高水位深基坑开挖及降水施工技术

张园园

（山西小浪底引黄水务集团有限公司，山西 运城 043800）

山西省小浪底引黄工程位于山西省运城市，工程总体走势为东南～西北向，是自黄河干流上的小浪底水利枢纽工程库区，向山西省涑水河流域调水的大型引调水工程，由引水干线、灌区工程、工业和城镇供水工程三部分组成。

山西省小浪底引黄工程（引水干线部分）吕庄水库出水池及地基处理施工，位于2 号隧洞末端的吕庄水库库岸边，包括出水建筑物群及地基处理两部分。其中出水建筑物群顺水流方向，依次由箱涵、进水闸、前池、出水池、连通闸和控制闸组成，分为土建工程、金属结构及启闭设备的制造及安装、电气设备的采购及安装三部分内容。地基处理工程由出水建筑物基础土方开挖及水泥搅拌桩地基处理组成。

2.1 水文地质条件

库区地下水类型相对简单，均为松散岩类孔隙水。地下水补给主要来源为大气降水及库区侧台地的侧向补给，其次为地表水入渗补给。地下水总的径流方向为涑水河下游。

据附近水井调查，地下水埋深一般在40～50 m。据勘察探井揭露，勘察区域范围内上部存在一层上层滞水，埋深3.8～4.0 m，水位埋深远离河谷逐渐变深，主要为原河道水和库区耕地灌溉水下渗形成的上层滞水。

2.2 地质条件

本区出露地层主要为第四系地层，现述如下：

（1）中更新统洪积物（Q2pl）。岩性主要为浅红色低液限黏土夹低液限粉土，含较多小砾石及钙质结核，结构较密实，厚度＞10 m，可视为相对隔水层。

（2）上更新统坡洪积物（Q3dpl）。岩性为淡黄色、灰黄色夹浅红色低液限黏土、低液限粉土，结构较松散，孔隙发育，厚度0～30m，主要分布于出水池南部岸坡上。

（3）新统晚期洪冲积物（Q42Pal）。岩性为淡黄、淡红色低液限黏土夹低液限粉土，局部夹薄层级配不良砂，含小砾石，结构较松散，土质不均，厚度2.8～6.0 m，分布于吕庄水库河谷表层。

（4）全新统早期洪冲积物（Q41Pal）。岩性为青灰、灰黄色低液限黏土、低液限粉土，局部夹级配不良砂，含小砾石，结构较松散，厚度15～30 m，分布于吕庄水库河谷中部。

3.1 基坑开挖

出水建筑物群开挖基坑呈长条形，周长214.32 m，面积2 007.63 m2，平均开挖深度6.85 m，设计边坡基坑为临时基坑，施工完成后回填。基坑开挖平面布置见图1。

图1 基坑开挖平面布置图

基坑开挖分两级完成[1]，两次开挖以水位线为划分界限，自上而下，分层开挖。在水位线处设一马道（原地面以下2 m 处），马道宽2 m，马道以上开挖边坡坡比1∶1，马道以下开挖边坡坡比1∶1.5。

3.2 管井降水

地下水埋深在40～50 m，上部存在一层上层滞水，埋深3.8～4 m，水位埋深远离河谷逐渐变深。根据初步确定的施工降排水方法，进行了现场管井降水试验[2]。在基坑中线打设管井2 口，基坑边线外2 m 打设管井2 口，呈方形布置，在4 口井形成的方形中心开挖一水位观察坑，每井配置1.5 kW 的水泵不停地抽排水，记录日降水水位，根据观察及数据统计，日平均降水量约52～60 cm，管井降水效果较好。基坑局部及雨季形成的积水采用明排法进行降排水，根据相关工程类似经验和现场管井降排水试验，确定施工降水采用管井降水结合明排法施工。

3.3 降水井的结构及布置

3.3.1 降水井布置

管井布置采用坑外和坑内共同布置，坑外环形布置，降水井距出水池边线外2 m，间距10 m；
坑内中间位置布置1 排，间距15 m，井深11 m。降水管井平面布置图见图2。

图2 降水管井平面布置图

开挖期间及基础碎石垫层施工期间，地下水应降低至基底0.5 m 以下，为防止施工过程中因地下水浮力作用，使出水建筑物基础发生不均匀沉降，坑外环形管井在施工过程中持续进行降水作业，出水建筑物周边回填作业时，同步恢复降水管井至设计地面高程后，采用C25 混凝土封堵降水管井。降水应用管道将水排至场地四周的明渠内，通过排水渠将水排入场外河道或排水渠内。

3.3.2 管井结构

管井成孔采用回转钻孔，泥浆护壁，钻孔至设计高程后，采用吊筒反复上下取出泥渣洗井，然后下放无砂混凝土管，成孔直径600 mm，管内径300 mm，管壁厚度40 mm，井管与土壁间回填厚度110 mm，采用5 mm 滤料（碎石）进行回填。顶部1 m 采用粘土封口。管井结构图见图3。

图3 管井结构图（单位：m）

4.1 边坡稳定性验算

基坑稳定性验算按照承载能力极限状态考虑，水、土压力计算原则参照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2017），采用水土合算法；
基坑整体稳定性分析方法按照《建筑基坑工程技术规范》（YB 9258—1997）坡率法的整体稳定性采用圆弧滑动条分法[3]进行验算，结果见表1。

表1 天然放坡计算结果

4.2 边坡安全防护措施

坡脚保护：为了抵抗边坡下滑，保护坡脚不受雨水侵蚀，在边坡坡脚处用砂袋垒筑护脚挡墙作为护脚保护结构[4]。

坡面保护：为了防止基坑边坡坡面土石坍落和遭受雨水冲刷，在坡顶堆填黏土截水墙，底宽1.2 m，顶宽0.6 m，高度0.6 m，两侧边坡垒堆砂袋，坡度为1∶0.5，开挖坡面铺设塑料薄膜。截水墙具体断面尺寸见图4。

排水系统：为了防止雨水进入基坑和开挖过程中存在基坑积水，在基坑坡脚四周设置排水沟，每20 m设置一集水坑，以便雨季将基坑积水及时排出。

抗滑结构：根据开挖过程实际情况，在局部边坡打入土钉，提高边坡的稳定性。

图4 截水墙断面图（单位：m）

4.3 监测监控措施

监测的部位包括开挖结构面、边坡和开口线上部土体，监测内容包括边坡是否出现裂缝，裂缝的深度以及宽度变化情况、有无掉渣或掉块现象，坡表有无隆起或下陷，坡表渗水量是否正常等。

由于沿基坑周边基本无其他构筑物，距基坑周边布置位移观测点，观测点按图5 埋设。

图5 位移观测点（单位：m）

基坑开挖施工难度较大，危险性较强，必须严格按设计方案和技术交底施工，严格控制基坑开挖坡度。施工降排水采用管井降水结合明排法进行，经稳定性验算，开挖边坡稳定，满足深基坑开挖要求。该技术方案的实施大大缩短了工期，节约了成本，取得了良好的社会效益和经济效益，为类似施工提供了经验。

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