基坑渗透破坏型式分析及应对措施实例张良 陈东风 （江苏省镇江市城市水利管理处镇江212000） 【摘要】基坑渗透破坏在水利工程中非常普遍。本文通过对镇江市引航道枢纽工程防渗系统实施过程中，坝基下有压渗流计算基坑内理论渗流量与实际观测渗水量对比，分析得出逸出处水力坡降大于允许坡降，造成流土型渗透破坏，为此提出通过降压管井来降低弱透水层下承压水压力的防治措施。通过中墩基坑内管井降水实例验证深井降水对基坑渗流稳定的重要性，给类似工程设计及施工提供参考价值。 【关键词】有压渗流 水力坡降 渗透破坏 渗流量 深井降水 1引言镇江市引航道水利枢纽工程由围堰围筑而成的深基坑，在高水位差下，深基坑内不发生渗透破坏关乎基础施工的成败。基坑防渗工程在闸塘降排水过程中，发生了严重的渗透破坏现象，为保证基础工程顺利实施，必须先做好渗透破坏的除险加固工作。 2工程概况工程位于引航道长江口门500m处，围堰采用充砂枕围堰填筑，无需导流，距枢纽中心线上下游各200m各设置一道围堰，总长573m，见图1。围堰外部由砂枕袋充填细砂，内部吹填砂填筑而成，堰体的防渗功能主要由迎水面防渗膜及堰体中心水泥防渗墙来实现。为了准确有效地掌握防渗效果，及时了解堰体内浸润线水位变化情况，在两条围堰上各设置了三个测量断面，每个断面3根测压管，共18根。 3工程地质根据《引航道水利枢纽岩土工程勘察综合成果表》,该工程河床土层从上至下依次为淤泥质粉质粘土、粉细砂、细砂、细砂，平均厚度依次为2.6m、10.2m、11.2m、35m，渗透系数依次为0.144×10-6m/s、7.36×10-6m/s、6.86×10-6m/s、5.50×10-6m/s。 4第一次闸塘抽排水后基坑内渗流稳定性分析4.1 渗流量实际观测记录 围堰施工至 从4月22日～5月19日，闸塘水位由 4.2 渗流量理论计算 围堰迎水面所铺设防渗膜渗透系数k为1×10-13m/s，砂的渗透系数k为10-5～10-6m/s左右，闸塘内渗流水量来自坝底渗流。此类型属坝基下平面有压渗流，坝基下渗流由平面有压渗流流网分析计算，见图2。 由坝基下的单宽渗流量公式： 式中：M—流网中的流槽数，数值上等于流线数减1（M=m-1=4）。 两条等势线之间的水头损失 求k值：由竖直等效渗透系数公式  图1 施工围堰典型断面图 图2 坝基下平面有压渗流流网示意图 Δh取值：H上取平均值（5.5+4.7）/2=5.1m，H下取 平均日渗流量：Q=qLt。 L为坝基长度，该工程近似取基坑周长，L=1000m。 4.3 渗流分析 由观测值（约4150m3/d）与理论值（约483m3/d）比较，数值差距较大，由渗流量公式 该工程渗透破坏型式主要为流土破坏。根据工程的岩土工程勘察报告河床表层淤泥层属粘性土，该层只会发生流土而不会发生管涌；河床下层无粘性土（均为砂层）不均匀系数Cu＜10，亦属流土型破坏。 根据该工程的岩土工程勘察报告，该工程②层淤泥质粉质粘土层发生流土的临界水力坡降， 当前坝基下渗径长度约80m，两侧水头差暂取ΔH=4m计算，结合地质情况：淤泥质粉质粘土层（取平均厚度）厚L1=2.6m，渗透系数k1=1.44×10-7m/s，粉细砂渗径长度L2=80m，渗透系数 由渗流水力计算公式 可得 则 5第二次闸塘抽排水前基坑内渗流稳定性分析5.1 测压管内水位情况 以6月23日各水位记录为例，见图3。5.2测压管内水位分析 图3 测压管水位数据图 a.各断面水位由迎水侧向闸塘侧递减，反映出堰体内水位浸润线的变化趋势。 b.迎水侧测压管水位值不同程度大于理论值，防渗膜效果较预期值不甚理想，但内江侧优于长江侧。堰体内实际渗径长度较计算值将大为缩短。 c.水泥土防渗墙前后测压管水位反映出其防渗效果较好，主要水头损失发生在防渗墙前后，其损失值大于计算值，防渗效果主要由防渗墙发挥。 d.C2、C5断面闸塘侧测压管水位略高于闸塘水位。 e.闸塘侧四角处测压管内水位偏高，南岸最高。受长江水位及地下水位与闸塘水位差造成的坝基下有压渗流影响，因南岸淤泥层较厚，在其下部形成承压水状态；北岸呈微承压状态。 f.根据上述分析，渗透破坏在基坑内南岸侧易发生流土型破坏；受淤泥层厚度不均影响，河道中心线北侧范围易发生接触冲刷破坏。 6防治措施及效果由上述分析，基坑内渗透破坏属流土型，防治流土的关键在于控制逸出处的水力坡降，为了保护实际的逸出坡降不超过允许坡降，该工程采取了相应措施。 第一，在上游做垂直防渗墙，在基坑四周实施水泥土防渗墙；在围堰坝脚增设一道防渗墙，以起到双重安全功效。因基岩较深约60m，防渗墙不能切断透水层，故做成悬挂式，起到一定的延长渗径、降低下游逸出坡降作用。 第二，因长江侧防渗效果低于内江侧，在长江侧围堰迎水面坝脚填筑土方加以覆盖，起到一定的稳定围堰基础，延长渗径的作用。 第三，结合该工程特性，基坑稳定关键在于有效降低基坑面逸出处淤泥层下承压水压力，以及基坑四周渗透水压力。为此在基坑四周布设一级降水管井，以有效控制坡脚渗透破坏，一级降水深井间隔约10m布置一口，实践证明起到了良好的保护效果。在主体工程闸墩四周布置二级降水管井，以保证闸墩基础开挖施工；在上下游护坦施工前布设井群，用以降低其下部地下水压力。该工程降水的重点和难点在于中墩基坑的深开挖，要求其地下水位至少需降至 由于河床底部为透水层，降水井底未达到不透水层，该井为不完全井，其特点是，水流不仅沿井壁周围流入井中，同时也从井底流入水井，因此流动情况比较复杂，理论计算供水流量尚有困难，目前多采用完全井的计算公式乘以大于1的修正系数ɑ来计算： 结合工程实际，r0值为管井半径：r0=0.15m。 H'为原地下水位至井底值 H为原地下水位至不透水层值，由地质资料知：H=65m。 经计算求得：修正系数ɑ=1.25。 由井群抽水公式 各管井距O点长为：lg（r1r2…，rn）/n=1.4。 R为井群影响半径，因管井距水源（长江）较近，且根据后期地质资料反映基岩上部 确定渗透系数k值，由于工程场地内陆质条件复杂多变，在中墩降水前，对工场范围内渗透系数进行重新进行野外试验测定，k值为5.5×10-5m/s。 井群出流量： 则单井供水能力 通过对降水管井布置及抽水流量计算，管井排水泵型选择功率13kW、额定出流量50m3/h潜水泵。 通过对管井降水过程中井内水位测量，大部分管井内水位维持在 7结语当渗流产生的实际渗透比降i大于土的临界渗透比降icr时，土体将产生渗透破坏，基坑内的隐患会加速渗透破坏的发生和发展。针对于流土型渗透破坏的有效防治措施和建基面下地下水位降低的有效措施，为采取深井降水，利用降压井可有效降低弱透水层下水压力，防止i＞icr时造成土体发生破坏，利用群井效应有效地控制地下水位。深井降水对该工程基础施工起到了保驾护航的作用；深井降水在深基坑开挖过程中，保证基础稳定，起到了至关重要的作用，在基坑工程中广为使用 |
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6.0m（吴淞高程，下同）在迎水面铺设防渗膜后，从4月12～22日，闸塘水位由
3.52m抽排降至
0.12m后停止排水，期间每日长江侧高潮位最高为
4.60m，最低为
3.80m，测算抽排水19.7万m
0.12m升至
2.21m，27日内水位上升2.09m，期间每日长江侧高潮位最高为
5.50m，最低为
4.70m。渗水量共计约11.2万m
计算4月22日～5月19日基坑内渗流量理论值。
