楊 眉，黃鑄豪，林俊奮，溫世聰

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州510500）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，建筑與市政行業(yè)蓬勃發(fā)展，逐漸向深基坑發(fā)展已成為建筑趨勢(shì)，并且城市用地也日益緊張，這對(duì)基坑的要求提出了一個(gè)更高的要求。基坑的質(zhì)量是確保整個(gè)項(xiàng)目質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到基坑工程能否順利地施工。在基坑工程中，地下水能否有效控制決定了基坑工程質(zhì)量的好壞，止水帷幕作為控制地下水最有效的方法已廣泛應(yīng)用于基坑工程中，對(duì)防止地下水對(duì)基坑造成破壞起到了重要作用。當(dāng)止水帷幕止水效果不好時(shí)，可能會(huì)引發(fā)在開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生突涌和基坑側(cè)壁滲水，造成基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p壞或倒塌、坑外大面積地面下沉或塌陷，危及周邊路面、建筑物及地下管線的安全，造成施工人員傷亡等，引起的工程事故是無(wú)可挽回的災(zāi)難性事故，經(jīng)濟(jì)損失巨大，社會(huì)負(fù)面影響嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)止水帷幕的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，可以有效地檢驗(yàn)基坑的止水效果，為基坑的開(kāi)挖和基坑的穩(wěn)定提供更有效的保證。而目前在實(shí)際工程中，基坑止水帷幕止水效果的檢測(cè)與評(píng)價(jià)目前尚無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可供參考。

本文結(jié)合抽水試驗(yàn)的工程實(shí)例，通過(guò)在基坑內(nèi)布置抽水孔，基坑外布置觀測(cè)孔，通過(guò)觀測(cè)孔的水位變化情況判斷止水帷幕的止水效果。根據(jù)抽水試驗(yàn)的結(jié)果分析與基坑開(kāi)挖后的實(shí)際效果證明了該方法的可行性，為止水帷幕的止水效果檢測(cè)與評(píng)價(jià)提供了一種可行的方法。

1 抽水試驗(yàn)用于止水帷幕檢測(cè)分析

抽水試驗(yàn)是一種從鉆孔中抽水并根據(jù)其出水量與降深的關(guān)系，確定含水層滲透性及了解相關(guān)水文地質(zhì)條件的一種原位試驗(yàn)方法。抽水試驗(yàn)常在擬建場(chǎng)地的代表性地質(zhì)單元選擇一定數(shù)量的鉆孔，在各主要含水層分層進(jìn)行，最終形成人工降深場(chǎng)后，根據(jù)其出水量Q與降深s的關(guān)系，可根據(jù)修正公式提供更為準(zhǔn)確的巖土層滲透系數(shù)，從而得出更為精確的擬建場(chǎng)地涌水量、影響半徑等相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)［1-3］。對(duì)于常見(jiàn)的承壓水含水層單孔完整井，試驗(yàn)后的修正滲透系數(shù)可采用《水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程：SL 320—2005》［4］中第6.2.1條的規(guī)定，計(jì)算采用附錄B表-1中的公式：

式中：K為滲透系數(shù)（m/d）；Q為出水量（m3）；M為承壓含水層的厚度（m）；S為觀測(cè)孔的降深（m）；R為影響半徑，R=3 000SK；r為抽水井半徑（m）。

由此可見(jiàn)，滲透系數(shù)與含水層厚度、觀測(cè)孔的降深出水量和影響半徑等幾個(gè)參數(shù)具有密切關(guān)系。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，為了避免產(chǎn)生流土、管涌等滲透變形，防止基坑坑壁坍塌，保證施工質(zhì)量和安全，必須對(duì)地下水進(jìn)行處理。其中，堵截治水法是指通過(guò)設(shè)置止水帷幕來(lái)阻止地下水流入基坑（見(jiàn)圖1），是一種截?cái)嗷觾?nèi)外水聯(lián)系的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)止水帷幕兩側(cè)存在水位差時(shí)，如果止水效果良好，達(dá)到止水作用時(shí)，兩側(cè)水位則不會(huì)發(fā)生變化；如果止水效果不好，達(dá)不到止水作用時(shí)，水就會(huì)從一側(cè)流向另一側(cè)［5］。

圖1 止水帷幕示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Water-stop Curtain

在實(shí)際工程中，抽水試驗(yàn)可以通過(guò)抽水孔和觀測(cè)孔之間的水位關(guān)系來(lái)檢驗(yàn)止水效果，是對(duì)止水帷幕效果最直接的檢測(cè)方法，該試驗(yàn)方法目前已在多個(gè)基坑工程中得到有效應(yīng)用［6-10］。最佳的抽水試驗(yàn)方法是在基坑內(nèi)布置多個(gè)抽水孔，使基坑內(nèi)水位整體下降，通過(guò)觀察沿基坑邊布置的內(nèi)、外觀測(cè)孔的水位變化情況判斷止水帷幕的止水效果，但這樣做需要設(shè)置大量的抽水孔和觀測(cè)孔，抽水量大，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，成本高，不便于推廣應(yīng)用。基坑周邊的水文地質(zhì)情況往往變化較大，有些區(qū)域透水性強(qiáng)，有些區(qū)域透水性差，根據(jù)實(shí)際情況選取有滲透隱患的區(qū)域進(jìn)行局部抽水試驗(yàn)，可對(duì)基坑止水帷幕的質(zhì)量起到重點(diǎn)抽查的作用，這與當(dāng)前建筑工程檢測(cè)行業(yè)普遍采用的抽樣檢測(cè)的理念是一致的，是一種比較好可行的檢測(cè)方法［11］。目前針對(duì)止水帷幕止水效果的局部抽水試驗(yàn)還沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)的方法，也在一定程度上限制了該方法的應(yīng)用。

本文依據(jù)經(jīng)典滲流理論及《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程：JGJ 120—2012》［12］，總結(jié)出一套相對(duì)可行的止水帷幕檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本次抽水試驗(yàn)設(shè)計(jì)為“1+1”形式的多孔抽水試驗(yàn)，抽水孔帶1個(gè)觀測(cè)孔，抽水孔布置在基坑止水帷幕的內(nèi)側(cè)，對(duì)應(yīng)的觀測(cè)孔布置在基坑止水帷幕的外側(cè)，如圖2所示。通過(guò)觀測(cè)坑外觀測(cè)孔的水位情況來(lái)分析抽水孔與觀測(cè)孔的水力聯(lián)系，從而判斷相應(yīng)位置的止水帷幕的止水效果。抽水孔與觀測(cè)孔的距離不宜大于5.0 m，且應(yīng)根據(jù)降深的設(shè)定保證觀測(cè)孔在抽水井的影響半徑范圍內(nèi)。本次抽水試驗(yàn)采用3次降深抽水，試驗(yàn)方法采用穩(wěn)定流法。

圖2 抽水井與觀測(cè)孔布置示意圖Fig.2 Schematic Diagram of the Arrangement of Pumping Wells and Observation Holes

為防止抽出的水滲入到抽水巖土層，應(yīng)根據(jù)地形坡度、含水層的埋深、地下水流向和地表滲透性能等因素，確定排水方向和排水距離，并使排水通暢。

在抽水試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)觀測(cè)抽水孔（坑內(nèi)）和觀測(cè)孔（坑外）的水位變化情況來(lái)分析抽水孔與觀測(cè)孔的水力聯(lián)系，從而判斷相應(yīng)位置的止水帷幕的止水效果。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程1：花都區(qū)某項(xiàng)目

3.1.1 工程概況

本工程基坑總面積約7 273 m2，支護(hù)周長(zhǎng)約368 m，基坑設(shè)計(jì)深度6.9 m。采用的支護(hù)形式：北側(cè)為放坡掛網(wǎng)噴錨+鋼管土釘，坡面設(shè)置泄水管；其余三側(cè)為三軸攪拌樁內(nèi)插型鋼垂直支護(hù)+1道預(yù)應(yīng)力錨索。止水帷幕采用北側(cè)單軸攪拌樁與其余三側(cè)三軸攪拌樁封閉1圈?；影踩燃?jí)為二級(jí)。

3.1.2 工程地質(zhì)情況

鉆孔范圍內(nèi)的巖土性狀如表1所示。

表1 工程1地層巖土性狀描述Tab.1 Engineering 1 Formation of Geotechnical Description

3.1.3 水文地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)場(chǎng)地地形平坦，地下水補(bǔ)給、徑流和排泄條件一般。擬建場(chǎng)地地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要是大氣降雨，排泄則以蒸發(fā)和側(cè)向徑流至鄰近場(chǎng)區(qū)為主，場(chǎng)地不存在對(duì)地下水和地表水的污染源，地下水未受污染。

3.1.4 試驗(yàn)方案制定

根據(jù)工程的實(shí)際情況，采用3次降深，最大降深控制在坑底（基坑開(kāi)挖深度）1.0 m范圍，并通過(guò)觀測(cè)坑外觀測(cè)孔的水位情況來(lái)分析抽水孔與觀測(cè)孔的水力聯(lián)系，從而判斷相應(yīng)位置的止水帷幕的止水效果。

基坑設(shè)計(jì)深度6.9 m，止水帷幕深度9.0 m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，本次試驗(yàn)孔深確定為10.0 m，抽水孔與觀測(cè)孔的距離確定為2.5 m，如圖3所示。

圖3 抽水試驗(yàn)布孔立面示意圖Fig.3 Schematic Diagram of the Elevation of the Holes in the Pumping Test（mm）

⑴抽水孔、觀測(cè)孔的成井工藝

抽水孔與觀測(cè)孔均采用φ250硬質(zhì)合金鉆頭跟管鉆進(jìn)，孔深為10.0 m。

⑵洗井工藝

抽水孔、觀測(cè)孔成井后，采用清水洗井和活塞洗井法相互交替且反復(fù)進(jìn)行的方式進(jìn)行洗井，直到水清、砂凈、無(wú)沉淀時(shí)止。

3.1.5 孔位布置

試驗(yàn)點(diǎn)位宜均勻分布在基坑范圍內(nèi)，本基坑采用2種支護(hù)型式，每種支護(hù)型式布置至少1個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，平面布置如圖4所示（抽水孔用SCK表示，觀測(cè)孔用GCK表示，下同）。

圖4 抽水試驗(yàn)布孔平面示意圖Fig.4 Schematic Diagram of the Hole Layout in the Pumping Test （m）

3.1.6 試驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)分析

抽水試驗(yàn)過(guò)程中能形成穩(wěn)定流，地下水補(bǔ)給慢，涌水量不大，試驗(yàn)期間觀測(cè)孔內(nèi)水位未變動(dòng)。詳細(xì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)成果與止水效果評(píng)價(jià)如表2所示，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的Q-t、s-t曲線如圖5所示。

表2 試驗(yàn)成果與基坑止水帷幕止水效果評(píng)價(jià)Tab.2 Test Results and Evaluation of Foundation Pit Water-stop Curtain Water-stop Effect

圖5 工程1試驗(yàn)點(diǎn)Q-t、s-t曲線Fig.5 Q-t，s-t Curve of Project 1

3.1.7 試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)在試驗(yàn)過(guò)程中，觀測(cè)孔水位不受抽水孔水位下降形成降落漏斗的影響，且觀測(cè)孔內(nèi)水位除1#點(diǎn)位由于受降雨影響外也未變動(dòng)，表明該試驗(yàn)點(diǎn)附近基坑內(nèi)外地下水連通性差，無(wú)明顯的水力聯(lián)系，試驗(yàn)點(diǎn)附近止水帷幕止水效果良好。

3.1.8 開(kāi)挖后情況

基坑逐步開(kāi)挖降水過(guò)程中，坑外觀測(cè)孔內(nèi)水位波動(dòng)不大，且止水帷幕外露部分無(wú)明顯滲水跡象，證明止水帷幕起到了較好的止水隔水作用。

3.2 工程實(shí)例2：番禺區(qū)某項(xiàng)目

3.2.1 工程概況

本工程項(xiàng)目占地面積約為7 534.08 m2，設(shè)1層地下室，基坑總面積約6 326 m2，基坑開(kāi)挖深度為5.5 m，基坑周長(zhǎng)約328.66 m。根據(jù)周邊環(huán)境和地質(zhì)條件的不同，將本基坑分成4個(gè)支護(hù)設(shè)計(jì)區(qū)，采用“φ600@450單軸攪拌樁+分層錨管/土釘+噴錨護(hù)面”復(fù)合土釘墻支護(hù)方案?；影踩燃?jí)整體為二級(jí)。

3.2.2 工程地質(zhì)情況

鉆孔范圍內(nèi)的巖土性狀如表3所示。

表3 工程2地層巖土性狀描述Tab.3 Engineering 2 Formation of Geotechnical Description

3.2.3 水文地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)地下水的補(bǔ)給主要靠大氣降水和生活用水徑流補(bǔ)給，以大氣降水滲入補(bǔ)給為主，以側(cè)向徑流補(bǔ)給為次。大氣降水補(bǔ)給受降雨季節(jié)支配，由于年內(nèi)降雨分配不均，不同季節(jié)的蒸發(fā)度、濕度不同，滲入補(bǔ)給量隨季節(jié)而變化，雨季成為地下水的主要補(bǔ)給期。

3.2.4 試驗(yàn)方案制定

根據(jù)工程的實(shí)際情況，采用3次降深，最大降深控制在坑底（基坑開(kāi)挖深度）1.0 m范圍，并通過(guò)觀測(cè)坑外觀測(cè)孔的水位情況來(lái)分析抽水孔與觀測(cè)孔的水力聯(lián)系，從而判斷相應(yīng)位置的止水帷幕的止水效果。

基坑設(shè)計(jì)深度5.5 m，止水帷幕深度8.0 m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，本試驗(yàn)孔深確定為9.0 m。抽水孔與觀測(cè)孔的距離確定為1.5 m，如圖6所示。

圖6 抽水試驗(yàn)布孔立面示意圖Fig.6 Schematic Diagram of the Elevation of the Holes in the Pumping Test（mm）

⑴抽水孔、觀測(cè)孔的成井工藝

抽水孔與觀測(cè)孔均采用φ250硬質(zhì)合金鉆頭跟管鉆進(jìn)，孔深為9.0 m。

⑵洗井工藝

抽水孔、觀測(cè)孔成井后，采用清水洗井和活塞洗井法相互交替且反復(fù)進(jìn)行的方式進(jìn)行洗井，直到水清、砂凈、無(wú)沉淀時(shí)止。

3.2.5 孔位布置

試驗(yàn)點(diǎn)位宜均勻分布在基坑范圍內(nèi)，當(dāng)涉及多種支護(hù)型式時(shí)需盡量保證每種支護(hù)型式布置至少1個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，平面布置如圖7所示。

圖7 抽水試驗(yàn)布孔平面示意圖Fig.7 Schematic Diagram of the Hole Layout in the Pumping Test（m）

3.2.6 試驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)分析

抽水試驗(yàn)過(guò)程中能形成穩(wěn)定流，地下水補(bǔ)給慢，涌水量不大，試驗(yàn)期間觀測(cè)孔內(nèi)水位未變動(dòng)。詳細(xì)試驗(yàn)成果與止水效果評(píng)價(jià)如表4所示，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)Q-t、s-t曲線如圖8所示。

表4 試驗(yàn)成果與基坑止水帷幕止水效果評(píng)價(jià)Tab.4 Test Results and Evaluation of Foundation Pit Water-stop Curtain Water-stop Effect

3.2.7 試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)在試驗(yàn)過(guò)程中，觀測(cè)孔水位不受抽水孔水位下降形成降落漏斗的影響，且觀測(cè)孔內(nèi)水位也未變動(dòng)，表明該試驗(yàn)點(diǎn)附近基坑內(nèi)外地下水連通性差，無(wú)明顯的水力聯(lián)系，試驗(yàn)點(diǎn)附近止水帷幕止水效果良好。

圖8 工程2試驗(yàn)點(diǎn)Q-t、s-t曲線Fig.8 Q-t，s-t Curve of Project 2

3.2.8 開(kāi)挖后情況

基坑逐步開(kāi)挖降水過(guò)程中，坑外觀測(cè)孔內(nèi)水位波動(dòng)不大，且止水帷幕外露部分并無(wú)明顯滲水跡象，證明止水帷幕起到了較好的止水隔水作用。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)將抽水試驗(yàn)應(yīng)用于基坑止水帷幕止水效果檢測(cè)中的研究，得出以下結(jié)論：

⑴通過(guò)工程實(shí)例數(shù)據(jù)分析表明，通過(guò)抽水試驗(yàn)可對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)周邊基坑內(nèi)外地下水流通情況進(jìn)行直觀的分析，對(duì)止水帷幕止水效果進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，是止水帷幕止水效果最直接有效的檢測(cè)方法，而且通過(guò)后期基坑開(kāi)挖后止水帷幕未發(fā)生滲水等情況，也進(jìn)一步印證了檢測(cè)結(jié)果的有效性。

⑵通過(guò)3次降深，每次降深后觀察孔水位基本保持不變，說(shuō)明3次降深是比較適用于該試驗(yàn)中，且最大降深宜選擇在基坑設(shè)計(jì)深度以下1.0 m范圍內(nèi)。

⑶對(duì)于每個(gè)抽水孔，其檢測(cè)范圍僅能覆蓋抽水孔周邊局部小范圍，對(duì)于較大基坑來(lái)說(shuō)很難通過(guò)幾個(gè)孔對(duì)整個(gè)基坑止水帷幕進(jìn)行評(píng)價(jià)，后期仍需針對(duì)不同支護(hù)型式及含水層分布情況細(xì)化檢測(cè)方案，適當(dāng)增加試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)，均勻布置點(diǎn)位，提高抽水試驗(yàn)對(duì)整個(gè)基坑止水帷幕止水效果的有效性評(píng)價(jià)。