相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑降水方法

摘要

本发明涉及一种相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑降水方法，包括：在基坑开挖前，于基坑的周缘施工地连墙，将所述地连墙依次穿设填土层、粘土层、微承压含水层、粉质粘土层、粉质粘土粉土层、以及上层微承压水层，且所述地连墙的底部置于所述上层微承压水层之下；在基坑区域内布设疏干井，将所述疏干井深入所述微承压含水层内；开挖基坑，在挖掘的过程中，通过所述疏干井对所述微承压含水层进行抽水疏干，同时透过所述粉质粘土层和所述粉质粘土粉土层对所述上层微承压水层进行降水减压；挖掘至设定深度并进行所述基坑底板的施工。本发明可以避免基坑外围地表沉降，解决对周边环境影响较大的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，特指一种相邻两层微承压水层未被隔水层 隔断的基坑降水方法。

背景技术

基坑降水可以使基坑开挖、支护等工作面处于干燥状态，并具有避免 基坑坑底涌水和降低基坑侧壁水压力等优点，但是基坑降水受到诸多因素 的影响，故其方案的设计和施工具有很大的难度和不确定性。

目前基坑降水方法多采用基坑周围或满坑内布设抽水井进行降水，但 是对于流沙承压水土层条件，如图1所示的地层结构，自上而下依次为填 土层101、粘土层102、泥质粘土夹粉土层103、泥质粘土层104、粉质粘 土夹粉土层105、微承压含水层106、粉质粘土层107、粉质粘土粉土层 108、以及上层微承压水层109，由于上层微承压水层109是处于粉质粘 土粉土层108内的一个亚层，粉质粘土粉土层108和上层微承压水层109 的渗透系数偏大，存在一定的水利联系，而该粉质粘土粉土层108土层较 厚，使得围护结构很难将粉质粘土粉土层108切断，故采用减压井对基坑 内的上层微承压水层109进行降水时，很容易使得粉质粘土粉土层108 内发生水流沿方向A从坑外向坑内流动，引起基坑外的上层微承压水层 109的水位下降，进而导致基坑外围的地表沉降，对周边环境影响较大， 比如破坏地面建筑或者地铁隧道等结构，严重还会导致基坑遭到破坏。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种相邻两层微承压水 层未被隔水层隔断的基坑降水方法，解决现有采用减压井对上层微承压水 层进行降水时导致的基坑外围地表沉降、对周边环境影响较大的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明一种相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑降水方法，包 括：

在基坑开挖前，于基坑的周缘施工地连墙，将所述地连墙依次穿设填 土层、粘土层、泥质粘土夹粉土层、泥质粘土层、粉质粘土夹粉土层、微 承压含水层、粉质粘土层、粉质粘土粉土层、以及上层微承压水层；

在基坑区域内布设疏干井，将所述疏干井深入所述微承压含水层内；

开挖基坑，在挖掘的过程中，通过所述疏干井对所述微承压含水层进 行抽水疏干，同时透过所述粉质粘土层和所述粉质粘土粉土层对所述上层 微承压水层进行降水减压；

在基坑挖掘过程中，挖掘至设定深度并进行所述基坑底板的施工。

本发明采用在需要疏干的微承压含水层设置疏干井，在对微承压含水 层进行抽水疏干时，同时降低上层微承压水层的承压水水头标高。因粉质 粘土层内局部夹砂，粉质粘土粉土层具有偏大的渗透系数，使得微承压含 水层和上层微承压水层具有一定的连通性，这样对微承含水层进行疏干的 同时可以对上层微承压水层进行减压降水。由于土层的疏干一般都是比较 长的时间过程，可以使得上层微承压水层水位下降缓慢，对坑外的上层微 承压水层的水位以及周边环境的影响较小。相比于现有直接采用抽水井对 上层微承压水层进行减压降水的方法，本发明可以避免基坑外围较大的地 表沉降，解决对周边环境影响较大的问题。

本发明相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑降水方法的进一 步改进在于，对所述上层微承压水层进行降水减压包括：

测量所述上层微承压水层的水位，形成水位测量值；

根据基坑突涌公式计算当前基坑的挖掘深度的安全承压水头埋深值， 所述基坑突涌公式为：

$F=\frac{{\gamma }_s(H-h_s)}{{\gamma }_w(H-D)}\ge 1.05---\left(a\right)$

式(a)中，F为安全系数，数值大于等于1.05；h_s为基坑的挖掘深度， 单位为m；D为对应h_s的安全承压水头埋深值，单位为m；H为所述上层 微承压水层顶板埋深值，单位为m；γ_s为基坑底板至上层微承压水层顶板 间的土层重度的层厚加权平均值，单位为kN/m³；γ_w为地下水的重度，单 位为kN/m³；

通过所述疏干井对所述上层微承压水层进行降水减压，以使得所述水 位测量值低于所述安全承压水头埋深值。

本发明相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑降水方法的进一 步改进在于，在开挖基坑前，于基坑区域内布设、深入所述上层微承压水 层内的减压井，通过所述减压井测量所述上层微承压水层的水位。

本发明相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑降水方法的进一 步改进在于，所述设定深度包括位于所述泥质粘土层的第一底板深度、位 于所述粉质粘土夹粉土层的第二底板深度、以及位于所述粉质粘土层的第 三底板深度。

本发明相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑降水方法的进一 步改进在于，于基坑的周缘施工地连墙时，于所述第三底板深度的区域设 置高压旋喷加固桩，所述高压旋喷加固桩位于所述第三底板深度以下。

本发明相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑降水方法的进一 步改进在于，

当基坑挖掘至所述第一底板深度时，于对应的区域进行底板的施工， 以形成大面积底板结构；

当基坑挖掘至所述第二底板深度时，于对应的区域进行底板的施工， 以形成塔楼底板结构；

当基坑挖掘至所述第三底板深度时，于对应的区域进行底板的施工， 以形成深坑底板结构。

本发明相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑降水方法的进一 步改进在于，根据土方开挖与支撑施工情况，控制所述疏干井的降水速度， 以减小所述上层微承压水层的承压水降水速率。

附图说明

图1为本发明相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑降水方法 中的地层结构的剖视图；以及

图2为本发明相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑降水方法 中的疏干井和减压井的布设结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑降水 方法，利用设于微承压含水层处的疏干井对上层微承压水层进行降水，由 于在微承压含水层和上层微承压水层之间的粉质粘土层局部夹砂，具有一 定的局部透水性，而粉质粘土粉土层又具有偏大的渗透系数，使得微承压 含水层和上层微承压水层之间具有一定的连通性，这样采用疏干井对微承 压含水层进行疏干抽水时，能够同时降低上层微承压水层的承压水的水 位。又由于土层的疏干一般都是比较长的时间过程，可以使得上层微承压 水层水位下降缓慢，对基坑外部的上层微承压水层基本没有影响，进而减 小对周围环境的影响。下面结合附图对本发明相邻两层微承压水层未被隔 水层隔断的基坑降水方法进行说明。

参阅图1，显示了本发明相邻两层微承压水层未被隔水层隔断的基坑 降水方法中的地层结构的剖视图。下面结合图1，对本发明相邻两层微承 压水层未被隔水层隔断的基坑降水方法进行说明。

如图1所示，本发明提供了一种相邻两层微承压水层未被隔水层隔断 的基坑降水方法，包括：

在基坑开挖前，于基坑设定位置的周缘施工地连墙20，在地连墙20 的外周施工基坑加固装置，加固装置可以采用锚杆组合，也可以采用双排 桩支护结构。施工地连墙20时，将地连墙20设于地层结构内，该地层结 构包括自上而下依次设置的填土层101、粘土层102、泥质粘土夹粉土层 103、泥质粘土层104、粉质粘土夹粉土层105、微承压含水层106、粉质 粘土层107、粉质粘土粉土层108、上层微承压水层109、粉质粘土粉土 层108、下层微承压水层110、粉质粘土粉土层108、以及承压水层111， 其中的粉质粘土粉土层108较厚，在该粉质粘土粉土层108内形成有两个 亚层，分别是上层微承压水层109和下层微承压水层110，施工地连墙时， 将地连墙20穿设填土层101、粘土层102、泥质粘土夹粉土层103、泥质 粘土层104、粉质粘土夹粉土层105、微承压含水层106、粉质粘土层107、 粉质粘土粉土层108、上层微承压水层109，并且将地连墙20的底部置于 上层微承压水层109之下，位于上层微承压水层109的下方的粉质粘土粉 土层108内。

在基坑的区域内布设疏干井，将疏干井深入微承压含水层106内，用 于疏干微承压含水层106内的承压水，该基坑的区域就是地连墙20围合 的区域。

开挖基坑，于地连墙20围合的区域开始挖土，将地层结构挖至设定 的深度位置，然后在于基坑内施工建筑主体的基础，在挖掘基坑的过程中， 通过疏干井对微承压含水层106进行抽水疏干，同时透过粉质粘土层107 和粉质粘土粉土层108对上层微承压水层109进行降水减压，即利用了微 承压含水层106和上层微承压水层109之间的连通性，实现了对微承压含 水层106进行抽水的同时对上层微承压水层109进行减压降水。因为土层 的疏干是比较长的时间过程，可以通过延长疏干时间，减小上层微承压水 层109的承压水降水速率，可以使得上层微承压水层水位下降缓慢，对基 坑外部的上层微承压水层基本没有影响，进而减小对周围环境的影响。

基坑挖掘过程中，挖掘至设定的深度并进行基坑底板21的施工。

在上述的地层结构中，对基坑施工影响较大的主要是微承压含水层 106和上层微承压水层109，下层微承压水层110和承压水层111埋深较 深，对基坑的施工不会造成影响。由于微承压含水层106和上层微承压水 层109之间具有一定的连通性，该连通性是由于粉质粘土粉土层108具有 偏大的渗透系数，而粉质粘土层107内局部含砂，能够局部透水，在疏干 微承压含水层106时，也会使得上层微承压水层109内的承压水沿方向B 渗透，即从上层微承压水层109向微承压含水层106流动渗透，进而降低 上层微承压水层109的承压水水位，可以确保在基坑的挖掘中，上层微承 压水层的水压力在安全范围内，不会产生突涌现象。

作为本发明的一较佳实施方式，利用疏干井对微承压含水层106进行 疏干的同时对上层微承压水层109进行降水减压，具体步骤包括：

测量上层微承压水层109的水位，形成水位测量值；

根据基坑突涌公式计算当前基坑的挖掘深度的安全承压水头埋深值， 该基坑突涌公式为：

$F=\frac{{\gamma }_s(H-h_s)}{{\gamma }_w(H-D)}\ge 1.05---\left(a\right)$

式(a)中，F为安全系数，数值大于等于1.05；h_s为基坑的挖掘深度， 单位为m；D为对应h_s的安全承压水头埋深值，单位为m；H为所述上层 微承压水层顶板埋深值，单位为m；γ_s为基坑底板至上层微承压水层顶板 间的土层重度的层厚加权平均值，单位为kN/m³；γ_w为地下水的重度，单 位为kN/m³；

通过疏干井对上层微承压水层109进行降水减压，以使得水位测量值 低于安全承压水头埋深值。较佳地，式(a)中的F取值为1.05，γ_s取值为 18kN/m³，γ_w取值为10kN/m³。上层微承压水层初始的水头埋深和上层微 承压水层顶板埋深可以根据地勘探测得。在本发明的一较佳实施例中勘探 的值为：上层微承压水层初始的水头埋深为5.87m，上层微承压水层顶板 埋深值为33m。

较佳地，在基坑开挖前，在基坑区域内布设、深入上层微承压水层 109内的减压井，通过减压井测量上层微承压水层109的承压水的水位， 以获取水位测量值。

本发明中的挖掘至设定深度包括位于泥质粘土层104的第一底板深 度221、位于粉质粘土夹粉土层105的第二底板深度222、以及位于粉质 粘土层107的第三底板深度223，底板21的顶面标高齐平，底面的标高 不同，对应不同的区域底板21的厚度设计的不同，即深入的地层结构的 深度不同。当基坑挖掘至第一底板深度221时，于对应的区域进行底板的 施工，形成了大面积底板结构，当基坑挖掘至第二底板深度222时，于对 应的区域进行底板的施工，形成了塔楼底板结构，当基坑挖掘至第三底板 深度223时，于对应的区域进行底板的施工，形成了深坑底板结构。

在基坑开挖前，施工地连墙20时，在第三底板深度223的区域设置 高压旋喷加固桩，该高压旋喷加固桩采用满堂的方式进行设置，位于第三 底板深度以下的土层内，该高压旋喷加固桩的长度为7米至8米。

根据土方开挖与支撑施工情况，控制疏干井的降水速度，以减小上层 微承压水层的承压水降水速率。较佳地，在施工基坑面积为10000平方米 左右时，控制疏干井的抽水时间在3个月左右，较佳为3个月，基坑的施 工时间在2个半月左右，较佳为2个半月。

参阅图2，为疏干井和减压井的布设结构示意图。如图2所示，在基 坑的土方开挖前进行降水组织的部署，在坑内布置44口深入微承压含水 层106的疏干井S1至S44，井深为24米，布置7口深入上层微承压水层 109的减压井W1至W7，井深为37米。在基坑的挖掘过程中，微承压含 水层106被挖穿，采用疏干井S1至S44将该层直接疏干，一般在挖掘至 第一底板深度221处时，该微承压含水层106就被疏干了。较佳地，本发 明的第一底板深度为16.6米，第二底板深度为18.6米，第三底板深度为 24.3米，根据基坑突涌公式计算处上层微承压水层109的安全水头埋如下 表所示：

挖掘的过程中，每层土开挖标高进行承压水降水如上表所示进行控 制。由于基坑挖掘前，在基坑内设置了疏干井和减压井，在挖掘基坑的过 程中，注意避开疏干井和减压井，对疏干井和减压井采取一定的保护措施。

按照降水能力计算，本基坑设置7口减压井即可满足上层微承压水层 的减压降水施工。但鉴于本项目基坑内外水利联通的特性，一旦第三底板 深度处发生突涌，为保证有能力在短时间内将承压水降下去，在第三底板 深度的影响区域增加了4口减压井BW1至BW4。在应急状态下，打开深 入上层微承压水层109的减压井，对上层微承压水层109进行承压水降水， 要确保短时间内将水位降至需要的高度，严格控制减压井的开启时间以及 抽降承压水的幅度，确保水位控制满足基坑安全需要的同时，减少对周边 环境的影响。

在挖掘第三底板深度223时，利用疏干井对上层微承压水层109的降 水无法满足开挖要求时，可以利用第三底板深度下方已经满堂设置的高压 旋喷加固桩，利用其具有一定的抗压强度，进行第三底板深度的挖掘与底 板施工，该高压旋喷加固桩可抵抗5至6米的水压。这样在第三底板深度 开挖的过程中，无需开启上层微承压水层109的减压井。另外可以通过加 快施工进度，提前浇筑深坑底板结构，减短深坑底板结构的施工时间，以 减小基坑突涌风险。

上述降水方法在施工现场实施时，未开启上层微承压水层109处的减 压井，利用疏干井以及第三底板深度下的高压旋喷加固桩，完成了基坑底 板的施工，现场未发生任何突涌风险。

本发明的降水方法的降水原理为：

该地层结构，粘土层102为褐黄-灰黄色粉质粘土，泥质粘土夹粉土 层103为灰色淤泥质粘土夹粉土，泥质粘土层104为灰色淤泥质黏土，粉 质粘土夹粉土层105为灰色粉质粘土夹粉土，微承压含水层106为灰色砂 质粉土，其含砂性高，粉质粘土层107为灰色粉质粘土，粉质粘土粉土层 108为灰色粉质粘土粉土，上层微承压水层109为灰色粉质粘土与砂质粉 土互层。粉质粘土粉土层108沉积的厚度较大，埋深也较深，所以地连墙 20无法将粉质粘土粉土层108切断，无法阻挡基坑内外的粉质粘土粉土 层108和上层微承压水层109的水利联系，粉质粘土粉土层108具有偏大 的渗透系数，粉质粘土层107内局部夹砂，具有局部透水性，这样就使得 上层微承压水层109和微承压含水层106之间具有一定的连通性，可以利 用长期缓慢对微承压含水层106进行降水疏干的同时来降低上层微承压 水层109的承压水的水位，又因疏干时间是缓慢长期的过程，使得上层微 承压水层109在基坑内的承压水变化不会影响基坑外的承压水变化，对基 坑外上层微承压水层109的水位变化影响小，所以，利用疏干井长期缓慢 的对微承压含水层106进行抽水疏干，同时降低上层微承压水层109的承 压水，对基坑外的上层微承压水层109的承压水影响小，减小了对周围环 境的影响，解决了现有采用抽水井对上层微承压水层进行降水时导致的基 坑外围地表沉降、对周边环境影响较大的问题。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人 员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节 不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本 发明的保护范围。