豆腐营城中村地下水

豆腐营城中村地下水

一、地下水降水

1、降水井：豆腐营城中村基坑内地下水降水采用降水井，其做法为：用旋挖桩机在基坑内钻∮800×17400mm的井孔，井底250mm填0.5至1mm级配碎石，用10根14的三级钢做外径为500mm的钢筋笼井管，外包一层尼龙的5目钢丝网，将钢筋笼放入桩孔后，钢筋笼与桩孔间用0.5至1mm级配碎石回填至比地面低500mm后，用粘土封井口。采用此种降水井的目的是想在基坑土方开挖过程中事先将坑内地下水降至基坑开挖面以下，并在坑内降水时防止细粒土流失。但此种做法存在下列问题：

（1）、钢筋笼强度太差，当成孔后井壁土层易坍塌时，钢筋笼会因孔壁土压力挤压而变形甚至被封堵，土方开挖时极易被埋没。本工程共在基坑打井20口，全部因土压力挤压变形或封堵、在挖土过程中被土方埋没而成为废井。

（2）、在基开挖前一次性打17.4m深的井本身意义不大。基坑开挖降水以分层开挖、分层降水为原则。在基坑前即使先打好17.4m的降水井，也只能根据每层土方开挖的深度，将地下水降至开挖面以下1mm 左右即可，而不能一次性将地下水降至基坑设计深度以下。如果一次性将坑内地下水降至基坑设计深度以下，除需在基坑开挖前降水的同时即对周边地下水进行回灌外，因土方开挖前基坑支护结构尚未形成，坑内土体排水固结必然会产生一个巨大的竖向附加荷载而导致坑内土体沉降，从而诱发开挖前已施工的支护桩、止水帷幕及周边建、构筑物在基坑开挖即产生附加位移和变形，不利于基坑和周边环境安全。

2、根据分层开挖、分层降水的原则，宜采用两种方法降低坑内地下水：（1）、如在基坑开挖前即在坑内打降水井，对于孔壁土体稳定性较好、土压力小的井孔，可采用钢筋笼井管，但土方开挖时应严格的保护措施以防井管被机械损坏或补土方埋没。而对于孔壁土体稳定性差、土压力大、易塌孔的井孔，应采用钢花管降水井，以防井管被挤压变形或甚至被封堵，同样应采取应严格的保护措施以防井管被机械损坏或补土方埋没。

（2）、如在基坑开挖前不在坑内打降水井，可在每层土方前先挖降水坑和排水沟，将坑内水位降至开挖面以下1m左右即可，对于会产生流砂或管涌的土层，可采取引水堵砂的方案控制细粒土流失。具体做法为，在降水坑坑底和排水沟沟底铺设一层土层布，在土工布上反压一定厚度的碎石，水透过土工布后进入排水沟并汇集至降水坑，土工布将细粒土阻隔而防止其流失。对于流砂管涌严重的土层，直接开挖降水坑和积水沟，会被管涌或流砂很快将坑、沟填平，可采用压周边、挖中间的办法，即在开挖前，先用麻袋或土工布装好碎石，堆码在需开挖的坑、沟周边，然后开挖坑、沟，随着位于中间的坑、沟土方开挖，周边装满碎石的麻袋不断滑入坑、沟内，在坑沟内壁周边形成一层不会发生管涌流砂的碎石置换层

反压注管涌、流砂，最终形成降水坑和排水沟。

3、降低地下水时，如开挖层很薄且土体透水差（如粘土或粉质粘土）而开挖层下的土体为透水层很强的土层（如粉土或粉砂），不可将开挖层以下的土层水位降低过多。因开挖层土体透水性差，其排水固结时间长，开挖层以下的土体透水性强，其排水固结时间短，由于两层土排水固结不同步，上层土的排水固结沉降量小于下层土的排水固结沉降量，上下两层土接触面会产生相对位移而形成空腔，当开挖层土体很薄而不能承受开挖层以上土方和施工荷载时，即发生坑内坍陷。而坑内坍陷除影响坑内安全外，也削弱了坑内的被动土压力，从而削弱了支护结构的支座反力，引起支护结构、坑外土体、周边建构筑物变形和位移增大，甚至发生安全事故。

二、地下水回灌

1、钢管井：豆腐营城中村南北区基坑工程设计文件中，基坑开挖后基坑周边流失的地下水皆采取用∮140×4×12000mm的钢管井进行回灌补给。具体做法为：用长螺旋钻机先钻∮350×12250mm的孔，孔底用0.5至3mm的级配碎石填充250mm，再将∮140×4×12250mm的钢管按梅花形布置钻孔后、外包两层塑料窗纱网后施工放入孔内，钢管与孔壁间用0.5至3mm的级配碎石填充至比地面低500mm处，再用粘土填充至与地面平，钢管顶部比地面高出250mm。

（1）、优点：用长螺旋钻机成孔，速度快，成孔深度较深，易达设计要求的回灌深度，施工较安全，成本较低。

（2）、不足：

1）、因回灌井必须达强透水层，对圆砾类强透水层，除非地下水压很高，长螺旋成孔时一般不会发生管涌，可直接成孔，无需泥浆护壁，成孔后较易清孔。而对于粉土、粉砂类强透水层，地水压较大时，成孔时会发生管涌，须用泥浆护壁，成孔后清孔难度大。本工程因回灌井所达到的强透水层为粉土或粉砂层，部分井施工后，回灌前虽经多次清孔，再进行回灌，即发现难以回灌，成为废井。当井所需达到的强透水层为粉土或粉砂类强透水层时，宜先用泥浆护壁成孔，成孔后用钢花管护壁，钢花管护壁后清孔，清孔后再安装钢管井，回填碎石滤料、用粘土封井。但造价相对较高。

2）、无论回灌所达到的强透水层为圆砾层还是粉土或粉砂层，有条件时皆须采用自来水进行回灌，以防堵井，只是成本较高。如采用基坑内排水回灌，由于塑料窗纱滤网和碎石滤料孔隙较大，必须设沉泥池或可过滤粘粒、粉粒、粉砂的滤网（如土工布）进行沉淀和过滤，以防粘粒、粉粒、粉砂填充滤网、滤料及回灌井周边强透水层后，封死回灌井，而导致回灌井失效成为废井。本工程因采用含有大量粘粒、粉粒、粉砂的基坑排水进行回灌，回灌一段时间后，发生堵井，虽经多次冼井，仍无法解决，最终导致所有回灌井基本失效。

3）、由于回灌井在高压注浆和深搅桩施工后、基坑开挖前施工，之后边开挖基坑

边施工锚索，回灌井一应避开锚索注浆段和高压注浆、深搅桩影响范围，位于锚索自由段；二是在锚索注浆时，必须严格封堵注浆段，以防锚索自由段注浆后封死回灌井。为避免锚索自由段注浆，应将锚索锚固与自由段连接严密封堵，将自由段填充密实，并在锚索锚固段设排水管，以便在锚固段注浆时排出孔内积水，当锚固段注浆饱满后，浆液可从排水管排出，避免在锚固段注浆饱满后因无法观察而继续注浆，导致浆液强行进入自由段而封死回灌井。本工程因锚索注浆段未设排水管，在锚固段注浆饱满后无法观察，而是以锚索钻孔孔口返浆作为结束锚索注浆条件，最终导致在锚索注浆结束后，部分回灌井被封死，成为废井。

2、人工挖孔井

由于钢管井出现上述诸多问题，地下水难以补给，导致坑外邻基坑边处地下水位下降约8m左右，在基坑周边形成一个降水漏斗，周边建筑也呈现出离基坑由近而远、由大到小的排水固结、差异沉降特征。经专家论证后，设计人员根据专家意见采用∮800mm的人工挖孔回灌井，深度挖至强透水层。但人工回灌井存在下列问题：

（1）、井壁为混凝土，不透水，如井底土层为强透水层且渗透系数大于井底以上土层的渗透系数，回灌水只能从井底向井底以下土层补水，形成一个回灌反漏斗，而不能向井底以上土层补水，故无法缓解或阻止基坑外土层排水固结而导致周边建筑所发生的差异沉降。要解决这个问题，须在井壁四周用电钻钻孔，以保证对位于井底以上的各土层回灌补水。本工程因井壁四周未钻孔，故虽井底挖至粉砂层，因无法对井底以上土层回灌补水，故回灌后，周边建筑的因地基土排水固结沉降仍未缓解，而最终中止沉降则持续至主体结构完工、排水固结基本完成。（2）、当人工挖孔井井壁不钻孔时，即便井底以下土层的渗透系数小于井底以上土层的渗透系数时，对于井底以上的同一土层而言，其水平向渗透系数通常大于其竖向渗透系数，故回灌水也优先沿下部土层水平向流失，而难以对井底以上各土层进行补水。其结果与井底以下土层渗透系数大于井底以上土层渗透系数的结果相关不大。

（3）、人工挖孔井进度慢、费用高、危险性大。一般每施工1m深的井需2天左右，且存在高处坠落、物体打击、触电、室息、中毒、坍塌、透水等安全隐患。本工程因一口井挖至11mm深时发生管涌，施工方曾先三次组织工人继续开挖，工人皆自动停工，最终成井深度限于11m。

三、管涌

1、南区位于海埂路边长约80 m的一段基坑开挖至坑深8至9m时坑底周边发生管涌，为此召开专题会进行分析，主要观点有四：一是认为由于各栋楼土方开挖流水作业，在该部位形成高约8至9m的坑内无支护边坡，坡体产生附加压力使用坡下土体产生承压水，但此种观点难以解释管涌时间很长且无衷减迹象。二是认为下部承压水通过地质钻孔形成自流井，此种观点难以解释长约80m范围内、

间距约0.5m至2m、数量高达约100个管涌洞形成的管涌群。三是认为止水帷幕漏水，与第二种观点一样，难以解释管涌的范围、间距和数量。四是认为地质报告有误。根据原地质报告，该部位已形成落底式止水帷幕，不应该发生管涌。签于发生异常现象—管涌，建议根据基坑工程要求，对基坑坑内周边进行补勘。最终采纳第四种观点，进行补勘。而补勘结果证明，原设计止水帷幕下端已进入不透水层，实际上自已开挖的坑底以下开始，止水帷幕深度范围内皆为透水层，该部位并未形成落底式止水帷幕，坑外地下在止水帷幕下端形成越流，导致坑内发生管涌。

2、根据补勘报告，设计人员重新进行该部位止水帷幕设计，在南区基坑邻海埂路边半个基坑坑内周边增加一排深搅桩，按坑内外地下水水头与帷幕桩在设计坑底以下的嵌固深度的比值为1：1确定帷幕桩深度，以防止管涌的发生。按此确定帷幕桩深度存在下列问题：

1）、设计人员认为：根据设计人员各工程的设计经验看，按截水帷幕嵌固深度比坑内外地下水头差（或坑底承压水头与坑底水位水头差）=1：1确定基坑内增加的深搅桩截水帷幕嵌入坑底土层深度，能防止管涌发生，满足本工程基坑抗渗稳定性要求。但此规定一无理论依据，二是不符合现行《建筑基坑支护技术规范》和《建筑地基基础设计规范》。

2）、设计人员认为：现有关理论并不能准确地分析地下水作用下基坑抗流土（管涌、流砂）稳定性问题。设计人员对基坑修改图中坑内增加的深搅桩嵌入坑底的深度满足防止流土（管涌、流砂）充满信心。但根据《建筑地基基础设计规范》，动水压力远高于土体有效重度，抗流土（管涌、流砂）稳定性不能满足。

3）、设计人员认为：现场管涌是因地质钻孔引起，建设方和监理方现场所看到管涌是假象。但现场发生的管涌是真象，且与现有止水帷幕、补勘报告、动水压力理论、球体自由悬浮速度理论、不均匀系数与流土理论等皆一致。

最终，对于坑内新增止水帷幕桩，设计人员按截水帷幕嵌固深度/坑内外地下水头差（或坑底承压水头与坑底水位水头差）=1.2：1确定。但仍无理论依据，且仍存在部分剖面为悬挂式止水帷幕，达不到全面防止管涌的目的。在后续基坑开挖过程中也证实了这一点。

3、坑内小基坑

由于南区基坑周边邻海埂路边止水帷幕未完全形成落底式止水帷幕，该部位基坑开挖至筏板坑底后（深约14m），再次产生大面积管涌群。考虑到筏板坑中间的电梯坑深约17m，采用挖探坑的办法试挖，结果发生管涌和流砂将探坑填平，于是要求设计人员出处理方案，设计人员制定了在坑内打降水井的方案。由于坑降水存在前述安全隐患，未预采纳。最后决定在电梯坑周边用单排深搅桩做止水帷幕，深搅桩桩长9至11m，端部嵌入坑底下部粘性土层1m，形成一个由落底式止水帷幕组成的坑内小基坑。

4、深搅桩管涌

在电梯坑周边用落底式止水帷幕做坑中小基坑的方案，总体上成功，电梯基坑开挖后，未发生管涌、流砂。但有一根深搅桩因所处位置表面粉质粘土仅0.6m厚，深搅桩成孔时钻通此粉质粘土层，施工后形成一个桩径大小、深约0.6m的管涌孔。设计采用普通水泥素水泥浆单根钢花管注浆，先用挖掘机压入一根长12m 的钢花管，用海带封住管涌孔，再注入配合比1：1的水泥浆，共注入水泥约6.7t，终止注浆压为0.5MPa。注浆结束后前三天，除钢花管管内和管周有少量出水外，未发生管涌。至第四天，管周开始出现管涌，以后逐步加剧。但与深搅桩施工刚结束时管涌相比，已大幅度减弱。对于遗留的管涌，最终采取前述引水堵砂法进

行处理。此次注浆对深搅管涌起到较好的抑制作用。但有待改进。对于此类管涌，建议采取如下方法：

1）、埋管：

引水泄压管：将一根直径100mm左右钢管压入管涌孔内，插入深度8m左右，管顶高于管涌处坑底5cm，管顶装一闸阀，注浆时闸阀开启，作为注浆引水泄压用，以防止水泥土在终凝并达到一定强度前被地下水破坏。待水泥土产生一定强度后关闭，以封闭地下水。

孔塞注浆管：将一根直径48mm、长5m的钢花管压入管涌孔内，花管孔位于管下端2m范围，花管所有注浆孔的面积按花管内径面积的1.5倍确定。

填充注浆管：将一根直径48mm、长12m的钢筋花管压入管涌孔内，花管孔位于管下端7m范围，花管所有注浆孔的面积按≥花管内径面积的1.5倍确定。2）、注浆

孔塞注浆：采用水玻璃水泥浆对孔塞注浆管进行注浆，配比由试配确定，初凝时间根据注浆设备的压力与流量，在保证必要的注浆量的情况下，越短越好，注浆时间控制在初凝时间的一半，以防注浆设备堵塞。

填充注浆：采用水泥浆加少量水玻璃对填充注浆管进行注浆，填充注浆至少在孔塞注浆终凝后进行，如发生地面涌浆，可间隙30min左右后再注浆。

5、空心方桩管涌：先将一根直径48mm、下端带托盘的引水管插入桩孔内，引水管上端装一闸阀，再用快硬砼或水漏进行封堵，封堵时引水管上端闸阀开启。封堵位置位于桩身填芯砼以下，封堵长度至少1m以上。待封堵材料达到一室强度后，关闭引水管闸阀即可。

杨清文

2011年1月31