北支江上游水闸及船闸承压水处理的探讨

北支江上游水闸及船闸承压水处理的探讨

李卫卫

浙江华东建设工程有限公司 杭州 310014

摘要：本文以北支江上游闸址位置承压水的处理为案例，介绍了本工程的工程地质条件及水文地质条件，针对承压水突涌介绍了几种常用的处理方法，承压水对基坑开挖影响较大，针对本工程区域内承压水渗流补给路径段、水头波动较大，波动周期短等特点，结合本工程周边环境及地质条件，采用了基坑分区开挖及降压的方式处理深部的承压水突涌问题，为类似基坑工程承压水的处理提供参考。

关键词：北支江 承压水 突涌 降压

1、引言

深基坑工程中，当基坑底部到承压水含水层顶板的残留土层不能与承压含水层水头顶托力平衡时，基坑底部就会产生突涌。由于突涌是瞬时爆发的，故一旦基坑发生突涌，难以及时采取有效应对措施，容易造成基坑工程的破坏性事故。一般工程区域承压水位在一定时期内波动变化较小，有多种方式方法可采用，对于承压水位在短时期内波动较大，且承压水水头较高，对基坑开挖影响较大，针对工程特点提出针对性的承压水控制方案。

2、工程概况

2.1 项目概况

北支江上游水闸及船闸工程位于北支江上游，原上堵坝下游约50m位置，本工程主要涉及水闸基坑工程及船闸基坑工程，其中水闸基坑垂直于现状北支江，基坑长约210m，宽约30m，基坑底板高程为-5.1m；船闸基坑平行于北支江，位于北支江右岸，基坑长约106m，宽约31m，基坑底板高程约为-6.6m。水闸基坑位置现状地面高程约为0～1m，基坑需开挖约5.1～6.1m；船闸基坑现状地面高程约为2.0m，基坑需开挖约8.6m。

另在工程场区上游及下游分别设置有围堰，在左右岸设置有防渗墙，其主要作用为防上部潜水及地表水进入施工工程场区内。

2.2 工程地质及水文地质

2.2.1 工程地质条件

本工程位于富阳区，属于冲海积平原地貌单元，地层自上而下分布为粉细砂、淤泥质土、粉质粘土、圆砾、卵石、花岗闪长岩。工程区深层孔隙承压水含水层主要分布于深部的圆砾、卵石中，水量较丰富。

2.2.2 水文地质条件

上游水闸上游为现状富春江，根据水文地质资料，最高洪水位为9.94m（1997年富阳站观测），历史最低水位为1.19m（1954年闻家堰站观测），多年平均高水位为4.52m，多年平均低水位3.95m；历史最高潮水位为7.81m（1977年富阳站观测），历史最低潮水位为1.93m（2010年富阳站观测），多年平均高潮位为4.72m，多年平均低潮位3.90m，以下简称外江。

水闸下游为现状北支江，为上下堵坝之间，为相对静水环境状态，水面高程约为4.5～5.5m之间，以下简称内江。

3、北支江承压含水层分布特点

根据现场7～8月进行承压水水位观测，下部圆砾及卵石层中承压水水头受富春江潮汐影响，其水头变化较大。本次水文地质试验过程中，抽水试验孔完成试验后，保留原主孔作为承压水长期观测孔，同时对比施工单位对场地上游的北支江外江水水位观测数据，初步对地表水与承压水进行判断，内外江水位与承压水水位对比，承压水水位波动较明显，观测期间最大起伏约1.35m（观测周期仅11天）且与上游北支江外江水水位波动有一定交替性及滞后性，可确定本场区内承压水补给来源为富春江江水，而本基坑位于北支江河道内，承压水补给路径较短。

根据揭露的钻孔进行试算，开挖至结构底板时基坑会发生突涌，按最高的承压水水头高程计算，其基坑底抗渗流稳定性安全系数为0.35～0.98，均小于1.1，基坑开挖过程中会发生承压水突涌问题。

4、承压水问题常用的处理方法

根据受承压水含水层影响的深基坑工程的实践为基础，常用基坑工程的承压水问题处理通常有三种技术手段，分别为“隔水”、“降压”及“封底”。

1）隔水

对于承压含水层埋藏深度相对较浅的深基坑工程，设计中可设置较深的地下连续墙等隔水帷幕，穿越承压含水层，进入不透水层一定深度，以隔断基坑内外承压水的水力联系，然后采用常规的基坑疏干降水即可解决承压水问题。

隔断承压水的方法理论上坑内外没有水力联系，坑内水位的升降不对坑外的水位产生影响，坑外的地面变形几乎全部因围护结构变形和基坑隆起而发生。在技术上安全、可靠，尤其是可将降水、降压区域控制于基坑内部范围，对周边环境的影响小。缺点是若承压含水层埋藏深度很深、层厚较厚，所需的止水帷幕深度远超过正常情况下基坑止水帷幕的深度要求，则需要大大增加工程造价和施工技术难度，可能在经济上并不合理。因此是否采用隔断控制承压水的方法应考虑经济与环境条件等因素后综合确定。

2）降压

对于基坑底部承压含水层以上覆土不足以抵抗承压水头、而又不适合隔断承压水的工程，可采用降压降水的方法。降压降水方案应通过计算并结合周边环境条件等因素综合确定。降压井运行应使基地以下承压含水层的水头压力低于含水层上部保留的覆盖层土压力。

降压方法与常规基坑工程设置封闭止水帷幕进行坑内疏干潜水不同，深层降水降低下部承压水水位，不仅承压含水层会发生变形，而且各土层之间水力联系必然会引起承压水层顶板以上土层红水位发生变化，承压含水层和上部的弱透水层发生越流补给，导致顶部土体孔隙水压力减小，特别是上部软土层，水位下降产生土体的固结沉降引起上部土体变形，产生地面沉降。降压施工均应遵循“按需降水”的原则，即在满足承压水的稳定性前提下，随基坑开挖深度增加逐步动态降低承压水水头。

3）封底

封底加固措施一般使用于开挖至基地标高时，上覆土重略小于承压水的浮拖力，不能满足抗承压水稳定性的局部等落深区，以及有明显空间效应的小型或窄长形基坑等情况。封底加固一般可采用水泥土搅拌桩或高压旋喷桩等加固体，利用加固后土体重度、抗剪强度的提高，以及基坑内部密集工程桩的加筋作用，来达到抵抗承压水头的目的。

5、北支江承压水处理措施

本工程位于现状北支江河道内，上下游为临时围堰，针对上部潜水，围堰下设有防渗帷幕，帷幕底位于相对隔水层内。工程周边环境相对较简单，周边环境对沉降要求相对较低；基坑采用放坡开挖，水闸基坑长约290m，宽约30m，采用1:1放坡开挖；本场区下部承压水含水层主要为⑥2圆砾及⑥4层卵石层，其分布厚度约为25～30m，承压水含水层下部为坚硬的闪长花岗岩。

本工程区承压水含水层厚度较厚，下部为坚硬的闪长花岗岩，采用隔水的处理方案施工难度较大，卵石层内成槽难度较大，进入下部坚硬的闪长花岗岩难度也较大，采用隔水的方案不经济；本场区承压水水头较高，基坑底抗渗流稳定性安全系数为0.35～0.98，均小于1.1，且本基坑面积较大，也不适宜采用坑底加固方案。

由于实际工程中土层地质条件与承压水含水层分布的差异，根据本项目特点，采用分区降压的试验方案进行降水，将水闸基坑沿纵向分为5个区块，每个区块纵向长60m，采用坑外降水，在坑内布置观测井，按从左岸向右岸的施工路径，根据基坑开挖区块及深度“按需降水”。因本场区承压水水位波动大、波动周期短、补给路径段特点，降水水位还需根据承压水水头的变化进行动态调整，也给现场降水施工增加了难度。

6、结语

随着地下空间的大规模开发，基坑工程中承压水突涌问题显的尤为突出。本文介绍了北支江水闸及船闸工程中承压水的水位波动大、波动周期短、补给路径短等特点，结合周边环境及地质条件，采用了基坑分区开挖及降压的方式处理深部的承压水突涌问题，为类似基坑工程承压水的处理提供参考。

参考文献：

[1] 翁其平，王卫东.深基坑承压水控制的设计方法与工程应用[J].岩土工程学报，2008，10

[2] 华东勘测设计研究院有限公司.北支江承压水抽水试验专项勘察报告[R]. 杭州：华东勘测设计研究院有限公司，2019.