抽水试验在基坑止水帷幕质量检测中的应用研究

杨 眉，黄铸豪，林俊奋，温世聪

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州510500）

0 引言

随着经济的发展和城市化进程的不断加快，建筑与市政行业蓬勃发展，逐渐向深基坑发展已成为建筑趋势，并且城市用地也日益紧张，这对基坑的要求提出了一个更高的要求。基坑的质量是确保整个项目质量的关键环节，直接关系到基坑工程能否顺利地施工。在基坑工程中，地下水能否有效控制决定了基坑工程质量的好坏，止水帷幕作为控制地下水最有效的方法已广泛应用于基坑工程中，对防止地下水对基坑造成破坏起到了重要作用。当止水帷幕止水效果不好时，可能会引发在开挖过程中产生突涌和基坑侧壁渗水，造成基坑围护结构严重损坏或倒塌、坑外大面积地面下沉或塌陷，危及周边路面、建筑物及地下管线的安全，造成施工人员伤亡等，引起的工程事故是无可挽回的灾难性事故，经济损失巨大，社会负面影响严重。通过对止水帷幕的现场检测，可以有效地检验基坑的止水效果，为基坑的开挖和基坑的稳定提供更有效的保证。而目前在实际工程中，基坑止水帷幕止水效果的检测与评价目前尚无相关标准可供参考。

本文结合抽水试验的工程实例，通过在基坑内布置抽水孔，基坑外布置观测孔，通过观测孔的水位变化情况判断止水帷幕的止水效果。根据抽水试验的结果分析与基坑开挖后的实际效果证明了该方法的可行性，为止水帷幕的止水效果检测与评价提供了一种可行的方法。

1 抽水试验用于止水帷幕检测分析

抽水试验是一种从钻孔中抽水并根据其出水量与降深的关系，确定含水层渗透性及了解相关水文地质条件的一种原位试验方法。抽水试验常在拟建场地的代表性地质单元选择一定数量的钻孔，在各主要含水层分层进行，最终形成人工降深场后，根据其出水量Q与降深s的关系，可根据修正公式提供更为准确的岩土层渗透系数，从而得出更为精确的拟建场地涌水量、影响半径等相关水文地质参数［1-3］。对于常见的承压水含水层单孔完整井，试验后的修正渗透系数可采用《水利水电工程钻孔抽水试验规程：SL 320—2005》［4］中第6.2.1条的规定，计算采用附录B表-1中的公式：

式中：K为渗透系数（m/d）；Q为出水量（m3）；M为承压含水层的厚度（m）；S为观测孔的降深（m）；R为影响半径，R=3 000SK；r为抽水井半径（m）。

由此可见，渗透系数与含水层厚度、观测孔的降深出水量和影响半径等几个参数具有密切关系。在基坑开挖过程中，为了避免产生流土、管涌等渗透变形，防止基坑坑壁坍塌，保证施工质量和安全，必须对地下水进行处理。其中，堵截治水法是指通过设置止水帷幕来阻止地下水流入基坑（见图1），是一种截断基坑内外水联系的结构形式。当止水帷幕两侧存在水位差时，如果止水效果良好，达到止水作用时，两侧水位则不会发生变化；如果止水效果不好，达不到止水作用时，水就会从一侧流向另一侧［5］。

图1 止水帷幕示意图Fig.1 Schematic Diagram of Water-stop Curtain

在实际工程中，抽水试验可以通过抽水孔和观测孔之间的水位关系来检验止水效果，是对止水帷幕效果最直接的检测方法，该试验方法目前已在多个基坑工程中得到有效应用［6-10］。最佳的抽水试验方法是在基坑内布置多个抽水孔，使基坑内水位整体下降，通过观察沿基坑边布置的内、外观测孔的水位变化情况判断止水帷幕的止水效果，但这样做需要设置大量的抽水孔和观测孔，抽水量大，试验周期长，成本高，不便于推广应用。基坑周边的水文地质情况往往变化较大，有些区域透水性强，有些区域透水性差，根据实际情况选取有渗透隐患的区域进行局部抽水试验，可对基坑止水帷幕的质量起到重点抽查的作用，这与当前建筑工程检测行业普遍采用的抽样检测的理念是一致的，是一种比较好可行的检测方法［11］。目前针对止水帷幕止水效果的局部抽水试验还没有形成标准的方法，也在一定程度上限制了该方法的应用。

本文依据经典渗流理论及《建筑基坑支护技术规程：JGJ 120—2012》［12］，总结出一套相对可行的止水帷幕检测及评价方法。

2 试验方案设计

本次抽水试验设计为“1+1”形式的多孔抽水试验，抽水孔带1个观测孔，抽水孔布置在基坑止水帷幕的内侧，对应的观测孔布置在基坑止水帷幕的外侧，如图2所示。通过观测坑外观测孔的水位情况来分析抽水孔与观测孔的水力联系，从而判断相应位置的止水帷幕的止水效果。抽水孔与观测孔的距离不宜大于5.0 m，且应根据降深的设定保证观测孔在抽水井的影响半径范围内。本次抽水试验采用3次降深抽水，试验方法采用稳定流法。

图2 抽水井与观测孔布置示意图Fig.2 Schematic Diagram of the Arrangement of Pumping Wells and Observation Holes

为防止抽出的水渗入到抽水岩土层，应根据地形坡度、含水层的埋深、地下水流向和地表渗透性能等因素，确定排水方向和排水距离，并使排水通畅。

在抽水试验实施过程中，通过观测抽水孔（坑内）和观测孔（坑外）的水位变化情况来分析抽水孔与观测孔的水力联系，从而判断相应位置的止水帷幕的止水效果。

3 工程实例分析

3.1 工程1：花都区某项目

3.1.1 工程概况

本工程基坑总面积约7 273 m2，支护周长约368 m，基坑设计深度6.9 m。采用的支护形式：北侧为放坡挂网喷锚+钢管土钉，坡面设置泄水管；其余三侧为三轴搅拌桩内插型钢垂直支护+1道预应力锚索。止水帷幕采用北侧单轴搅拌桩与其余三侧三轴搅拌桩封闭1圈。基坑安全等级为二级。

3.1.2 工程地质情况

钻孔范围内的岩土性状如表1所示。

表1 工程1地层岩土性状描述Tab.1 Engineering 1 Formation of Geotechnical Description

3.1.3 水文地质条件

区域内场地地形平坦，地下水补给、径流和排泄条件一般。拟建场地地下水的补给来源主要是大气降雨，排泄则以蒸发和侧向径流至邻近场区为主，场地不存在对地下水和地表水的污染源，地下水未受污染。

3.1.4 试验方案制定

根据工程的实际情况，采用3次降深，最大降深控制在坑底（基坑开挖深度）1.0 m范围，并通过观测坑外观测孔的水位情况来分析抽水孔与观测孔的水力联系，从而判断相应位置的止水帷幕的止水效果。

基坑设计深度6.9 m，止水帷幕深度9.0 m，根据现场情况，本次试验孔深确定为10.0 m，抽水孔与观测孔的距离确定为2.5 m，如图3所示。

图3 抽水试验布孔立面示意图Fig.3 Schematic Diagram of the Elevation of the Holes in the Pumping Test（mm）

⑴抽水孔、观测孔的成井工艺

抽水孔与观测孔均采用φ250硬质合金钻头跟管钻进，孔深为10.0 m。

⑵洗井工艺

抽水孔、观测孔成井后，采用清水洗井和活塞洗井法相互交替且反复进行的方式进行洗井，直到水清、砂净、无沉淀时止。

3.1.5 孔位布置

试验点位宜均匀分布在基坑范围内，本基坑采用2种支护型式，每种支护型式布置至少1个试验点，平面布置如图4所示（抽水孔用SCK表示，观测孔用GCK表示，下同）。

图4 抽水试验布孔平面示意图Fig.4 Schematic Diagram of the Hole Layout in the Pumping Test （m）

3.1.6 试验过程与数据分析

抽水试验过程中能形成稳定流，地下水补给慢，涌水量不大，试验期间观测孔内水位未变动。详细试验数据成果与止水效果评价如表2所示，每个试验点的Q-t、s-t曲线如图5所示。

表2 试验成果与基坑止水帷幕止水效果评价Tab.2 Test Results and Evaluation of Foundation Pit Water-stop Curtain Water-stop Effect

图5 工程1试验点Q-t、s-t曲线Fig.5 Q-t，s-t Curve of Project 1

3.1.7 试验结论

根据在试验过程中，观测孔水位不受抽水孔水位下降形成降落漏斗的影响，且观测孔内水位除1#点位由于受降雨影响外也未变动，表明该试验点附近基坑内外地下水连通性差，无明显的水力联系，试验点附近止水帷幕止水效果良好。

3.1.8 开挖后情况

基坑逐步开挖降水过程中，坑外观测孔内水位波动不大，且止水帷幕外露部分无明显渗水迹象，证明止水帷幕起到了较好的止水隔水作用。

3.2 工程实例2：番禺区某项目

3.2.1 工程概况

本工程项目占地面积约为7 534.08 m2，设1层地下室，基坑总面积约6 326 m2，基坑开挖深度为5.5 m，基坑周长约328.66 m。根据周边环境和地质条件的不同，将本基坑分成4个支护设计区，采用“φ600@450单轴搅拌桩+分层锚管/土钉+喷锚护面”复合土钉墙支护方案。基坑安全等级整体为二级。

3.2.2 工程地质情况

钻孔范围内的岩土性状如表3所示。

表3 工程2地层岩土性状描述Tab.3 Engineering 2 Formation of Geotechnical Description

3.2.3 水文地质条件

区域内地下水的补给主要靠大气降水和生活用水径流补给，以大气降水渗入补给为主，以侧向径流补给为次。大气降水补给受降雨季节支配，由于年内降雨分配不均，不同季节的蒸发度、湿度不同，渗入补给量随季节而变化，雨季成为地下水的主要补给期。

3.2.4 试验方案制定

根据工程的实际情况，采用3次降深，最大降深控制在坑底（基坑开挖深度）1.0 m范围，并通过观测坑外观测孔的水位情况来分析抽水孔与观测孔的水力联系，从而判断相应位置的止水帷幕的止水效果。

基坑设计深度5.5 m，止水帷幕深度8.0 m，根据现场情况，本试验孔深确定为9.0 m。抽水孔与观测孔的距离确定为1.5 m，如图6所示。

图6 抽水试验布孔立面示意图Fig.6 Schematic Diagram of the Elevation of the Holes in the Pumping Test（mm）

⑴抽水孔、观测孔的成井工艺

抽水孔与观测孔均采用φ250硬质合金钻头跟管钻进，孔深为9.0 m。

⑵洗井工艺

抽水孔、观测孔成井后，采用清水洗井和活塞洗井法相互交替且反复进行的方式进行洗井，直到水清、砂净、无沉淀时止。

3.2.5 孔位布置

试验点位宜均匀分布在基坑范围内，当涉及多种支护型式时需尽量保证每种支护型式布置至少1个试验点，平面布置如图7所示。

图7 抽水试验布孔平面示意图Fig.7 Schematic Diagram of the Hole Layout in the Pumping Test（m）

3.2.6 试验过程与数据分析

抽水试验过程中能形成稳定流，地下水补给慢，涌水量不大，试验期间观测孔内水位未变动。详细试验成果与止水效果评价如表4所示，每个试验点Q-t、s-t曲线如图8所示。

表4 试验成果与基坑止水帷幕止水效果评价Tab.4 Test Results and Evaluation of Foundation Pit Water-stop Curtain Water-stop Effect

3.2.7 试验结论

根据在试验过程中，观测孔水位不受抽水孔水位下降形成降落漏斗的影响，且观测孔内水位也未变动，表明该试验点附近基坑内外地下水连通性差，无明显的水力联系，试验点附近止水帷幕止水效果良好。

图8 工程2试验点Q-t、s-t曲线Fig.8 Q-t，s-t Curve of Project 2

3.2.8 开挖后情况

基坑逐步开挖降水过程中，坑外观测孔内水位波动不大，且止水帷幕外露部分并无明显渗水迹象，证明止水帷幕起到了较好的止水隔水作用。

4 结语

通过将抽水试验应用于基坑止水帷幕止水效果检测中的研究，得出以下结论：

⑴通过工程实例数据分析表明，通过抽水试验可对试验点周边基坑内外地下水流通情况进行直观的分析，对止水帷幕止水效果进行有效评价，是止水帷幕止水效果最直接有效的检测方法，而且通过后期基坑开挖后止水帷幕未发生渗水等情况，也进一步印证了检测结果的有效性。

⑵通过3次降深，每次降深后观察孔水位基本保持不变，说明3次降深是比较适用于该试验中，且最大降深宜选择在基坑设计深度以下1.0 m范围内。

⑶对于每个抽水孔，其检测范围仅能覆盖抽水孔周边局部小范围，对于较大基坑来说很难通过几个孔对整个基坑止水帷幕进行评价，后期仍需针对不同支护型式及含水层分布情况细化检测方案，适当增加试验点数，均匀布置点位，提高抽水试验对整个基坑止水帷幕止水效果的有效性评价。