和喉道处的平均速度、平均压力和截面积分别为v1、p1、S1和v2、p2、S2，流体密度为ρ，流量为Q。应用伯努利定理和连续性方程并注意到平均运动的流线是等高的，可得出：

通过分析上述公式可知，流体密度ρ不变，流体平均速度v越大，则压力越小，真空泵就是利用高流速水流通过文丘里管时在小截面处产生相对真空。

根据地勘报告进行水力学计算，该工程井点管采用直径4cm、长9m的镀锌钢管，镀锌钢管管端焊接直径4cm、长1m的花管，井点管间距为1.5m。每根井点管采用橡胶软管与直径10cm的水平主管相连，水平主管与射流泵机组相连，该工程采用了8套射流泵机组。

井点成孔是该降水施工的关键，成孔的质量直接关系到出水效果。施工不当孔壁易形成泥皮被堵塞，出现出水困难或不出水的情况。本工程使用成孔直径0.13m的地质钻机带套管全程跟进成孔，井点管施工工艺流程：地质钻机带套管成孔→插入井点管→在套管内灌入直径0.5cm碎石→拔出套管→压力注水洗孔→抽水。

井点管插入套管前须按图3进行加工处理，在滤水管部位用2层以上筛网包裹。利用碎石层和筛网包裹，形成“双滤构造”，防止降水过程带走泥砂；此外，埋入的碎石还起到支撑孔壁的作用。

2.2 真空井点降水的优点

1）成孔机械简单，对工作面要求低，可灵活布置井点管，增加井点管也方便。

图3 井点构造

2）真空井点降水速度缓慢、均匀，可避免大口径降水井、深井井点或管井井点急速陡降的危害。

3）真空井点采用射流装置制造真空，其真空度接近一个绝对大气压，一级降深就达到目前国内两级轻型井点的效果，两级降深接近喷射井点，降水深度有保障。

4）主动抽吸孔隙水，与大井、深井或管井被动抽吸“重力水”不同，其动水力方向斜向下，可避砾砂土层中细颗粒流失，抽出的地下水为清水，一定程度上具有降水与止水“双重功能”。

5）设备操作运行稳定性、持久性及井点运行的可靠性都优于轻型井点，其抽水效率、单套系统控制的降水边长及耗能指标都优于喷射井点。

6）成本较低，略高于普通井点降水，大大低于喷射井点降水。

2.3 降水效果

由于地下水无限补给、砂石层渗透系数极大，加之之前涌水事件可能导致地层已形成一定的涌水通道，最终该设备将地下水降低至地面以下7m左右时，在继续开挖局部更深位置时，出现局部涌水，采取加密降水点和增加射流泵机组都毫无效果。为避免涌水对周边环境造成影响，对局部较深的位置采用砂袋进行了填埋处理，同时，对非加深位置基底采用打松木桩、抛毛石、浇筑混凝土的方式进行地基处理。

3 堵水和疏水施工

由于基坑局部加深位置无法采用降水施工的方法进行施工，最终确定采用堵、疏结合的方式进行施工。

3.1 堵水施工

由于混凝土的密度约为水密度的2.4倍，利用混凝土压水进行封堵，施工步骤如下。

1）在基坑非加深部位混凝土达到一定强度后，用挖掘机挖除封堵砂袋并超挖至基底以下40cm左右，然后迅速打入松木桩作为地基加固。

2）在涌水的情况下，用人工迅速在坑底及侧壁铺上彩条布，并进行适当固定（底部采用压石固定，侧壁用钢筋支撑和人工固定）。

3）在人工固定彩条布的同时，迅速浇筑已就位的混凝土，至混凝土顶面未出现涌水后再浇筑约30cm高混凝土，并确保新浇混凝土与已经处理地基相衔接（见图4）。

图4 加深部位处理

4）待混凝土终凝并达到一定强度后（一般24h后即可），用小型挖机抛出大部分混凝土，距设计基底30cm左右由人工用电镐破除，由人工修出混凝土胎膜。

5）将人工修出的混凝土胎膜抹水泥砂浆后，进行防水施工和后续结构施工。

最终，一部分加深位置用该方法完全封堵住水，能有效进行后续施工；另外一部分加深位置出现了裂隙水，甚至是小股涌水，需要再进行处理。

3.2 疏水施工

由于仍有部分局部加深位置利用封堵方法没有完全堵住，全部破除后并再次利用封堵方法封堵成本过高、风险过大，为此考虑用疏水方法进行处理。由于基底绝大部分都已封闭，只是局部加深位置底部有涌水和裂隙水，可考虑利用盲沟将该部分水疏走，施工步骤如下。

1）对于有涌水的加深坑，由人工用电镐再整体向下破除10cm。

2）涌水点部位向紧邻建筑主体外的方向破除出一个宽30cm、深15cm左右的沟槽（由于原来整体超挖40cm，还剩余15cm左右混凝土未破除）。

3）在紧邻要处理部位的建筑主体结构之外挖1个小型集水井，立即下钢护筒，底部用砂袋压实后用大功率污水泵抽水。

4）将加深坑与小型集水井拉通，迅速放入2～3根缠绕有土工布的花管（花管直径8cm）后用砂袋回填，将加深坑涌水引入集水井。

5）在开槽的位置铺模板，在基底铺上φ8＠200单层双向钢筋后再浇筑10cmC30混凝土垫层。

6）待垫层达到75%强度后，集水井停止抽水，抽出钢护筒后用砂袋填埋。

按该方法处理后，原涌水的加深坑未出下渗水，可进行后续施工。

4 实施效果

该工程通过降、堵、疏综合治水施工方法的成功运用，对地下水进行有效降、堵、疏，使工程得以顺利实施，也很好地降低了工程成本。同时，通过对周边环境的严密监测和预警，发现变形均在规范规定的允许范围之内。

5 结语

在土层高渗透、地下水高水位且无限补给的水文地质条件下，单纯采用降水或止水有时难以达到治水的目的，同时建设成本可能很高；通过有效运用降、堵、疏综合治水施工，能以较小的代价解决较大的问题。