基于逆作法施工的深基坑降水控制研究

2020-06-30陈礼飞

四川建材 2020年6期

陈礼飞

(扬州工业职业技术学院，江苏扬州 225127)

0 前言

逆作法施工涉及深基坑的开挖、支护、加载以及二次支护等很多问题，在施工的过程中，需具备足够经验的工程技术人员来进行施工作业。由于这种工艺的复杂性以及特殊性，在深基坑的施工过程中，不仅需要对开挖、支护等加以高度重视，同时也应该做好降水控制。在应用逆作法进行深基坑的施工过程中，如果不能做好降水控制，就会使深基坑出现突涌等情况，进而造成十分严重的后果。所以，在采用逆作法对深基坑进行施工的过程中，相关单位以及工作人员一定要做好降水控制，这样才可以有效保障深基坑的施工质量及其使用质量，并提升深基坑的安全性。

1 逆作法深基坑施工过程中应该注意的问题

1.1 深基坑开挖以及地基加固设计

在应用逆作法进行深基坑土方的开挖以及对地上的结构进行施工的过程中，为了保障地上结构的顺利施工，在将深基坑开挖到基底之前，通常就已经开始了地面层梁板的施工，在后续的深基坑开挖过程中，就只可以通过盖挖的方法进行施工。但是因为盖挖施工效率比较低，首层的土体通常会通过机械明挖法来施工，此时首层梁板还没有施工，连续墙之间也没有水平的支撑力存在，所以开挖的时候，连续墙就很容易出现侧向变形的情况。为了有效减轻侧向变形，在施工的过程中，经常会应用到首层的盆式开挖方法，并对连续墙的内侧边缘进行加固，通过盆式开挖的方法对边坡土进行科学预留，就可以让连续墙的变形情况得以有效避免。因此，在施工之前，一定要对首层的盆式开挖深度以及边坡的预留宽度进行全面分析，并做好地基的加固处理，进而有效降低其对连续墙的影响。这样才可以为深基坑的后续开挖工作奠定坚实基础。

1.2 深基坑土体和支护结构的变形

在应用传统的顺作法进行深基坑施工之前，首先应该完成的就是地下支护结构的构建，即使是在基坑的开挖和降水等作用之下，支护结构也不会发生过大的变形情况。但是在应用逆作法进行深基坑的施工过程中却存在着明显的不同，深基坑的开挖工作、地下水平梁板施工以及地上结构的施工是同时进行的，在施工的过程中，深基坑外围的土体结构及其支护结构都会在工况的变化之中不断发生着变化[1]。因此，在应用逆作法进行深基坑施工的过程中，应该按照更加严格的标准对土体结构以及支护结构进行控制和深入分析。

1.3 深基坑施工中的工程降水设计

在传统的深基坑施工过程中，最为常用的降水方法就是坑外井点降水，就是把深基坑周边的地下水都降低到深基坑的开挖面之下，但是这种降水方式会浪费大量的城市地下水资源，同时降水过程中，会让地面沉降的范围进一步扩大，这样的情况就会给深基坑周边的建筑带来更大的风险。在通过逆作法进行深基坑的施工过程中，通常是在深基坑的外围插入较大深度的连续墙，连续墙不仅可以对深基坑起到支护作用，同时也可以起到止水作用。所以，在深基坑的降水设计之中，可以通过分层动态的方法进行降水，在深基坑内布置比较少的疏干井和深层的承压水减压井来进行降水，不仅可以满足施工需求，也可以减少抽水量，并有效避免对环境的不利影响。

2 基于逆作法施工的深基坑降水控制方案

2.1 无止水深基坑外降水控制

如果在深基坑的周围没有止水的帷幕，就可以在深基坑的外围周边设置降水井。这种降水的方式在有着开阔的地形以及足够空间的施工条件之下比较适用，同时应该保障深基坑的周围没有建筑物以及其他环境方面的约束，深基坑之中的地下水渗流仅仅受到施工当地水文条件的影响作用。这种降水控制方案属于平面渗流，降水井的附近属于三维空间流[2]。通过这样的方式，就可以让深基坑得到良好的降水效果。

2.2 完全止水的深基坑内降水控制

如果在深基坑的周围进行了止水帷幕的结构设置，而且止水帷幕已经深入到了深基坑含水层之中的隔水底板，就可以对有待开挖的深基坑土层之中的地下水进行疏干处理，在这种情况下，一般会采用到的降水控制技术是井点降水。这种围护结构应该设置在潜水含水层里面，让深基坑内外的地下水被分离开。此时，围护结构会起到隔水的作用，深基坑之中的地下水不能与其他地下水产生联系，在降水的过程中，也不会对深基坑外部的地下水造成影响。通过这种降水控制方案的应用，深基坑内部的地下水呈现出二维的流态，通过隔水的边界实现平面渗流。

2.3 承压含水层与止水结构的深基坑外部减压降水控制

如果在深基坑的周围有止水帷幕的设置，但是帷幕并没有深入到深基坑的承压水层之中，而降水井已经深入承压含水层里面，此时的深基坑降水目的就是将底部承压含水层的水头降低，避免深基坑突涌产生流砂或底板隆起等情况发生。在这样的情况下，因为止水帷幕不会对降水造成影响，基坑的底部承压水处于内外连续的状态，属于二维流态的无界基坑平面渗流，在临近降水井的滤管位置属于三维空间流。这种降水控制的方法影响范围比较大，但因为其降落漏斗比较平缓，所以抽水过程中所引起的沉降和均匀沉降十分接近[3]。在应用这种降水控制方法的时候，因为尚未开挖的土层之下依然有承压含水层存在，所以一定要进行管涌和抗浮验算，必要的时候需做减压处理。

2.4 承压含水层与完全止水层结构的深基坑内部降水控制

如果在深基坑的周围设置了止水帷幕，并且帷幕也深入到了承压水层之中，井点降水的前期主要目的是将深基坑底部的承压含水层水头降低，后期主要目的是将承压含水层疏干。这种围护结构设立在降水含水层的中部和上部，在深基坑内部和外部，大部分的承压含水层都被这个结构分隔开，仅仅没有分隔开含水层的底部。地下水流的上部是潜水含水层，深基坑内部和外部地下水是断开的，没有水力联系，止水帷幕挡住了底部承压水层的上半部分，但是其下半部分依然是连通的，含水层之上的地下水会绕流到止水帷幕之中，呈现出三维流态[4]。

3 基于逆作法施工的深基坑降水控制应用实例

3.1 工程概况

某商务办公楼在上海市浦东新区，有2栋对称的塔楼，屋面的主要高度为91.5 m，两栋南北的裙楼，最大的高度为16.35 m。在2座塔楼之中，5层以上的主要功能是办公，4层及4层以下主要功能是商用。在2栋裙楼之中，地下一共有4层，1层和2层是地下的商场，3层和4层是车库，地下4层局部进行了人防设置。本次工程之中，深基坑的开挖面积是15 162 m2，周长是526 m。在深基坑的开挖层之下，有着高承压的含水层，而且分布比较浅，在局部的深基坑施工之中，基本可以将承压含水层的顶部揭穿，且含水层有着很大的厚度，不能够通过止水帷幕将外承压水阻断，有着很大的降压风险。这样的情况如果得不到有效的处理，将会造成十分严重的后果，甚至可能让周边的路面出现坍塌现象[5]。土层参数见表1。

表1 土层参数单位：m

3.2 现场抽水试验

3.2.1 承压水头的高度

在本次工程的拟建场地之中，第⑦1层属于承压含水层，因此在工程建设当年的11月1日到12月31日，施工单位就在现场进行了抽水试验，根据实际的试验结果，承压水头的深度在7.0～7.2 m。试验结果如表2所示。

表2 抽水试验之中承压水头的高度试验结果

3.2.2 主要的实验结果

1)通过试验得出，在第⑦层的之中，平均渗透系数为2.12 m/d，贮水率为1.76×10-3m-1，在第⑦2层的之中，平均渗透系数为2.39 m/d，贮水率是1.69×10-3m-1。

2)按照本次抽水试验的结果对第⑦层之中抽水井进行影响范围的计算，其影响范围的半径可以达到121.98 m。

3)根据本次抽水试验的结果可以看出单井的抽水试验的出水量为18～28 m3/h。

4)根据本次抽水试验的结果可以看出，在承压水的第⑦1层和第⑦2层，水力有着直接的联系。

3.2.3 本次逆作法深基坑工程降水施工的对策

在本次逆作法深基坑工程的施工之中，因为第③层和第④层都属于淤泥质的黏土结构，土质比较软弱，渗透性也比较

差，所以很容易出现流变或者是弹簧土情况，特别是在第③夹层之中有着砂质粉土的土质，其含水量十分丰富，很容易出现液化现象，加之水头差作用，就很容易出现流砂情况，这对于深基坑的开挖施工十分不利。所以在进行降水控制的过程中，首先应该将第⑦1层的降压井按照实际的施工深度逐渐开启，因为这一层有着比较差的渗透性，所以深基坑的降水处理不会对外部造成很大影响。其次，在对电梯井等进行开挖的过程中，应该将第⑦2层降压井逐渐开启，对承压水头的降低起到辅助作用，因为这一层有着比较强的渗透性，会对基坑外部的环境造成比较大的影响，因此，这一层的降压井应该按照实际的需求进行降水处理，并尽可能少抽水。