陸慶皓

(江蘇省水文水資源勘測(cè)局 南京分局，南京 210008)

0 引 言

為解決城市交通問(wèn)題，對(duì)城市地下空間的開(kāi)發(fā)和利用成為發(fā)展新趨勢(shì)，隨著基坑開(kāi)挖深度越來(lái)越深，造成的基坑面積則越來(lái)越大。南京沿海開(kāi)發(fā)城市地下面積不斷擴(kuò)大，推動(dòng)了長(zhǎng)江漫灘地帶的地下工程建設(shè)。南京長(zhǎng)江漫灘地區(qū)屬于典型的二元結(jié)構(gòu)，深基坑工程容易受到地下水的影響引起基坑突水事故，造成工期延誤、基坑坍塌，嚴(yán)重影響周邊居民的正常生活。引滲疏干技術(shù)可以將基層的地下水引入下部水層中，主要利用鉆孔進(jìn)行引導(dǎo)，達(dá)到疏干上部地層水的目的[1]。這種降水方法適用多層地下水基坑工程，含水層的透水性及穩(wěn)定性要保持良好，且含水層水位不得高于基底。不管是引滲自降還是引滲抽降，都是降低水位的有效方法。引滲井可以是裸井，也可以是管井。裸井的原理是成孔后直接在孔中回填砂料；管井的原理是成孔后在孔中安裝過(guò)濾的水管，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)井周進(jìn)行濾料填入[2]。鑒于此，本文結(jié)合南京長(zhǎng)江漫灘，對(duì)基坑降水的引滲疏干技術(shù)進(jìn)行探討。

1 工程概況

根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告，南京有將近一半以上的地域位于長(zhǎng)江及秦淮河古河道漫灘區(qū)，工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜，地質(zhì)軟弱。上部以黏性土為主，下部以礫石層、砂為主。南京梅子洲過(guò)江通道及青奧軸線地下交通系統(tǒng)位于長(zhǎng)江夾江東南岸，隸屬于長(zhǎng)江古河道漫灘區(qū)。南京梅子洲過(guò)江通道地下工程地處漫灘，地層條件復(fù)雜，基坑工程受到地下水的威脅，降水難度大。由梅子洲主線隧道、濱江大道組成的南京梅子洲過(guò)江通道地下工程屬于3層框架結(jié)構(gòu)，采用明挖暗埋的方式進(jìn)行施工，采用大放坡開(kāi)挖方式，最大開(kāi)挖深度大于25 m，長(zhǎng)度和寬度約為250和300 m[1]。

地面下8 m開(kāi)挖土方35×104m3，達(dá)到8 m后再開(kāi)挖主隧道及匝道，開(kāi)挖土方20×104m3。本工程擁有特殊的地質(zhì)條件，開(kāi)挖期間的用水量超過(guò)15 m3，工程完工后要抽出6 000×104m3的水。因此，根據(jù)基坑開(kāi)挖的深度，采用放坡、鉆孔樁的方式進(jìn)行基坑圍護(hù)。

2 地質(zhì)條件

南京長(zhǎng)江漫灘地區(qū)地面高程約為5～8 m， 第四系土層厚度局部深度大于70 m，上部分布較厚的漫灘相淤泥、黏土；中部為沉積層，厚度大，局部含有軟土夾層；下部具有二元結(jié)構(gòu)特征，有砂土、礫砂土質(zhì)分布。水文工程地質(zhì)條件中以二元結(jié)構(gòu)為主，上部為高壓縮性的淤泥，下部為承壓含水層，對(duì)深基坑工程的施工影響較大。其地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖1。

圖1 地質(zhì)剖面圖

水文工程具體地質(zhì)特征如下[2]。

2.1 承壓水頭高

承壓含水層厚度大，平均厚度約為40～60 m；具有較好的滲透性，根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)材料顯示，上部粉砂層的滲透性系數(shù)為7.2～23 m/d，下部滲透性系數(shù)為22～55 m/d；強(qiáng)度大，單井出水量約為5 500 m3/d。承壓含水層與江水之間的關(guān)系決定了承壓水頭的高低，長(zhǎng)江水位標(biāo)高說(shuō)明承壓水頭標(biāo)高，最高可達(dá)10 m，基坑工程隨時(shí)面臨著高承壓水的問(wèn)題。

2.2 含水層存在各向異性

在南京長(zhǎng)江漫灘地區(qū)形成的過(guò)程中，由于沉積環(huán)境的變化，導(dǎo)致下部承壓含水層中沉積黏性土夾層，導(dǎo)致承壓含水層出現(xiàn)各異性特點(diǎn)[3]，水平方向的滲透性嚴(yán)重超標(biāo)。對(duì)本工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，得到水平滲透系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于垂直滲透系數(shù)。薄層黏性土夾層會(huì)妨礙垂直方向的運(yùn)動(dòng)，影響基坑工程的降水效果。在明挖階段，整個(gè)工程的地下水位降低數(shù)米，在開(kāi)挖時(shí)仍然會(huì)遇到薄層黏性土夾層[3]。

2.3 沉降變形

漫灘區(qū)上部的軟土地層含水量大、壓縮性高，容易發(fā)生沉降變形，含水層厚度的增加會(huì)使基坑工程的維護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)法進(jìn)入隔水層，在降水時(shí)坑外地下水位降低，造成沉降變形，容易對(duì)周邊建筑物造成破壞[4]。

2.4 坑底突涌

基坑開(kāi)挖深度的不斷增加，承壓含水層的厚度逐漸減小，其重量無(wú)法承受水頭壓力，從而發(fā)生突涌破壞，見(jiàn)圖2?？拥淄挥渴鹿蚀蠖嗍怯捎诳觾?nèi)承壓水頭未得到有效控制，無(wú)法滿足基坑底板的穩(wěn)定性條件，亦或是在進(jìn)行地質(zhì)勘探鉆孔時(shí)，承壓水沿樁周冒出。

3 引滲疏干工程設(shè)計(jì)

該工程的基坑開(kāi)挖面積約為6×104m2，整個(gè)基坑在開(kāi)挖時(shí)形成盆式結(jié)構(gòu)，先進(jìn)行放坡開(kāi)挖，再進(jìn)行主線隧道開(kāi)挖及匝道基坑開(kāi)挖。引滲疏干技術(shù)原理見(jiàn)圖3。

圖3 引滲疏干原理圖

3.1 放坡開(kāi)挖引滲井設(shè)計(jì)

盆式結(jié)構(gòu)的基坑開(kāi)挖范圍以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層為主，該層透水性差，對(duì)土方開(kāi)挖影響大?？拥?～3 m為粉砂、粉細(xì)砂承壓含水層，透水性好。因此在開(kāi)挖過(guò)程中，首先要嚴(yán)格按照表1所示的不同坡比對(duì)應(yīng)的傾角，完成對(duì)邊坡開(kāi)挖參數(shù)的設(shè)計(jì)。

表1 不同坡比對(duì)應(yīng)的傾面

需要充分考慮土體疏干及承壓含水層的降水問(wèn)題。盆式基坑在開(kāi)挖過(guò)程中，沒(méi)有任何的支撐防護(hù)，管理難度大，如果在每一個(gè)降水井中都安裝抽水泵，則現(xiàn)場(chǎng)的管線密度分布較大，影響土方開(kāi)挖的進(jìn)度及抽水連續(xù)性，導(dǎo)致降水效果降低，影響施工進(jìn)度。因此，為了保證基坑的安全性，讓基底與承壓含水層距離拉近，再使用引滲疏干技術(shù)將地下水引滲到承壓含水層中，達(dá)到疏干的目的。

3.2 涌水量預(yù)測(cè)

采用敞開(kāi)式降水的方式進(jìn)行放坡開(kāi)挖。根據(jù)涌水量預(yù)測(cè)的計(jì)算公式對(duì)涌水量預(yù)測(cè)進(jìn)行計(jì)算。

=45 170.97(m3/d)

(1)

根據(jù)引用影響半徑的計(jì)算公式：Q0=r0+Q，將45 m，220 m兩個(gè)值分別帶入到水層深度r0和水位降深Q中，得出引用影響半徑的Q0值為265 m。

根據(jù)式(2)計(jì)算單井出水能力：

(2)

將0.15 m，9 m，39 m/d分別帶入到半徑r、長(zhǎng)度l和滲透系數(shù)k中，得到單井出水能力p的值為1 381 m3/d，接下來(lái)，再將單井出水能力p值帶入到式(3)中，同時(shí)將63 m3/d帶入到總涌水量P中，算出降壓井?dāng)?shù)量N的值為50。

N=1.1P/p≈50

(3)

基坑在開(kāi)挖的過(guò)程中，使降壓井保持連續(xù)降水的狀態(tài)，需要保證井位不受施工影響。將降壓井分圈設(shè)置，在基坑邊坡二級(jí)平臺(tái)布置33口井，距離邊坡二級(jí)平臺(tái)13 m，降壓井深20 m；在主線隧道處布置17口井，降壓井深35 m[5]，作為主線隧道基坑的備用井。見(jiàn)圖4。降壓井深35 m，主線隧道基坑外降壓井深40 m，泥孔徑為750 mm，邊坡上降水井易于保護(hù)，因此采用造價(jià)低的內(nèi)徑400 mm、外徑500 mm的無(wú)砂混凝土濾管，主線隧道的降壓井采用鋼管最為合適。

圖4 降井結(jié)構(gòu)圖

3.3 引滲井設(shè)計(jì)

為方便土方開(kāi)挖及施工作業(yè)，對(duì)開(kāi)挖范圍中的土體進(jìn)行疏干，為施工現(xiàn)場(chǎng)提供一個(gè)良好的施工環(huán)境。淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層的透水性較差，因此對(duì)該地層進(jìn)行疏干時(shí)，需要根據(jù)有效疏干面積進(jìn)行確定。有效疏干面積的經(jīng)驗(yàn)值需要根據(jù)土體的特性來(lái)確定，本次設(shè)計(jì)的引滲疏干井的取值范圍在150～250 m2，整個(gè)盆式基坑設(shè)置90口疏干井。同時(shí)，為了增加引滲疏干井的質(zhì)量，需要經(jīng)常對(duì)引滲井進(jìn)行抽水操作。因此，本次采用的引滲井為安設(shè)井管，井管不需要拆卸。井深16 m，承壓含水層為5 m，采用無(wú)砂混凝土濾管[5]。

對(duì)坑中坑區(qū)域引滲井進(jìn)行設(shè)計(jì)，主線隧道結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻，匝道為灌注樁，基底需要進(jìn)入到承壓含水層中，將水位降低到1 m以下，當(dāng)降低到1 m以下之后，砂層中的地下水將不存在。但根據(jù)資料顯示，粉質(zhì)黏土夾層的存在，導(dǎo)致含水層的水力聯(lián)系變差，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度范圍中形成多層地下水，導(dǎo)致井水位低于基底，出現(xiàn)滯水現(xiàn)象[4]。

當(dāng)布置坑內(nèi)降水時(shí)，需要先降低地下水位。對(duì)于基底以上的疏干問(wèn)題，如果增加疏干井會(huì)導(dǎo)致成本增加，如果采用混合井需要解決降水井封井問(wèn)題。因此，坑中坑區(qū)域就可以采用引滲疏干技術(shù)進(jìn)行降水井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將濾管設(shè)置在基底以下的地層中，濾料回填至地下水位附近。對(duì)于基底以下的地下水，可以通過(guò)濾管的方式將地下水引入降水井中，開(kāi)挖范圍內(nèi)的地下水通過(guò)濾料引入基底，完成引滲疏干設(shè)計(jì)，達(dá)到疏干的目的，解決封井問(wèn)題。

4 結(jié) 語(yǔ)

將引滲疏干技術(shù)應(yīng)用到本工程中，得到了良好的疏干效果?；咏邓谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要考慮到場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行降水設(shè)計(jì)。

對(duì)于多含水層系統(tǒng)，需結(jié)合開(kāi)挖條件及圍護(hù)條件進(jìn)行引滲疏干設(shè)計(jì)，引滲井不存在電路鋪設(shè)與封井問(wèn)題，在保證疏干效果的同時(shí)降低了工程費(fèi)用。

根據(jù)工程基坑中不同位置的開(kāi)挖效果，結(jié)合上部地層的地質(zhì)特點(diǎn)，在邊坡上設(shè)置引滲疏干井，可以保證邊坡的穩(wěn)定，達(dá)到疏干的目的。同時(shí)也有利于土方的開(kāi)挖速度及澆筑速度，保證基地快速封底，引滲疏干技術(shù)在深大基坑工程中的成功實(shí)施對(duì)于類似工程具有十分重要的參考意義。