北京通州碧水污水处理厂基坑涌水特殊处理措施*

庄修伟

（1.信开水环境投资有限公司 北京101100；2.中国水环境集团有限公司 北京101100）

1 工程概况

原通州碧水污水处理厂始建于2002年，占地约21.5 ha，位于通州核心区，承担着通州城区84%的污水处理量。当时选址时，周边没有大型居民区，现在厂区周边陆续建起数个大型居民小区，厂区东北侧有玉带河绕行，见图1。

随着城市化的进程和经济社会的快速发展，该污水厂占地大、能耗高、处理能力低、产生的臭气对周边环境影响大等缺陷日益凸显，其水质、水量、环保标准等都难以满足北京城市副中心化发展和环境质量提升的要求。经过科学论证，2015年，通州区政府决定在不影响原污水处理厂运营的情况下于原址北侧池体内升级改造为全地下封闭式再生水厂并于上部打造生态公园，占地约7.5 ha。

原水厂池壁采用1：1.5和1：1.8两级放坡，坡面采用钢筋网喷射混凝土，池底采用原状土夯实上铺两层PE防渗膜。

图1 原碧水污水处理厂鸟瞰图Fig.1 Bird s eye view of original blue water treatment plant

1.1 工程与水文地质

1.工程地质

根据本次勘察勘探结果和土工试验成果，依据国家相关规范对所勘探地层进行划分，本次勘探最大孔深40.00m深度范围内所揭露地层，按成因年代分为人工堆积层、新近沉积层和第四纪沉积层三大层，按地层岩性进一步分为8个大层及亚层。各层土的地层岩性及其特点自上而下依次为：

粉质粘土填土①层、粉细砂填土①1层、杂填土①2层、粉土填土①3层、粉细砂②层、粘质粉土-砂质粉土②1层、粉质粘土②2层、粉细砂③层、粉质粘土③1层、粘质粉土③2层、粉细砂④层、粉质粘土④1层、粘质粉土④2层、粉细砂⑤层、粉质粘土⑤1层、粘质粉土⑤2层、细砂⑥层。

2.水文地质

本工程详勘最大勘探深度40.00m范围内揭露两层地下水，分别为上层滞水（一）和层间潜水（二）。

上层滞水（一）仅在陆域内部分钻孔中揭露，稳定水位埋深为4.70m～7.00m，稳定水位标高为12.71m～15.02m，含水层岩性主要为人工填土层、粉细砂②层、粘质粉土-砂质粉土②1层、粘质粉土③2层。

层间潜水（二）普遍分布于整个场区，钻孔揭露，稳定水位埋深为8.10m～9.50m，稳定水位标高为9.95m～11.46m，从勘探揭露的地层情况来看，该层地下水水位较为稳定，场地内③～⑥大层的粉质粘土、粘质粉土等相对隔水层多呈非连续分布，以致其间的含水层呈连续状态，总体上来看，该层地下水水量较为丰富，含水层岩性主要为粉细砂③层、粉细砂④层、粉细砂⑤层、细砂⑥层。

本场区上层滞水主要以接受大气降水和池内污水的垂直及侧向补给为主，以蒸发、向下垂直入渗和人工抽降为主要排泄方式。受不同地段地层渗透性影响，其补给方式和补给量悬殊较大。其变化与赋存区域的环境关系密切，没有明显的变化规律。

本区层间潜水天然动态类型为渗入～径流型，主要接受地下侧向径流补给、越流及“天窗”补给为主，并以地下径流、越流以及人工开采为主要排泄方式。其水位季节变化规律一般在5～7月份水位较低，在11月至来年3月水位较高，年变化幅度一般为2m～3m。局部地段受地形起伏、隔水层底板岩性及标高变化影响，其水位埋深和水位标高有所变化，略有承压性。

根据地下水长期动态观测资料，拟建场地1959年地下水潜水最高水位接近自然地表；1971～1973年地下水潜水最高水位标高约为19.0m，埋深约为1.0m；近3～5年潜水最高水位标高约为13.0m左右，埋深约为7.0m。

建设场地地质剖面见图2。

2 基坑概况

污水厂现状地面标高约20.60m，原水厂池底标高8.60m，水面标高约为19.23m，池水深约10.60m，玉带河从场地东北侧绕行。

根据通州碧水污水处理厂升级改造工程工艺流程以及平面布置图，基坑开挖底标高为4.15m～6.80m，长约290m，宽约130m。基坑开挖面积为37955.5m2，周长为875.73m，现状净水池深约10.5m，在基坑开挖过程中，不能影响现有污水厂南侧的运营。为了使原水厂北侧升级改造工程顺利进行，在原水厂水池中间采用砂被围堰进行隔断，见图3。

2.1 砂被围堰设计

围堰设计顶标高为20.60m，高于现有水池水面约1.4m。围堰走向与基坑开挖边线平行，距离地连墙约11m；围堰底部宽为60m，顶部宽为8m，其上为宽为6m的混凝土路面。采用大砂袋围堰，砂袋、砂被等加筋材料能够增强堤身的稳定性，减小堤身的设计断面。围堰垫层高度为2.4m，堤身用砂袋分层铺设，每层厚度0.6m～0.8m。

图2 建设场地地质剖面Fig.2 Geological section of construction site

图3 砂被围堰两侧Fig.3 Both sides of sand dam cofferdam

围堰止水：在围堰外侧铺设两层土工防渗膜，防渗膜向垫层外延伸10m，膜上用防老化编织长袋装砂分段压实，坡脚用砂袋压实。

围堰止水考虑在砂被上铺设防水土工膜。在围堰外侧坡面上整平后再在其上铺设两层土工防渗膜（两布两膜），防渗膜的底部压入淤泥中，膜上用防老化编织长袋装砂分段压实，宽度50cm，厚度30cm，每隔10m一条。为避免防渗膜铺设过程中，原状池壁上原曝气主管残留锚栓、混凝土破块等尖锐物损坏防渗膜，在围堰与原池壁连接部位先吹填散砂找平。

2.2 砂被围堰施工

围堰堤身最长处约450m，深约12m，围堰施工采用吹填砂方式。由于原水厂运行日久，池底存在大量淤泥，同时水池底部存在部分废弃曝气管基础无法拆除，只能埋设在围堰底部，因此提前派潜水员对原水池底部废弃基础和淤泥情况进行摸底，保证围堰底部的充填砂袋定位准确。具体施工以所筑围堰的分段长宽“上下层袋体错缝铺设，避免袋体相对滑动，避免出现贯通缝隙”的原则进行。

砂被围堰施工完成后原水厂南侧正常运营，北侧升级改造。

2.3 基坑支护

砂被围堰施工完成后，在原水池北侧内进行基坑降水，待水位降至地下连续墙施工作业面以下时，进行基坑支护结构施工。

本工程基坑支护设计方案主要采用地下连续墙+预应力锚索、地下连续墙+预应力锚索+混凝土内支撑及地下连续墙+反压土台喷锚等支护体系［1］，为减少地连墙接缝处渗水，在地连墙接缝处采用直径600mm的双管高压旋喷桩止水。其中靠近砂被围堰一侧为了减少锚索对围堰的影响，采用地下连续墙+反压土台喷锚的支护体系，见图4。

图4 基坑支护与砂被围堰Fig.4 Foundation pit support and sand cofferdam

3 基坑降水、排水

由于该场地东北侧有玉带河绕行，一侧为原有水池，场地地下水位较高，地下水对基坑开挖影响很大，易造成局部流土、流砂等现象，因此基坑开挖前应分层开挖、分层降水。基坑开挖期间需做降水和排水。

1.基坑降水

观测井兼作回灌井，沿着基坑开挖边线均匀布设，间距30m～40m，深度18m；降水疏干井，从池底开始施工，在基坑内部均匀布设，间距20m。

2.基坑开挖过程中的排水

坑顶：修建基坑坑顶排水沟，尺寸为0.3m×0.3m，0.3%纵向找坡，防止地面水体流入基坑内。

坑内：在基坑内部修建约20m×20m的疏干井，以将地下水位控制在开挖面下方0.5m～1.0m左右。

3.基坑开挖完成后的排水

坑内：在坑底修建排水沟，尺寸为0.3m×0.3m，0.3%纵向找坡，沿排水沟间隔40m布设，尺寸为1.0m×1.0m×1.0m集水井。

坑顶：利用坑顶排水沟承接坑内集水坑汇水，并经三级沉砂池沉淀后排入市政雨水系统。

4.围堰底部排水

围堰底部：修建围堰排水沟，尺寸为0.5m×0.5m，0.3%纵向找坡，防止水体影响基坑的施工。

4 基坑涌水情况及处理措施

随着地下连续墙的施工完成，基坑开挖施工一直遵循分层、分段开挖的方式，边开挖边降水。

观测井兼回灌井，分布于基坑开挖边线外侧，间距为30m～40m，一共26口；降水疏干井，分布于基坑内部，间距为14.75m×12m，一共194口。详细布置见图5。

图5 基坑降水井、观测井平面布置Fig.5 Layout drawing of foundation pit dewatering well and observation well

（1）2015年11月9日，第34#降水疏干井出现涌水情况，见图6。2015年11月11日，现场采用水泵抽排积水、上铺碎石和砂袋反压的措施进行处理［2］。

图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#降水疏干井出现涌水情况，见图7。同样采用水泵抽排积水、上铺碎石和砂袋反压的措施进行处理。

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

（3）2015年12月8日，Q143地下连续墙与砂被围堰之间出现新的涌水点，见图8。经测量估算，每日涌水量达到4000m3左右。

涌水险情发生后，第一时间采用水泵抽排给水，在涌水点附近铺设碎石并用砂袋将涌水点进行封堵，以防砂性土流出。同时，加快施工地下连续墙，尽可能将涌水点截止在基坑之外。

图8 新涌水点Fig.8 New flood point

但由于此次涌水量较大，造成Q142～Q144三幅地下连续墙无法施工闭合。一方面，长此下去对于施工工期将造成严重影响，同时一旦涌水点出现涌砂现象，将对围堰造成较大的安全风险。另一方面，由于场地条件复杂，无法准确判断此处的较大涌水是地下水还是围堰另一侧的池水或者附近玉带河的河水。

为了尽快解决这一难题，对涌出的水进行了化学检测，发现与围堰另一侧的池水成分相同；同时，经仔细测量，发现34#、27#降水疏干井与本次新涌水点位于同一直线上，见图9。因此可以确定该处涌水来源为围堰另一侧的池水。

图9 涌水点连线图Fig.9 Connection diagram of water inflow point

考虑到该处涌水点水量较大，并且处于冬季，气温较低，常用的双液浆无法起到应有效果［3］。经过仔细分析并结合现场情况，针对本次涌水险情制定了如下方案。

根据34#、27#降水疏干井和本次涌水点的连线，分析认为此条路径即为基坑底部水力路径。在砂被围堰顶部进行钻孔并施做直径600mm的高压旋喷桩，钻孔定位为连线延长后与砂被围堰顶部的交线处，高压旋喷桩间距0.8m，见图10。

高压旋喷桩采用跳打方式，即Z3-Z1-Z2-Z5-Z4。在高压旋喷桩注浆过程中，同时观测涌水点水量变化，一旦涌水量出现明显变化，迅速加大注浆量，当注浆量超过流失量并且旋喷桩水泥浆凝固后即可将涌水路径截断，达到处理效果。

图10 高压旋喷桩钻孔定位图（单位：mm）Fig.10 High pressure rotary jet pile drilling positioning diagram（unit：mm）

在施打桩Z2时，观测到下方新涌水点出现明显水量减少，经过加大注浆量，在很短时间内即将涌水情况彻底解决。该方案省时省力且安全有效，极大地节约时间并且代价极低。

5 结论

1.基坑涌水确实会对基坑安全造成较大威胁，需要在第一时间进行处理，但切忌盲目采取措施，以免延误时间造成更大危害。

2.基坑出现大量涌水情况时，切忌忙中出乱，需仔细分析现场情况，包括基坑内外水力连通性和渗流路径等关键信息，为后续措施提供合理的科学依据。

3.本文结合实际工程对砂被围堰基坑大量涌水的特殊处理措施进行详解，为以后类似突发状况提供使用参考。