鄭漢濱　王松波

【摘要】廣東省潮州供水樞紐工程在深厚軟基深基坑開(kāi)挖中采用“減壓井+局部封底”的降水減壓方案，并在開(kāi)挖過(guò)程中，針對(duì)出現(xiàn)的險(xiǎn)情，采取擴(kuò)大封底范圍和施打鋼板樁等工程措施，確?；娱_(kāi)挖的安全，保證工期，同時(shí)節(jié)省投資，效果顯著，對(duì)類(lèi)似軟基工程項(xiàng)目深基坑開(kāi)挖有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】 軟基；深基坑；減壓；設(shè)計(jì)；施工

1. 工程概況

1.1潮州供水樞紐工程是合理調(diào)配水資源，為城鎮(zhèn)及工農(nóng)業(yè)用水創(chuàng)造條件、結(jié)合發(fā)電、兼顧航運(yùn)、水環(huán)境保護(hù)等綜合利用的樞紐工程。樞紐主要建筑物有攔河閘、發(fā)電廠房、船閘、土壩等。其中西溪廠房置于淤泥、淤泥質(zhì)土上，地面高程為▽2.0m，建基面為▽-16.35m，基坑開(kāi)挖最大深度達(dá)18.5 m。廠房地質(zhì)結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）從上往下為：

圖1地質(zhì)結(jié)構(gòu)柱狀圖

①人工填土層（SQ）：主要分布于廠房左側(cè)上游副廠房，主要由素填土組成，以粉土、粉質(zhì)粘土為主，可塑～硬塑狀。厚3.00～5.00m，不均。

②alQ43河流相沖積土層：近代河流沖積而成，主要分布于廠房河床表層及副廠房。成分以中細(xì)砂組成，呈松散狀，厚0.60～2.00m。

③m+alQ42海陸交互相沉積土層，成分主要為灰黑色淤泥或淤泥質(zhì)粘土夾淤質(zhì)粉細(xì)砂，總厚約20.00m，層頂面高程為0.50～1.00m。該層總體上土質(zhì)不均勻，淤泥中夾有較多淤泥質(zhì)粉細(xì)砂和有機(jī)質(zhì)，淤泥呈流塑狀，淤泥質(zhì)粉細(xì)砂一般呈松散狀。該層地基承載力較低，壓縮性高，易產(chǎn)生較大沉降或不均勻沉陷。

④alQ41河流相沖積土層，由粗砂、礫砂、礫石和含卵礫石組成，沉積物從上至下具明顯的由細(xì)至粗的沉積規(guī)律，一般呈中密～密實(shí)狀，地基承載力較高，變形較小。

1.2廠房基坑長(zhǎng)161.75m，寬38.00m，采用內(nèi)撐式地下連續(xù)墻支護(hù)，連續(xù)墻厚800mm，內(nèi)支撐為鋼筋混凝土支撐?；拥撞恳韵?.00～5.00m下臥砂卵石層為承壓含水層，與江水有水力聯(lián)系，基坑底與承壓水層水頭差達(dá)23.00m（基坑布置見(jiàn)圖2）。如不采取適當(dāng)降水減壓措施，在如此高的水頭作用下，必將發(fā)生滲漏、管涌、基底浮托等安全問(wèn)題。同時(shí)，由于廠房外閘壩基礎(chǔ)水泥攪拌樁已施工完畢，所采取的抗基底浮托措施必須確保不會(huì)引起攪拌樁復(fù)合地基產(chǎn)生過(guò)大的沉降及不均勻沉降。

2. 降水減壓方案的設(shè)計(jì)

2.1方案設(shè)計(jì)。

2.1.1基于上述的地質(zhì)條件，基礎(chǔ)開(kāi)挖過(guò)程中，地基將面臨地下水的滲流而產(chǎn)生滲透變形（流土或管涌）。特別是開(kāi)挖至基坑底時(shí)，承壓水水頭差達(dá)23.00m，可能發(fā)生廠房基坑在高水頭作用下基底浮托、攔河閘攪拌樁復(fù)合地基過(guò)大的沉降和不均勻沉降等安全問(wèn)題，這是設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)。因此，實(shí)施的降水減壓方案必須滿足如下兩個(gè)基本條件。

（1）條件1：減壓井的涌水量控制在施工允許范圍內(nèi)；

（2）條件2：由于設(shè)置減壓井降低水頭引起的相鄰已建閘壩攪拌樁復(fù)合地基沉降控制在允許的范圍內(nèi)。

2.1.2經(jīng)過(guò)周密的設(shè)計(jì)比較，初步形成以下3種方案：

（1）方案1：全封底方案。此方案在左右兩道連續(xù)墻內(nèi)根據(jù)各部分的開(kāi)挖深度，用旋噴樁封2.00～4.00m厚的基礎(chǔ)。

（2）方案2：強(qiáng)排水方案。此方案在基坑內(nèi)布置20～30個(gè)20～30m深的井，用潛水泵根據(jù)所開(kāi)挖高程強(qiáng)行排水，保證地下水位底于開(kāi)挖面高程。

（3）方案3：減壓井+局部封底方案。此方案即在基坑開(kāi)挖最深段封底寬31.93m，厚4.00m。并在基坑兩側(cè)布置30個(gè)減壓井。

2.2方案選擇。經(jīng)比較，各方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

（1）方案1：基坑開(kāi)挖最安全，但費(fèi)用過(guò)高，總投資概算約6000萬(wàn)元，不宜采用。

（2）方案2：費(fèi)用最低，投資概算約200萬(wàn)元，但強(qiáng)排可能引起相鄰已建的閘壩地基產(chǎn)生較大整體沉降和不均勻沉降，也不宜采用。

（3）方案3：在基坑最深處封底，并通過(guò)減壓井自流釋放降低基坑下面承壓含水層的水壓力，共同解決承壓水壓力對(duì)開(kāi)挖層的浮托破壞的問(wèn)題。總費(fèi)用約為1200萬(wàn)元。此方案費(fèi)用適中，可操作性強(qiáng)，兼顧了安全、費(fèi)用與工期的要求。

（4）經(jīng)廣東省水利廳先后多次組織水利專(zhuān)家和有關(guān)單位技術(shù)人員對(duì)設(shè)計(jì)方案從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及安全性等多方面進(jìn)行方案比選、論證，基本同意方案3，即減壓井+局部封底方案，并要求設(shè)計(jì)單位進(jìn)一步對(duì)方案進(jìn)行校核和完善。

2.3設(shè)計(jì)方案的校核。設(shè)計(jì)單位按照單向開(kāi)挖和雙向開(kāi)挖兩種施工方案，通過(guò)抗浮托驗(yàn)算、滲流計(jì)算，沉降分析計(jì)算，對(duì)“減壓井+局部封底”方案進(jìn)行校核。

2.3.1抗浮驗(yàn)算。根據(jù)透水層的有效重度與滲透力之比計(jì)算抗浮安全性，各開(kāi)挖階段抗浮驗(yàn)算結(jié)果， 均能滿足抗浮安全要求。計(jì)算公式及詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)式1及表1。：

2.3.2滲流計(jì)算。滲流計(jì)算主要是分析基坑內(nèi)設(shè)減壓井后，基坑內(nèi)部和周?chē)貙铀^變化、分布情況以及相應(yīng)的井出水量，成果包括各開(kāi)挖時(shí)期基坑橫、縱向剖面區(qū)域等水頭線、井口高程與典型壩縱位置承壓水頭關(guān)系曲線、井口高程與井出水量關(guān)系曲線等，成果圖（略）。根據(jù)計(jì)算，減壓井群發(fā)揮作用時(shí)，總出水量主要隨井口高程降低面增加，單井出水量同時(shí)還隨井?dāng)?shù)減少而增加。各階段計(jì)算中，總出水量最大不超過(guò)0.35m3/s，單井出水量最大不超過(guò)20L/s，滲流計(jì)算結(jié)果滿足要求。在滲流計(jì)算中，同時(shí)對(duì)單、雙向開(kāi)挖施工期累計(jì)出水量進(jìn)行計(jì)算，分別為3.67×106m3和3.17×106m3，很明顯，雙向開(kāi)挖方案優(yōu)于單向開(kāi)挖方案，設(shè)計(jì)推薦采用。

2.3.3沉降分析計(jì)算。（1）攔河水閘閘板底的標(biāo)高為▽-1.10m，攪拌樁底的標(biāo)高▽-21.0m左右，由于水閘下的攪拌樁底已達(dá)到砂卵石層，相對(duì)于攪拌樁復(fù)合地基，砂卵石層的壓縮模量較大，變形較小，因此，沉降計(jì)算僅考慮攪拌樁復(fù)合地基的壓縮變形。由于基坑減壓時(shí)部分水閘已施工完畢，故沉降由兩部分組成：第一部分為水閘自身荷載引起的沉降，第二部分為水頭降低引起的沉降。

（2）經(jīng)計(jì)算，單向開(kāi)挖減壓結(jié)束時(shí)水閘近端及遠(yuǎn)端的沉降分別為176mm及171mm，其中減壓引起的沉降分別為29mm及23mm；雙向開(kāi)挖減壓結(jié)束時(shí)水閘近端及遠(yuǎn)端的沉降分別為172mm及168mm，其中減壓引起的沉降分別為25mm及20mm，兩種開(kāi)挖方案減壓引起的沉降均在總沉降中所占比例較小，且在減壓結(jié)束后發(fā)生回彈，相當(dāng)于一個(gè)預(yù)壓的過(guò)程，不會(huì)加大水閘的永久沉降；單向開(kāi)挖方案水閘的永久沉降及最大不均勻沉降為148mm及10mm，雙向開(kāi)挖方案水閘的永久沉降及最大不均勻沉降為148mm及8mm，可以滿足工程需要（平板鋼閘門(mén)運(yùn)行時(shí)所允許的最大不均勻沉降為10～20mm）。

2.4安全監(jiān)測(cè)及應(yīng)急措施。為了保證施工期間的安全，在壩縱0-020.85～0-022.85、0+025.55～0+038.55、0+069.15～0+071.15三個(gè)區(qū)域設(shè)置側(cè)壓管對(duì)水頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在基坑內(nèi)每側(cè)的地下連續(xù)墻邊各布置一個(gè)，共6個(gè)，測(cè)壓管底部進(jìn)入強(qiáng)透水層。根據(jù)水頭的監(jiān)測(cè)結(jié)果，通過(guò)調(diào)整孔口高程控制水頭及減壓井涌水量。施工過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)某處有滲水涌砂現(xiàn)象，可采取堵排結(jié)合方法進(jìn)行處理，即及時(shí)對(duì)該處實(shí)施砂包回填，同時(shí)降低該處附近的減壓井井口高程。

3. 應(yīng)用效果

3.1施工經(jīng)過(guò)。

3.1.1封底施工。封底施工于2003年8月23日開(kāi)工，10月15日完工。在壩縱0+016.65m～0+048.53m范圍內(nèi)的基坑底以下打設(shè)4.00m厚旋噴樁，樁頂高程為▽-16.20m，集水井處樁頂標(biāo)高為▽-18.80m。施工設(shè)備采用PP120高壓注漿泵、GP-1500、5型高噴臺(tái)車(chē)、ZY100型單管旋噴樁機(jī)等，旋噴樁間距按照試驗(yàn)結(jié)果按行、列均800mm，呈梅花型布置。

3.1.2減壓井施工。減壓井施工于2004年9月5日開(kāi)工，10月4日完工。減壓井基本個(gè)數(shù)為30口，縱向3排，橫向10排，布置在壩縱0-029. 5m～0+071m范圍，間距8.0m，考慮減壓井備用再增加10口井，總井?dāng)?shù)40口， 備用井大部分位置靠上游，間插于原井位。

3.2存在問(wèn)題及處理

3.2.1局部封底范圍外涌水冒沙處理。在進(jìn)行開(kāi)挖過(guò)程中，原局部封底范圍外的上游側(cè)基坑左6#減壓井（樁號(hào)：0+13.89，高程：▽-5.00m）附近出現(xiàn)多處涌水冒沙現(xiàn)象。鑒于西溪基坑水文地質(zhì)情況復(fù)雜，稍有不慎會(huì)危及施工人員設(shè)備和周邊建筑物安全，廣東省水利廳組織有關(guān)專(zhuān)家在工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)召開(kāi)專(zhuān)題技術(shù)會(huì)議和發(fā)包人多次組織召開(kāi)“四方”會(huì)議研究分析，這些冒砂涌水可能是由于鉆孔灌注樁施工過(guò)程中的空樁與下臥的強(qiáng)透水層發(fā)生水力聯(lián)系造成的局部破壞造成。決定除進(jìn)一步降低減壓井出水口高程外，封底范圍位置向上游延伸40.0m，在樁號(hào)0+16.65～0-23.35m范圍打設(shè)厚2.00m的旋噴樁，樁頂高程為▽-14.50m。

3.2.2進(jìn)口斜坡段流砂處理。進(jìn)口斜坡段的施工高程從▽-6.80m～▽-14.35m，坡比為1：5.4，在幾乎是流砂的地質(zhì)條件下，形成1：5.4的坡比是不可能的。為此，經(jīng)過(guò)謹(jǐn)慎的考慮，在34.47m的斜坡段內(nèi)施打兩道鋼板樁攔截水平向水流及粉細(xì)砂，單樁厚10.0mm，寬400.0mm，樁長(zhǎng)9.0m，樁底高程▽-16.0m。樁之間改為水平段開(kāi)挖，再回填混凝土墊層及粗砂細(xì)石反濾層。即通過(guò)反濾層集中后，再用兩臺(tái)3KW的抽水機(jī)24小時(shí)抽水，當(dāng)?shù)装鍧沧⑼戤吅螅俜夤芄酀{。

3.2.3連續(xù)墻接縫涌水的處理。在開(kāi)挖中，樁號(hào)0+13.37m處的左側(cè)連續(xù)墻高程▽-10.0m處，突然從接縫處大量涌水。經(jīng)分析，連續(xù)墻后面的淤砂層為強(qiáng)透水層，可能與江水連通。當(dāng)時(shí)，圍堰外的江面水位為▽3.80m，水頭差為13.80m左右?；觾?nèi)立刻用75KW的抽水機(jī)抽水，避免基坑開(kāi)挖面被浸沒(méi)。同時(shí)，先在涌水處用砂包堆至▽-4.00m高程，并在連續(xù)墻后面灌漿，但效果不明顯。最后在連續(xù)墻后貼墻面打入三塊厚10.0mm，寬400.0mm的鋼板樁，打至▽-15.0m，完全解決了涌水。

3.3應(yīng)用效果。潮州供水樞紐工程在深厚軟基深基坑開(kāi)挖中采用“減壓井+局部封底”的降水減壓方案，雖然在開(kāi)挖過(guò)程中，由于土質(zhì)原因出現(xiàn)了一些變化，但通過(guò)采取擴(kuò)大封底范圍和施打鋼板樁等工程措施，確保基坑開(kāi)挖的安全，截至開(kāi)挖結(jié)束， 施工安全監(jiān)測(cè)成果表明攔河水閘累積沉降量最小值為19mm，最大值為65mm，實(shí)際沉降量小于設(shè)計(jì)允許沉降量，同時(shí)保證工期、節(jié)省投資，效果顯著。

4. 結(jié)語(yǔ)

4.1深軟基深基坑開(kāi)挖中，采用“局部封底+減壓井”的降水減壓措施，費(fèi)用節(jié)約明顯。本基坑開(kāi)挖降水減壓總費(fèi)用約1300萬(wàn)元，比全封底估算費(fèi)用6000萬(wàn)元，節(jié)約了約4700萬(wàn)元。

4.2深基坑、深軟基、高承壓含水層基坑開(kāi)挖的設(shè)計(jì)處理方案，除了考慮基坑支撐體系的穩(wěn)定外，還應(yīng)考慮基坑底的抗浮穩(wěn)定，即建基面的安全是否滿足要求，以及排（降）水對(duì)相鄰建筑物的安全影響。

4.3在基礎(chǔ)穩(wěn)定的前提下，滲水量大小并不是決定封底的主要因素。采用自流減壓結(jié)合旋噴樁封底的方法，計(jì)算出減壓井自流降壓允許的基坑開(kāi)挖高程，是有效解決基坑穩(wěn)定（抗?。┖团潘赡芤鹣噜徑ㄖ锏倪^(guò)量沉降的措施。

4.4基坑的水位下降對(duì)相鄰已建成閘壩的沉降影響量不大。通過(guò)計(jì)算，減壓引起的沉降量遠(yuǎn)小于荷載引起的沉降量。

4.5采取降水減壓措施后，相鄰建筑物總沉降量的大小與建筑物穩(wěn)定情況關(guān)系密切。開(kāi)挖結(jié)束攔河水閘累積沉降量最小值為19mm，最大值為65mm，實(shí)際沉降量小于設(shè)計(jì)允許沉降量，且該部分在開(kāi)挖前累積沉降最大值已達(dá)50mm，開(kāi)挖影響的沉降量小于15mm，主要因?yàn)殚l壩于2003年6月已澆注完畢，經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的自然沉降，已基本穩(wěn)定。在其它工程中應(yīng)用，必須充分考慮周?chē)ㄖ锏姆€(wěn)定情況。

4.6基坑開(kāi)挖的工期盡可能縮短，這對(duì)基坑開(kāi)挖安全十分重要。因?yàn)樵诨拥拈_(kāi)挖過(guò)程中，面臨的不利因素甚多，如地質(zhì)條件變化、涌水、冒砂、地下水位上升、洪水等。開(kāi)挖面暴露的時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生滲透變形（流土或管涌）可能越大。因此，基坑的支撐體系設(shè)計(jì)，宜利于大型機(jī)械作業(yè)，以縮短施工工期。

4.7加強(qiáng)施工期監(jiān)測(cè)和落實(shí)預(yù)案，有利于掌握基坑及相鄰建筑物變化情況，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

參考文獻(xiàn)

[1]廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院《廣東省潮州供水樞紐工程西溪廠房深基礎(chǔ)開(kāi)挖及減壓方案研究補(bǔ)充報(bào)告》2003年7月