王光英，蒋 凯，王 溥，舒 晶，彭晓军
(中建三局集团北京有限公司，北京 102629)
目前国内在基坑降排水及防渗漏处理方面已经有成熟的施工技术，针对深基坑工程渗漏水的处理中因地质条件及工况不同采取的技术措施也不同[1-6]。但对于深基坑中与底板相连的各类底坑渗水处理研究较少，往往这种底坑部位相较于底板标高更低，是渗水处理的薄弱环节，影响底板防水的整体性。结合北京大兴国际机场临空经济区发展服务中心项目，运用流体力学中降排水“漏斗”原理，并利用阶梯形混凝土现浇圈梁抵抗水压冲刷底坑侧壁，有效防止底坑的渗水及坍塌情况，为后续同地质条件下基坑的设计和施工提供参考。
北京大兴国际机场临空经济区发展服务中心项目位于北京市大兴区礼贤镇机场大道与天兴五街交叉口，项目总建筑面积约17.3万m2，分为E-05-01，E-06-01两个独立地块。最大建筑高度40m，E05和E06地块基坑槽底标高分别为-15.180m(绝对标高+8.720m，±0.000为+23.900m)和-15.380m(绝对标高+8.520m)，为深基坑工程。其中电梯底坑、消防泵坑等最大开挖深度为19.28m。本工程总体基坑支护形式为“护坡桩+预应力锚杆”支护体系。采用桩间设止水帷幕，并结合基坑内布设疏干井(间距为25～30m)、坑外布设应急井(间距为9.8m)对地下水进行控制，井口标高+23.500m，井深为21.5m。电梯底坑、消防泵坑位于楼座核心筒内或周边，与基坑内边线平面距离为5～23m。
勘探期间(2019年10月中旬及2020年3月下旬)工程场区40m深度范围内地下水位情况如表1所示。
表1 地下水位量测情况Table 1 Measurement of groundwater level
工程场区层间水天然动态类型属渗入-径流型，水位年变幅为2～4m，且场地南部分布有排水明渠，河宽约10～15m，距场地建筑边线约23m，河底已施作衬砌，基础持力层主要为⑤粉质黏土～重粉质黏土层、⑤1细砂层、⑤2黏质粉土～砂质粉土层。
基坑降止水设计采用“坑内外降水井+止水帷幕”的方式，降水井埋深21.9m，相对于电梯底坑已不满足降水要求，且工期紧、降水时间短。在项目基坑支护与土方开挖完成进入清槽阶段已进入雨季(7月—8月)，地下层间水位发生变化，且局部区域存在淤泥质土层。在槽底标高范围内未见渗水，而开挖至槽底标高下约0.4～0.8m处即见水平层间滞水。电梯底坑、消防泵坑绝对标高为7.220～4.620m，由高到低依次位于粉质黏土、细砂及砂质粉土层，不同土层渗水造成的状况不同，如图1所示。在底坑标高范围内分布多层滞水，对于粉质黏土层因其内部存在较大黏聚力，底坑基本可成形，只有少量黏土随渗水流出。
图1 不同土层渗水造成的状况Fig.1 Conditions caused by water seepage in different soil layers
而细砂或砂质粉土层在水平向水渗透力作用下，其内部黏聚力不满足抗剪要求，导致土层塌落无法按设计图纸放坡成形，影响底板浇筑施工及后续主体结构工期。因此各类底坑处理施工技术必须在满足结构设计图纸要求的情况下，确保底坑部位后期不出现渗漏水情况，保证底板施工质量。
3.1 施工原理
本项目针对电梯底坑、消防泵坑等低于槽底标高部位出现渗水的情况进行处理，结合以往基坑渗水处理的经验，遵循局部降截水、控制地下水位并进行地基处理的原则综合治理。在电梯基坑底部中间开挖降水井，利用降排水“漏斗”原理，控制地下水浸润线，四周形成漏斗状浸润面，保证后续施工。地下水浸润线方程：
(1)
式中：z为浸润面水深(m)；
h为井水深(m)；
k为渗透系数(m/s)；
r0为降水井半径(m)；
r为浸润面对应水深处的半径。降水如图2所示。
图2 降水示意Fig.2 Precipitation
对于底坑塌土部位采用浇筑C30细石混凝土、局部灌浆的措施，并按照设计底坑斜度及尺寸施作钢筋笼形成阶梯形圈梁，起抗剪作用且形成刚性防水。之后砌筑M5蒸压粉煤灰砖成形并进行后续垫层、防水、防水保护层施工。后期在井口施工钢制套管，套管外焊矩形止水钢板，并采用底板混凝土封堵降水井，确保后期不发生渗漏现象。
3.2 渗水处理施工工艺
3.2.1降水井施工
降水井直径600mm，按照流体力学中经验公式取值，其中影响半径R远大于矩形基坑等效半径，渗透系数k根据不同土层按照表2取值。
表2 土层渗透系数Table 2 Permeability coeffcient of soil
根据经验数据以及基坑槽底尺寸，影响半径R取值150m，渗透系数取6×10-5m/s，分别得出s≈6.5m，故底坑底部降水井深度：
h0=s-H0
(2)
式中：h0为底坑底部降水井深度(m)；
H0为基坑槽底水位线距离底坑底部高度(m)。
3.2.2渗水底坑侧壁处理
对于土层条件较好、渗水未发生塌土情况的底坑，其主要为层间滞水的无压水流，在重力作用下沿底坑侧壁向下流动，不会造成底坑侧壁塌落，因此只在底部开挖直径600mm集水井用于降排水，用无砂混凝土管保护防止塌井。据设计图纸尺寸，底坑坡度均为60°，为防止渗水对混凝土垫层产生轻微冲蚀，按尺寸要求在坡面砌筑单排MU15蒸压粉煤灰砖，表面刮涂20mm厚防水砂浆；
底部及坡面放置φ4@200抗裂钢筋网片，后用C30细石混凝土施作侧壁垫层，该类底坑渗水量较小，集水井随底部垫层施工时一同浇筑，在接近终凝时快速插入防水层及保护层施工，然后快速插入底板浇筑，确保该部位混凝土浇筑质量及整体性，具体如图3所示。
图3 渗水底坑侧壁处理Fig.3 Side wall treatment of seepage pit
3.2.3塌土底坑处理
按照渗透原理并根据不同底坑尺寸施工完降水井并采用无砂混凝土管保护，且不间断降水直至开始浇筑底板。降水15d后进行侧壁处理，具体步骤如图4所示。
图4 底坑处理步骤Fig.4 Treatment steps
1)先进行硬化，在底坑塌土范围内浇筑100mm厚C15混凝土垫层，并在降水井设置外直径400mm，长2m的钢护筒套管，外露出垫层标高长度400mm，在距钢套筒顶部200mm处焊制矩形钢板用作止水，长×宽为600mm×600mm，套筒内放置潜水泵进行抽排水。按照底坑坡度及尺寸，定位设置φ20@200双排插筋，沿圈梁纵向间距为400mm，顶部各设置200mm弯头做封边处理，插入土层及垫层外露长度均为700mm。注意在进行钢筋定位及绑扎时要预留后期浇筑垫层、防水及防水保护层空间。
2)根据插筋定位绑扎圈梁钢筋，主筋采用8根φ12，箍筋为φ8@200(沿圈梁纵向)，钢筋笼保护层厚度50mm，钢筋绑扎完成后进行支模，模板采用15mm厚木模，支撑体系利用木方及钢管采用对撑的方式，保证混凝土浇筑期间的稳定性，完成并验收无误后浇筑C30细石混凝土。
3)浇筑完成24h后，即按照定位进行植筋，采用φ20@200双排插筋，沿圈梁纵向间距为400mm，植筋深度10d，钢筋外露700mm，同样在钢筋顶部各设置200mm弯头做封边处理。在完成植筋后，根据定位在中间部位剔凿10mm深凹槽，用于放置20mm×30mm规格遇水膨胀止水条，防止混凝土接缝部位渗漏水。之后按照第1层圈梁钢筋配置进行钢筋绑扎及模板支设，验收无误后浇筑C30混凝土。依次进行后续圈梁施工直至槽底标高处，由于底坑深度不同，后续圈梁的高度可根据现场及设计图纸尺寸确定。
4)浇筑完成后，检查混凝土与土层交界处是否有不密实情况，并局部进行静压注浆，注浆压力0.5～1.5MPa，确保缝隙内填充密实。
5)混凝土硬化并拆模完成后，根据底坑结构轮廓线用MU15蒸压粉煤灰砖将台阶部位按照60°角填充砌筑，砌筑砂浆强度等级不低于M10，之后用100mm厚C15混凝土按照结构轮廓浇筑成形。
6)施工完垫层后开始进行防水卷材施工，在防水卷材施工至钢套筒位置时，将卷材上翻至止水钢板下部，即200mm高位置。铺贴完成后采用金属压条将套筒外一圈卷材压实保证防水效果。防水保护层施工完成后绑扎完底板钢筋，并进行底坑模板盒制作。在该底坑所在流水段均已准备就绪后开始底板浇筑，底板厚900mm(安装好模板盒后套筒顶部距模板间距为500mm)。先进行底坑部位浇筑，先将污水泵取出，然后快速将底坑模板盒放入，并做好固定及施压措施，避免在浇筑混凝土时模板盒上浮影响浇筑质量，因此对工序衔接要求比较高，应做好交底并现场旁站指导。
将振捣棒从模板侧面伸入井内，同时将振捣棒伸入模板盒振捣底部确保套筒内混凝土灌充密实，快速浇至电梯底坑至对应标高处，随即依次向上浇筑其余部位底坑，确保结构整体性。初步完成电梯底坑、消防泵坑等较低部位的防渗水及塌土处理施工，保证底板结构施工质量，避免工期延误，有效降低渗漏水风险及后期注浆的经济损失。
1)该技术应用的降排水“漏斗”原理与建筑结构中底坑的形状进行结合，增加处理的有效性、及时性。与之前研究不同的是直接将降排水及抗渗漏措施应用到实际部位，具有针对性。同时应用至结构施工前，具有前瞻性，避免后期因为渗漏而注浆，延误工期且增加成本。
2)拆模后进行复查并在底坑底部设置沉降观测点进行数据监测收集，该部位未出现隆起及开裂现象，且未出现渗漏情况，有效保证了地基处理效果及底板施工质量。
3)项目后期在施工至电梯底坑、消防泵坑等部位时，清槽完成后提前定位施工降水井，之后可由上至下施工混凝土圈梁，可大大节约成本和工期。
4)在类似地质条件下采用止水帷幕的方式进行阻断基坑与外界水流联系，不可控因素太多，基坑内的降水设计应充分考虑底板最低处标高，避免此类情况出现。
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