莊修偉

（1.信開水環(huán)境投資有限公司 北京101100；2.中國水環(huán)境集團有限公司 北京101100）

1 工程概況

原通州碧水污水處理廠始建于2002年，占地約21.5 ha，位于通州核心區(qū)，承擔著通州城區(qū)84%的污水處理量。當時選址時，周邊沒有大型居民區(qū)，現(xiàn)在廠區(qū)周邊陸續(xù)建起數(shù)個大型居民小區(qū)，廠區(qū)東北側有玉帶河繞行，見圖1。

隨著城市化的進程和經濟社會的快速發(fā)展，該污水廠占地大、能耗高、處理能力低、產生的臭氣對周邊環(huán)境影響大等缺陷日益凸顯，其水質、水量、環(huán)保標準等都難以滿足北京城市副中心化發(fā)展和環(huán)境質量提升的要求。經過科學論證，2015年，通州區(qū)政府決定在不影響原污水處理廠運營的情況下于原址北側池體內升級改造為全地下封閉式再生水廠并于上部打造生態(tài)公園，占地約7.5 ha。

原水廠池壁采用1：1.5和1：1.8兩級放坡，坡面采用鋼筋網噴射混凝土，池底采用原狀土夯實上鋪兩層PE防滲膜。

圖1 原碧水污水處理廠鳥瞰圖Fig.1 Bird s eye view of original blue water treatment plant

1.1 工程與水文地質

1.工程地質

根據(jù)本次勘察勘探結果和土工試驗成果，依據(jù)國家相關規(guī)范對所勘探地層進行劃分，本次勘探最大孔深40.00m深度范圍內所揭露地層，按成因年代分為人工堆積層、新近沉積層和第四紀沉積層三大層，按地層巖性進一步分為8個大層及亞層。各層土的地層巖性及其特點自上而下依次為：

粉質粘土填土①層、粉細砂填土①1層、雜填土①2層、粉土填土①3層、粉細砂②層、粘質粉土-砂質粉土②1層、粉質粘土②2層、粉細砂③層、粉質粘土③1層、粘質粉土③2層、粉細砂④層、粉質粘土④1層、粘質粉土④2層、粉細砂⑤層、粉質粘土⑤1層、粘質粉土⑤2層、細砂⑥層。

2.水文地質

本工程詳勘最大勘探深度40.00m范圍內揭露兩層地下水，分別為上層滯水（一）和層間潛水（二）。

上層滯水（一）僅在陸域內部分鉆孔中揭露，穩(wěn)定水位埋深為4.70m～7.00m，穩(wěn)定水位標高為12.71m～15.02m，含水層巖性主要為人工填土層、粉細砂②層、粘質粉土-砂質粉土②1層、粘質粉土③2層。

層間潛水（二）普遍分布于整個場區(qū)，鉆孔揭露，穩(wěn)定水位埋深為8.10m～9.50m，穩(wěn)定水位標高為9.95m～11.46m，從勘探揭露的地層情況來看，該層地下水水位較為穩(wěn)定，場地內③～⑥大層的粉質粘土、粘質粉土等相對隔水層多呈非連續(xù)分布，以致其間的含水層呈連續(xù)狀態(tài)，總體上來看，該層地下水水量較為豐富，含水層巖性主要為粉細砂③層、粉細砂④層、粉細砂⑤層、細砂⑥層。

本場區(qū)上層滯水主要以接受大氣降水和池內污水的垂直及側向補給為主，以蒸發(fā)、向下垂直入滲和人工抽降為主要排泄方式。受不同地段地層滲透性影響，其補給方式和補給量懸殊較大。其變化與賦存區(qū)域的環(huán)境關系密切，沒有明顯的變化規(guī)律。

本區(qū)層間潛水天然動態(tài)類型為滲入～徑流型，主要接受地下側向徑流補給、越流及“天窗”補給為主，并以地下徑流、越流以及人工開采為主要排泄方式。其水位季節(jié)變化規(guī)律一般在5～7月份水位較低，在11月至來年3月水位較高，年變化幅度一般為2m～3m。局部地段受地形起伏、隔水層底板巖性及標高變化影響，其水位埋深和水位標高有所變化，略有承壓性。

根據(jù)地下水長期動態(tài)觀測資料，擬建場地1959年地下水潛水最高水位接近自然地表；1971～1973年地下水潛水最高水位標高約為19.0m，埋深約為1.0m；近3～5年潛水最高水位標高約為13.0m左右，埋深約為7.0m。

建設場地地質剖面見圖2。

2 基坑概況

污水廠現(xiàn)狀地面標高約20.60m，原水廠池底標高8.60m，水面標高約為19.23m，池水深約10.60m，玉帶河從場地東北側繞行。

根據(jù)通州碧水污水處理廠升級改造工程工藝流程以及平面布置圖，基坑開挖底標高為4.15m～6.80m，長約290m，寬約130m。基坑開挖面積為37955.5m2，周長為875.73m，現(xiàn)狀凈水池深約10.5m，在基坑開挖過程中，不能影響現(xiàn)有污水廠南側的運營。為了使原水廠北側升級改造工程順利進行，在原水廠水池中間采用砂被圍堰進行隔斷，見圖3。

2.1 砂被圍堰設計

圍堰設計頂標高為20.60m，高于現(xiàn)有水池水面約1.4m。圍堰走向與基坑開挖邊線平行，距離地連墻約11m；圍堰底部寬為60m，頂部寬為8m，其上為寬為6m的混凝土路面。采用大砂袋圍堰，砂袋、砂被等加筋材料能夠增強堤身的穩(wěn)定性，減小堤身的設計斷面。圍堰墊層高度為2.4m，堤身用砂袋分層鋪設，每層厚度0.6m～0.8m。

圖2 建設場地地質剖面Fig.2 Geological section of construction site

圖3 砂被圍堰兩側Fig.3 Both sides of sand dam cofferdam

圍堰止水：在圍堰外側鋪設兩層土工防滲膜，防滲膜向墊層外延伸10m，膜上用防老化編織長袋裝砂分段壓實，坡腳用砂袋壓實。

圍堰止水考慮在砂被上鋪設防水土工膜。在圍堰外側坡面上整平后再在其上鋪設兩層土工防滲膜（兩布兩膜），防滲膜的底部壓入淤泥中，膜上用防老化編織長袋裝砂分段壓實，寬度50cm，厚度30cm，每隔10m一條。為避免防滲膜鋪設過程中，原狀池壁上原曝氣主管殘留錨栓、混凝土破塊等尖銳物損壞防滲膜，在圍堰與原池壁連接部位先吹填散砂找平。

2.2 砂被圍堰施工

圍堰堤身最長處約450m，深約12m，圍堰施工采用吹填砂方式。由于原水廠運行日久，池底存在大量淤泥，同時水池底部存在部分廢棄曝氣管基礎無法拆除，只能埋設在圍堰底部，因此提前派潛水員對原水池底部廢棄基礎和淤泥情況進行摸底，保證圍堰底部的充填砂袋定位準確。具體施工以所筑圍堰的分段長寬“上下層袋體錯縫鋪設，避免袋體相對滑動，避免出現(xiàn)貫通縫隙”的原則進行。

砂被圍堰施工完成后原水廠南側正常運營，北側升級改造。

2.3 基坑支護

砂被圍堰施工完成后，在原水池北側內進行基坑降水，待水位降至地下連續(xù)墻施工作業(yè)面以下時，進行基坑支護結構施工。

本工程基坑支護設計方案主要采用地下連續(xù)墻+預應力錨索、地下連續(xù)墻+預應力錨索+混凝土內支撐及地下連續(xù)墻+反壓土臺噴錨等支護體系［1］，為減少地連墻接縫處滲水，在地連墻接縫處采用直徑600mm的雙管高壓旋噴樁止水。其中靠近砂被圍堰一側為了減少錨索對圍堰的影響，采用地下連續(xù)墻+反壓土臺噴錨的支護體系，見圖4。

圖4 基坑支護與砂被圍堰Fig.4 Foundation pit support and sand cofferdam

3 基坑降水、排水

由于該場地東北側有玉帶河繞行，一側為原有水池，場地地下水位較高，地下水對基坑開挖影響很大，易造成局部流土、流砂等現(xiàn)象，因此基坑開挖前應分層開挖、分層降水?；娱_挖期間需做降水和排水。

1.基坑降水

觀測井兼作回灌井，沿著基坑開挖邊線均勻布設，間距30m～40m，深度18m；降水疏干井，從池底開始施工，在基坑內部均勻布設，間距20m。

2.基坑開挖過程中的排水

坑頂：修建基坑坑頂排水溝，尺寸為0.3m×0.3m，0.3%縱向找坡，防止地面水體流入基坑內。

坑內：在基坑內部修建約20m×20m的疏干井，以將地下水位控制在開挖面下方0.5m～1.0m左右。

3.基坑開挖完成后的排水

坑內：在坑底修建排水溝，尺寸為0.3m×0.3m，0.3%縱向找坡，沿排水溝間隔40m布設，尺寸為1.0m×1.0m×1.0m集水井。

坑頂：利用坑頂排水溝承接坑內集水坑匯水，并經三級沉砂池沉淀后排入市政雨水系統(tǒng)。

4.圍堰底部排水

圍堰底部：修建圍堰排水溝，尺寸為0.5m×0.5m，0.3%縱向找坡，防止水體影響基坑的施工。

4 基坑涌水情況及處理措施

隨著地下連續(xù)墻的施工完成，基坑開挖施工一直遵循分層、分段開挖的方式，邊開挖邊降水。

觀測井兼回灌井，分布于基坑開挖邊線外側，間距為30m～40m，一共26口；降水疏干井，分布于基坑內部，間距為14.75m×12m，一共194口。詳細布置見圖5。

圖5 基坑降水井、觀測井平面布置Fig.5 Layout drawing of foundation pit dewatering well and observation well

（1）2015年11月9日，第34#降水疏干井出現(xiàn)涌水情況，見圖6。2015年11月11日，現(xiàn)場采用水泵抽排積水、上鋪碎石和砂袋反壓的措施進行處理［2］。

圖6 34#降水疏干井涌水Fig.6 34#Precipitation well water gushing

（2）2015年11月22日，第27#降水疏干井出現(xiàn)涌水情況，見圖7。同樣采用水泵抽排積水、上鋪碎石和砂袋反壓的措施進行處理。

圖7 27#降水疏干井涌水Fig.7 27#Precipitation well water gushing

（3）2015年12月8日，Q143地下連續(xù)墻與砂被圍堰之間出現(xiàn)新的涌水點，見圖8。經測量估算，每日涌水量達到4000m3左右。

涌水險情發(fā)生后，第一時間采用水泵抽排給水，在涌水點附近鋪設碎石并用砂袋將涌水點進行封堵，以防砂性土流出。同時，加快施工地下連續(xù)墻，盡可能將涌水點截止在基坑之外。

圖8 新涌水點Fig.8 New flood point

但由于此次涌水量較大，造成Q142～Q144三幅地下連續(xù)墻無法施工閉合。一方面，長此下去對于施工工期將造成嚴重影響，同時一旦涌水點出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象，將對圍堰造成較大的安全風險。另一方面，由于場地條件復雜，無法準確判斷此處的較大涌水是地下水還是圍堰另一側的池水或者附近玉帶河的河水。

為了盡快解決這一難題，對涌出的水進行了化學檢測，發(fā)現(xiàn)與圍堰另一側的池水成分相同；同時，經仔細測量，發(fā)現(xiàn)34#、27#降水疏干井與本次新涌水點位于同一直線上，見圖9。因此可以確定該處涌水來源為圍堰另一側的池水。

圖9 涌水點連線圖Fig.9 Connection diagram of water inflow point

考慮到該處涌水點水量較大，并且處于冬季，氣溫較低，常用的雙液漿無法起到應有效果［3］。經過仔細分析并結合現(xiàn)場情況，針對本次涌水險情制定了如下方案。

根據(jù)34#、27#降水疏干井和本次涌水點的連線，分析認為此條路徑即為基坑底部水力路徑。在砂被圍堰頂部進行鉆孔并施做直徑600mm的高壓旋噴樁，鉆孔定位為連線延長后與砂被圍堰頂部的交線處，高壓旋噴樁間距0.8m，見圖10。

高壓旋噴樁采用跳打方式，即Z3-Z1-Z2-Z5-Z4。在高壓旋噴樁注漿過程中，同時觀測涌水點水量變化，一旦涌水量出現(xiàn)明顯變化，迅速加大注漿量，當注漿量超過流失量并且旋噴樁水泥漿凝固后即可將涌水路徑截斷，達到處理效果。

圖10 高壓旋噴樁鉆孔定位圖（單位：mm）Fig.10 High pressure rotary jet pile drilling positioning diagram（unit：mm）

在施打樁Z2時，觀測到下方新涌水點出現(xiàn)明顯水量減少，經過加大注漿量，在很短時間內即將涌水情況徹底解決。該方案省時省力且安全有效，極大地節(jié)約時間并且代價極低。

5 結論

1.基坑涌水確實會對基坑安全造成較大威脅，需要在第一時間進行處理，但切忌盲目采取措施，以免延誤時間造成更大危害。

2.基坑出現(xiàn)大量涌水情況時，切忌忙中出亂，需仔細分析現(xiàn)場情況，包括基坑內外水力連通性和滲流路徑等關鍵信息，為后續(xù)措施提供合理的科學依據(jù)。

3.本文結合實際工程對砂被圍堰基坑大量涌水的特殊處理措施進行詳解，為以后類似突發(fā)狀況提供使用參考。