成都城市音乐厅项目位于一环路南一段, 建筑面积约10.3万m², 地上7层, 地下4层、局部5层。工程主要为歌剧厅、音乐厅、戏剧厅等观演用房及化妆室、排练厅、物管用房、地下车库等辅助用房。基础形式为筏板基础、条形基础、抗浮板和抗浮锚杆, 主体结构为框架-剪力墙结构, 基坑开挖深度约22m, 支护方式为护壁桩+锚索, 局部设置钢筋混凝土结构内支撑体系, 基坑降水采用管井降水。

1) 场地地层由第四系全新统人工填土层和第四系全新统冲洪积层、下伏基岩白垩系上统灌口组泥岩构成。场地地层由上至下为:①杂填土 平均厚度1.82m;②粉质黏土 平均厚度2.07m;③砂卵石层 平均厚度8.61m;④泥岩层 顶部埋深约为-12.500m。

2) 场地地下水位为-0.900m, 地下水类型为杂填土中的上层滞水、砂卵石层中的孔隙潜水和基岩裂隙水。孔隙潜水是本场地主要的地下水类型, 水位埋藏较浅, 水量丰富, 对本工程施工影响较大;本场地基岩为白垩系灌口组紫红色泥岩, 地下水赋存于基岩裂隙中, 在岩层较破碎的情况下, 常形成局部富水段, 对抗浮锚杆和地基基础施工影响较大。

基坑大面积开挖后, 大量的地下水从基坑护壁及基底涌出, 导致土方清底工作无法开展, 基坑验槽无法进行, 抗浮锚杆塌孔, 混凝土不具备浇筑条件, 后续地基基础等施工无法有序进行。主要表现为:①大量地下水从护壁上-12.500～-10.500m的泥岩面涌出, 水量远大于常规泄水量;②少量地下水从护壁上-12.500m以下泥岩层中的裂隙涌出;③基坑底部基岩面普遍有地下水涌出, 总涌水量较大;④抗浮锚杆孔部位时有水柱喷出。

经分析, 音乐厅项目持力层位于渗透系数非常低的基岩层, 而基岩层上面的砂卵石层渗透系数高, 如砂卵石层作为持力层, 通过合理设计降水井间距及深度可将其中的地下水有效排出, 但基岩持力层的存在间接提高了砂卵石层的降水坡度线, 漏斗状的降水坡度线无法覆盖降水井之间基岩层以上约2m范围的全部区域, 同时低渗透系数的基岩层形成1道隔水层, 阻止了砂卵石层中的孔隙潜水向下渗透, 大量无法有效排出的孔隙潜水汇集到基岩层与砂卵石层的交界位置, 从而通过基坑护壁上的泄水孔涌入到基坑中, 形成了基坑护壁上 -12.500～-10.500m地下水大量涌出的现象 (见图1) 。

而管井降水在基岩层中的影响范围非常小, 降水坡度大, 大量基岩层处于降水范围外, 导致大范围的基岩裂隙水从暴露的基岩面涌出, 形成了地下水从护壁上-12.500m以下和基坑底部基岩层涌出的现象 (见图2) 。

同时, 基底基岩层内部存在强风化带, 基岩中的裂隙水暴露出来, 形成局部富水段, 抗浮锚杆钻孔后, 打穿局部富水段上部基岩, 丰富的地下水喷涌而出, 形成地下水通过抗浮锚杆孔喷出的现象, 并可能伴有相邻锚杆孔窜水的情况。

针对以上情况及形成原因, 成都城市音乐厅项目设计了一套基岩区域富水深基坑综合降排水技术, 采取了一系列有效措施, 成功解决了地下水大量涌入的难题, 保证了工程施工的顺利开展

本技术主要遵循“护壁涌水截流”“基底大面渗水引流”“局部富水区域独立降水”的原则, 施工流程如图3所示。

1) 土方开挖、锚杆施工阶段排水措施

自基坑护壁砂卵石层和基岩层交界位置以上2m范围内泄水孔中涌出的大量地下水为孔隙潜水, 可采用设置护壁截水沟的方式处理 (见图4) 。将ϕ200 PVC截水管通过└50×5焊制的三脚架固定于卵石层与泥岩层交界位置下部的护壁上, 利用 ϕ50塑料软管将溢出的孔隙潜水直接从泄水孔引流至截水管内, 截水管 (坡度1%) 坡向钢制水箱 (2 000mm×1 000mm×1 000mm) 或塑料水桶方向, 水箱采用5mm厚钢板焊制, 根据实际水量, 在水箱 (桶) 内放置水泵将水抽出。采用此方法, 地下水未受到污染, 可直接用于场内冲洗等施工用水。

2) 垫层、防水、地基基础施工阶段处理措施

根据结构图纸、基坑支护图纸及现场实际情况等, 将垫层浇筑延伸至基坑护壁边, 提前进行基础砖胎模砌筑, 砖胎模与基坑护壁间即自然形成沿基坑周边的排水沟与集水坑 (见图5) 。此时可取消钢制水箱或塑料水桶, 将护壁涌水及基坑周边基底裂隙水一并汇集到排水沟和集水坑中, 通过水泵抽至地上沉淀池。

基岩渗透系数小, 水量一般较小, 点式降水效果不佳, 对于基底基岩裂隙水水量过大区域, 可设置临时引水盲沟将裂隙水引至临时集水坑然后排出。

在基岩面开挖宽150mm沟槽, 最浅处150mm, 沿水流方向按0.5%的坡度找坡。采用ϕ60高强度塑料管, 四周梅花形钻孔, 孔间距50mm, 再包裹1层密目滤水网安放在槽内。利用直径5～10cm卵石将沟槽与塑料管间的空隙填满, 上覆2层无纺布形成盲沟。可在保证基础持力层力学性能的同时起到引水的效果。

基坑内临时集水坑净尺寸为800mm (长) ×800mm (宽) ×1 000mm (高) , 周围砌筑砖胎模, 基岩裂隙水经由引水盲沟汇集到临时集水坑, 再通过水泵将坑内水抽出。在土方及锚杆施工阶段, 基坑中部的临时集水坑易受污染, 为避免因泥浆过量沉积导致水泵无法运行, 此阶段集水坑为敞开式集水坑 (见图7) , 坑内放置潜水泵, 并安排专人定期清理坑底淤泥, 确保水泵的正常运转。

防水层施工前, 为保证集水坑位置受力满足持力层要求, 用级配卵石将集水坑砖胎模外四周填满, 上部覆盖1 400mm×1 400mm×5mm Q235钢板, 钢板四周覆盖集水坑宽≥300mm, 钢板上焊接1根DN100钢管和1根ϕ48钢管, 钢管顶高于筏板面100mm, 管口加工丝扣便于后期止水法兰安装。排水管从ϕ100钢管内伸出, 持续降水直至集水坑封闭。钢管四周焊接2道止水环, 防止水压过大水流沿钢管上涌。此时需根据水量选择使用自吸泵或潜水泵, 自吸泵可将排水管从钢管伸入到集水坑内部, 降水停止后可以回收, 但排量小;潜水泵排量大, 但需事先埋进集水坑, 排水管从钢管中伸出, 停水后无法取出。防水卷材铺贴时上翻至钢管上300mm, 防水节点参照各项目防水设计要求。

为保证筏板施工质量, 筏板混凝土浇筑时, 集水坑内持续降水, 做好临时集水坑钢盖板的保护, 防止移位、破坏等, 加强临时集水坑位置的混凝土振捣。筏板混凝土终凝后再进行临时集水坑封闭。

周边筏板混凝土终凝后可停止降水, 封闭临时集水坑, 为保证临时集水坑封闭密实且不扰动周围结构, 采用注浆的方式封闭。此前预留的ϕ100钢管可作为注浆孔, 预留的ϕ48钢管可作为排气、溢流和观察孔。

1) 注浆材料 注浆材料由水、水泥、外加剂现场拌制而成。水泥采用强度较高、凝结速度较快的42.5R级普通硅酸盐水泥;水要满足混凝土搅拌用水要求;外加剂可采用有速凝效果的水玻璃。

2) 浆液拌制 水泥浆基本水灰比为1∶1, 根据注浆情况适当调整配合比, 拌制均匀, 随拌随用。

3) 注浆 注浆采用注浆泵进行, 材料设备准备就绪后停止降水、切断水管, 将注浆管从预留的ϕ100钢管内插入, 注浆口插入集水坑深度≥200mm, 管口安装压力阀, 并采取砌筑临时水槽等措施将溢浆孔连通至附近集水坑后开始注浆。注浆压力控制在0.5～0.8MPa, 可根据注浆情况适当调整。随时采集溢浆孔排出的浆液, 在浆液浓度基本达到注浆料浓度时停止注浆, 抽出注浆管。等待8h左右, 水泥沉淀后进行第2次注浆, 如此反复直至注浆料填满整个临时集水坑和预留钢管。

4) 安装止水法兰 注浆结束、注浆料干燥后, 在钢管顶部安装止水法兰 (中间放置止水橡胶片) 并焊接牢固, 起到双重保险的作用。凸出的止水法兰和钢管可掩埋在回填层中, 不影响使用功能。

基岩下如存在局部高度发育的裂隙, 可能会造成地下水从锚杆孔等孔洞喷出情况, 导致锚杆灌浆无法进行, 此时可增设基坑内降水井进行小范围降水泄压, 保证附近锚杆注浆施工。降水井具体增设规格位置及施工方法须经地质勘察、设计、监理、建设和施工单位五方共同确认。基坑内降水井持续降水至影响区域锚杆、垫层、防水、地基基础等施工完成, 并达到设计强度。基坑内降水井封闭方式与基坑内临时集水坑封闭方式类似, 具体如下。

1) 防水层施工前, 降水井上部覆盖钢盖板, 钢盖板四周覆盖降水井≥300mm, 钢盖板及上部钢管要求和防水措施与临时集水坑相同。降水井一般较深, 且直径较小, 向井内投放卵石容易砸坏井底水泵, 故此阶段井内暂不填充。排水管从ϕ100钢管内伸出, 持续降水直至集水坑封闭。

2) 达到降水井封闭条件后, 从钢管内提起水泵割断水管, 将水泵丢入井底, 向井内填满青石。

3) 青石填满后, 进行注浆封闭和法兰锁口, 具体操作方式及要求与临水集水坑封闭相同。基坑内降水井封闭完成如图11所示。

基岩区域富水深基坑综合降排水技术中所采用的材料均是施工现场常见的材料, 便于就地取材且操作简单, 施工方便, 技术难度低, 有利于该技术的落实和预期效果的实现。通过对各类基坑涌水现象、水量及形成原因的深入分析, 有针对性地采取最适合实际情况的降排水方法, 可达到很好的降排水效果。成都城市音乐厅项目部, 在遇到基坑大量地下水涌入的情况后, 细致观察涌水现象, 成功排除干扰因素, 同时听取了各方意见, 最终准确地锁定了基坑涌水的来源和成因, 是本技术能够在该项目成功实施的重要因素。