超深基坑的地下水隔-封-抽-灌一体化施工控制方法与流程

本发明涉及一种适用于超深基坑工程地下水控制施工，尤其涉及一种用于超深基坑地下水“隔-封-抽-灌”一体化施工控制方法。

背景技术：

1、随着地下空间的快速发展，超大超深基坑不断涌现，软土富水地层超深基坑的开发，必将面临严峻的深层围护止水及承压水安全控制问题。基坑的开挖施工，使原有的基坑周边的水、土应力平衡遭到破坏，为了有效控制由于地下水引起的基坑坍塌、侧壁流砂、管涌、坑底突涌以及周边建筑物沉降等风险，在基坑开挖过程中需加强对地下水的管控及处理，并进行合理的降压及周边环境控制。

2、目前,上海地区深基坑施工普遍面临承压含水层降水的问题,其中,大部分深基坑工程需要对第一承压含水层(即⑦1和⑦2层)进行减压降水,随着开挖深度的增大，许多工程还需要对第二承压含水层(⑨层)进行降水,而近年来在建的苏州河段深层排水调蓄管道系统工程(开挖深度达58.5m)甚至涉及到第三承压含水层降水。

3、为确保基坑开挖安全，目前针对悬挂式隔水帷幕基坑承压水的控制，主要以降压降水控制，然而高水位高承压含水层对基坑开挖施工的安全威胁越来越大，降低承压含水层地下水的难度也越来越大，具体为：

4、1、基坑内要求降低的承压水水头值较大，地下水位降深已达到30.00m以上。对降水施工与运行而言，增加了技术难度与风险。

5、2、地下水位降深越大，地下水的抽水量也越大，相应引起的对环境的影响也增加。尤其在巨厚软土层发育的上海及长三角地区，降水易引起周边地层的较大水平位移与地面沉降，对周边建筑环境的不利影响更不容忽视。

6、3、由于要求达到的地下水位降深较大或很大，不可避免地在基坑周围地层中形成较大、较深的地下水降落漏斗，地下水流速急剧增加，在地层中产生了附加的渗透应力场，基坑围护结构经受较大的附加应力的作用，不利于基坑围护结构的稳定。

7、另一方面，中心城区基坑常临近城市运行市政基础设施等重要建构筑物，施工环境敏感、环境保护要求高。对基坑降水引起的水平位移与地面沉降提出了更严苛的要求。

8、为此，针对复杂环境深基坑地下水控制，如何做到降水安全与周边环境保护的相互协调统一是我们亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对传统深基坑地下水主要以降压降水为主的控制方法，本发明提出一种超深基坑的地下水隔-封-抽-灌一体化施工控制方法，结合超深大直径超高压喷射注浆工艺，实现深基坑高承压水深层水平封底及落底式隔水帷幕处理，大大减小了超深基坑的承压水降深，同时在坑外按需进行地下水回灌，有效减小了降水对周边环境的影响，实现了百米深度内多层承压水的控制；形成了地下水“隔-封-抽-灌”一体化综合控制技术，极大减少了降水对周边环境的影响，解决了复杂环境超深基坑高承压水控制难题，为深基坑高承压地下水控制提供了保障。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种超深基坑的地下水隔-封-抽-灌一体化施工控制方法，包括：针对深基坑高承压水大降深问题，采用竖向帷幕隔水、水平帷幕深层封水、坑内按需降压，坑外回灌相结合的综合措施，利用超深大直径超高压喷射注浆工艺，实现深基坑高承压水深层水平封底及落底式隔水帷幕处理，达到坑底以下深层封底隔水层以上相关多层承压水层降压向潜水降水性质转变；对深层封底以下承压水进行控制，在深层落地封底隔水直接增加承压水层顶部的有效覆土厚度及压重，大大减小超深基坑的承压水降深，能够解决超深基坑高承压水大水位降深带来周边环境沉降影响问题，同时在坑外按需进行地下水回灌，有效减小降水对周边环境的影响，实现超深基坑安全与环境保护一体化双控制。

3、进一步，一种用于超深基坑的地下水隔-封-抽-灌一体化施工方法，具体步骤为：

4、s1：地下水竖向落低隔水及深层水平封水帷幕深度确定：

5、1)确定承压水位降深△s

6、设基坑周边环境变形控制值为δ0，设计值为δd，则应满足下式：

7、δd≤δ0

8、且有,δd＝δde+δwd

9、式中，δde——基坑施工引起的环境变形设计值；δwd——地下水控制引起的环境变形设计值；

10、土体中的平均水位降深为△s，则土体中的平均有效应力增量为：

11、δσ＝δs×γw

12、式中，δσ为土体中的平均有效应力增量，单位为kpa，假定地下水位下降引起的土层压缩以竖向一维压缩为主，则土体的分层压缩变形量按下式计算：

13、

14、即：

15、

16、则控制水位降深：

17、

18、式中，

19、δwd—土体的竖向分层压缩变形量，单位：m；

20、u——土层的平均固结度；

21、h——土体的分层厚度，单位：m；

22、es——土体的压缩模量，单位：kpa；

23、2)确定深层水平封底加固深度h2

24、承压水位降深△s确定后，根据承压水稳定性要求计算确定深层水平封水帷幕加固封底的实施深度，实施深度的计算公式为：

25、hz＝hw+h2

26、

27、

28、h2＝∑di+∑hj

29、式中，

30、hz—地面至深层水平封底帷幕底深度，单位：m；

31、hw—基坑开挖深度，单位：m；

32、h1—初始承压水位至深层水平封底帷幕底深度，单位：m；

33、h2—坑底至深层水平封底帷幕底深度，单位：m；

34、di—坑底至第2承压水层顶各土层厚度，单位：m；

35、hi—第2承压水层顶至深层水平封底帷幕底各土层深度，单位：m；；

36、γw—水容重，单位：kn/m3；

37、γi—土层容重，单位：kn/m3；

38、γj—土层容重，单位：kn/m3；

39、s2：竖向落低帷幕隔水控制：

40、通常超深基坑自身围护结构无法隔断深层承压水层，采用超高压旋喷桩实现深基坑围护落底隔水；

41、s3：深层水平帷幕封水控制：

42、当坑底以下承压水层较深，围护结构及周边隔水帷幕无法隔断承压水层时，结合步骤s1中的计算，进行深层水平封底帷幕施工，以及结合步骤s2的竖向隔水帷幕，形成杯口立体封闭隔水体系；

43、s4：降压抽水施工：

44、结合步骤s1中的计算及基坑规模，按需合理布置降压水，控制疏干井按单井平均有效疏干面积不大于200m2/口进行布设，减压井按不大于500m2/口布设；

45、结合步骤s1的水位降深，基坑减压降水前，应根据实测承压水位、开挖前降水验证成果结合实际的基坑开挖工况和回筑工况，按照“分层分区控制，按需减压降水”制定详细可行的减压降水运行方案；

46、s5：回灌施工：

47、为控制降水对周边环境的影响，结合周边环境条件，坑外布设承压水回灌管井，采用双圈布设，内圈回灌井沿围护结构周边布置，形成闭环；外圈回灌井针对环境保护对象布置，抽灌应一体化运行，回灌总量根据坑内外承压水位、环境监测结果动态控制，回灌井应分阶段定期回扬，单井单次回扬时间应满足回灌井内水完全置换一次的要求且不得引起周边环境变形。

48、进一步，步骤s2中，超高压喷射注浆用于隔断承压水的落底式隔水帷幕时，桩身采用圆形截面，桩径2500～3500mm，相邻桩体有效搭接尺寸不小于500mm，桩身垂直度控制不大于1/300,桩端进入下部隔水层的深度不小于1.5m；桩体与地下连续墙的坚向交接小于3.0m；桩体与地下连续墙的横向交接尺寸不小于500mm；超高压喷射注浆用于隔水帷幕时，要求渗透系数不小于10-e7cm/s,桩身28d无侧限抗压强度不宜小于0.8mpa；水泥掺量控制40～50％，水灰比1.0～1.3，水泥采用po.42.5水泥；隔水帷幕且处于砂土地层时，水泥浆液中应添加复合钠基膨润土，膨润土浆掺量5～7％；膨润土浆液选用细度模数不小于300目的复合钠基膨润土配制，浆液配合比：水：膨润土质量比为20:1～10:1。

49、进一步，步骤s3中，超高压喷射注浆用于水平封底隔水帷幕采用梅花形布置，桩身采用圆形截面，桩径2500～3500mm，相邻桩体有效搭接尺寸不小于500mm，桩身垂直度控制不大于1/300，桩体与地下连续墙的交接厚度不小于500mm，两桩交圈范围与地下连续墙交接厚度不小于300mm，水平封底隔水帷幕厚度不小于4m，桩底距竖向隔水帷幕底距离不小于1m；超高压喷射注浆水平封底隔水帷幕要求渗透系数不小于10-e7cm/s,桩身28d无侧限抗压强度不小于1mpa；水泥掺量控制40～50％，水灰比1.0～1.3，水泥采用po.42.5水泥，隔水帷幕且处于砂土地层时，水泥浆液中应添加复合钠基膨润土，膨润土浆掺量不小于10％；膨润土浆液选用细度模数不小于300目的复合钠基膨润土配制，浆液配合比：水：膨润土质量比为20:1～10:1。

50、进一步，步骤s5中，回灌井水平间距粉土、粉砂土层控制在8-12m,细砂土层控制在10-15m；回灌井深度与含水层埋深相协调，深度为60.0m～70.0m，滤管长度应不小于15.0m，内圈回灌井深度不得超过隔水帷幕。

51、进一步，步骤s5中，内圈回灌井随基坑内部降压同步启动，外圈回灌井待水头降深超过1m时启动；回灌应与减压降水同步进行，抽灌总量比宜不低于60％，应优先启动靠近保护对象及回灌水源的回灌井，大面积回灌时，除靠近受保护对象处可集中启动回灌井外，其余部分启动的回灌井应尽量均匀，确保形成有效的回灌帷幕。

52、进一步，步骤s5中，距离基坑周边隔水帷幕、围护结构、受保护对象垂直距离10m以内的回灌井应采用自然回灌，单井自然回灌量不小于10m3//h；加压回灌时，加压压力应根据加压后回灌井壁渗水状况进行调整，最大加压压力宜不大于0.25mpa。

53、本发明的有益效果是：针对传统深基坑地下水主要以降压降水为主的控制方法，本发明从地下水控制隔、封、抽、灌四方面进行技术创新。结合超深大直径超高压喷射注浆工艺。实现深基坑高承压水深层水平封底及落底式隔水帷幕处理。大大减小了超深基坑的承压水降深，同时在坑外按需进行地下水回灌，有效减小了降水对周边环境的影响。实现了百米深度内多层承压水的控制；形成了地下水“隔-封-抽-灌”一体化综合控制技术，实现超深基坑安全与环境保护一体化双控，极大减少了降水对周边环境的影响，解决了复杂环境超深基坑高承压水控制难题，为深基坑高承压地下水控制提供了保障。