高水位深基坑開挖及降水施工技術

張園園

（山西小浪底引黃水務集團有限公司，山西 運城 043800）

1 工程概況

山西省小浪底引黃工程位于山西省運城市，工程總體走勢為東南～西北向，是自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程庫區，向山西省涑水河流域調水的大型引調水工程，由引水干線、灌區工程、工業和城鎮供水工程三部分組成。

山西省小浪底引黃工程（引水干線部分）呂莊水庫出水池及地基處理施工，位于2 號隧洞末端的呂莊水庫庫岸邊，包括出水建筑物群及地基處理兩部分。其中出水建筑物群順水流方向，依次由箱涵、進水閘、前池、出水池、連通閘和控制閘組成，分為土建工程、金屬結構及啟閉設備的制造及安裝、電氣設備的采購及安裝三部分內容。地基處理工程由出水建筑物基礎土方開挖及水泥攪拌樁地基處理組成。

2 地質條件

2.1 水文地質條件

庫區地下水類型相對簡單，均為松散巖類孔隙水。地下水補給主要來源為大氣降水及庫區側臺地的側向補給，其次為地表水入滲補給。地下水總的徑流方向為涑水河下游。

據附近水井調查，地下水埋深一般在40～50 m。據勘察探井揭露，勘察區域范圍內上部存在一層上層滯水，埋深3.8～4.0 m，水位埋深遠離河谷逐漸變深，主要為原河道水和庫區耕地灌溉水下滲形成的上層滯水。

2.2 地質條件

本區出露地層主要為第四系地層，現述如下：

（1）中更新統洪積物（Q2pl）。巖性主要為淺紅色低液限黏土夾低液限粉土，含較多小礫石及鈣質結核，結構較密實，厚度＞10 m，可視為相對隔水層。

（2）上更新統坡洪積物（Q3dpl）。巖性為淡黃色、灰黃色夾淺紅色低液限黏土、低液限粉土，結構較松散，孔隙發育，厚度0～30m，主要分布于出水池南部岸坡上。

（3）新統晚期洪沖積物（Q42Pal）。巖性為淡黃、淡紅色低液限黏土夾低液限粉土，局部夾薄層級配不良砂，含小礫石，結構較松散，土質不均，厚度2.8～6.0 m，分布于呂莊水庫河谷表層。

（4）全新統早期洪沖積物（Q41Pal）。巖性為青灰、灰黃色低液限黏土、低液限粉土，局部夾級配不良砂，含小礫石，結構較松散，厚度15～30 m，分布于呂莊水庫河谷中部。

3 基坑開挖及降水施工

3.1 基坑開挖

出水建筑物群開挖基坑呈長條形，周長214.32 m，面積2 007.63 m2，平均開挖深度6.85 m，設計邊坡基坑為臨時基坑，施工完成后回填?；娱_挖平面布置見圖1。

圖1 基坑開挖平面布置圖

基坑開挖分兩級完成[1]，兩次開挖以水位線為劃分界限，自上而下，分層開挖。在水位線處設一馬道（原地面以下2 m 處），馬道寬2 m，馬道以上開挖邊坡坡比1∶1，馬道以下開挖邊坡坡比1∶1.5。

3.2 管井降水

地下水埋深在40～50 m，上部存在一層上層滯水，埋深3.8～4 m，水位埋深遠離河谷逐漸變深。根據初步確定的施工降排水方法，進行了現場管井降水試驗[2]。在基坑中線打設管井2 口，基坑邊線外2 m 打設管井2 口，呈方形布置，在4 口井形成的方形中心開挖一水位觀察坑，每井配置1.5 kW 的水泵不停地抽排水，記錄日降水水位，根據觀察及數據統計，日平均降水量約52～60 cm，管井降水效果較好?；泳植考坝昙拘纬傻姆e水采用明排法進行降排水，根據相關工程類似經驗和現場管井降排水試驗，確定施工降水采用管井降水結合明排法施工。

3.3 降水井的結構及布置

3.3.1 降水井布置

管井布置采用坑外和坑內共同布置，坑外環形布置，降水井距出水池邊線外2 m，間距10 m；坑內中間位置布置1 排，間距15 m，井深11 m。降水管井平面布置圖見圖2。

圖2 降水管井平面布置圖

開挖期間及基礎碎石墊層施工期間，地下水應降低至基底0.5 m 以下，為防止施工過程中因地下水浮力作用，使出水建筑物基礎發生不均勻沉降，坑外環形管井在施工過程中持續進行降水作業，出水建筑物周邊回填作業時，同步恢復降水管井至設計地面高程后，采用C25 混凝土封堵降水管井。降水應用管道將水排至場地四周的明渠內，通過排水渠將水排入場外河道或排水渠內。

3.3.2 管井結構

管井成孔采用回轉鉆孔，泥漿護壁，鉆孔至設計高程后，采用吊筒反復上下取出泥渣洗井，然后下放無砂混凝土管，成孔直徑600 mm，管內徑300 mm，管壁厚度40 mm，井管與土壁間回填厚度110 mm，采用5 mm 濾料（碎石）進行回填。頂部1 m 采用粘土封口。管井結構圖見圖3。

圖3 管井結構圖（單位：m）

4 安全保證措施

4.1 邊坡穩定性驗算

基坑穩定性驗算按照承載能力極限狀態考慮，水、土壓力計算原則參照《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120-2017），采用水土合算法；基坑整體穩定性分析方法按照《建筑基坑工程技術規范》（YB 9258—1997）坡率法的整體穩定性采用圓弧滑動條分法[3]進行驗算，結果見表1。

表1 天然放坡計算結果

4.2 邊坡安全防護措施

坡腳保護：為了抵抗邊坡下滑，保護坡腳不受雨水侵蝕，在邊坡坡腳處用砂袋壘筑護腳擋墻作為護腳保護結構[4]。

坡面保護：為了防止基坑邊坡坡面土石坍落和遭受雨水沖刷，在坡頂堆填黏土截水墻，底寬1.2 m，頂寬0.6 m，高度0.6 m，兩側邊坡壘堆砂袋，坡度為1∶0.5，開挖坡面鋪設塑料薄膜。截水墻具體斷面尺寸見圖4。

排水系統：為了防止雨水進入基坑和開挖過程中存在基坑積水，在基坑坡腳四周設置排水溝，每20 m設置一集水坑，以便雨季將基坑積水及時排出。

抗滑結構：根據開挖過程實際情況，在局部邊坡打入土釘，提高邊坡的穩定性。

圖4 截水墻斷面圖（單位：m）

4.3 監測監控措施

監測的部位包括開挖結構面、邊坡和開口線上部土體，監測內容包括邊坡是否出現裂縫，裂縫的深度以及寬度變化情況、有無掉渣或掉塊現象，坡表有無隆起或下陷，坡表滲水量是否正常等。

由于沿基坑周邊基本無其他構筑物，距基坑周邊布置位移觀測點，觀測點按圖5 埋設。

圖5 位移觀測點（單位：m）

5 結語

基坑開挖施工難度較大，危險性較強，必須嚴格按設計方案和技術交底施工，嚴格控制基坑開挖坡度。施工降排水采用管井降水結合明排法進行，經穩定性驗算，開挖邊坡穩定，滿足深基坑開挖要求。該技術方案的實施大大縮短了工期，節約了成本，取得了良好的社會效益和經濟效益，為類似施工提供了經驗。