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岩体裂隙发育区域地下排水设计施工措施探讨
摘  要: 在岩体中裂隙较多且地下水发育的区域修造建筑或道路时，渗水是影响施工的主要因素，特别在雨季降雨量较大时，没有完善的地下排水设施，将直接影响建筑及路面的使用性能，减少其使用寿命，严重影响运营安全。本文以无锡地铁某停车场为研究对象，从勘察、设计、施工等方面，系统研究了场内渗流区域排水设施的解决方案，分别提出库体结构基础和路基不同的预防技术措施，并对施工过程的质量控制关键点进行了强调，对于多裂隙山体附近大规模建筑的地下排水系统设计具有推广和应用价值。
关键词:渗流；地下排水设施；反滤层；盲管

0  引言
在岩体中裂隙较多且地下水发育的区域修造建筑或道路时，渗水是影响施工的主要因素，特别在雨季降雨量较大时，没有完善的地下排水设施，将直接影响建筑及路面的使用性能，减少其使用寿命，严重影响运营安全^[1]。
1 工程概况
无锡地铁二号线某停车场工地，场地北紧邻青龙山。停车场地块原状地势南低北高，用地范围地面标高有明显的差异，北部约在绝对标高13m～14m，中间约为7m～9m，南部约有6.5m～6.8m。地铁停车场运用库坐落在原地形开挖后的基坑内，正负零设计高程3.212m，道路环绕于运用库四周，基坑周边设置挡土墙，在基岩分布处采用灌注桩与锚杆组合围护结构，在土层分布处采用重力式挡土墙，剖面位置见（图1）。
其中停车场运用库总建筑面积29349㎡, 采用钢筋混凝土框架结构，钢筋混凝土独立基础。基础底标高0.912m，大部分以③1粘土层为持力层，局部为⑪4层残积土、⑭层石英砂岩为持力层（图1）。基坑四周设置排水明沟及截水沟。
2 存在问题及原因分析
2.1问题简述
2012年11月当基坑开挖至标高4.000m左右时，基坑西北角出现地面局部返潮，局部区域呈现少量渗水，见图2-a，随着时间推移，渗水范围和积水深度均有所增加如图2-b；2013年1月基坑开挖运用库独立基础至1.212m左右时，基坑大部出现地面返潮，局部地面标高较低处，如图2-c所示出现较多积水，积水最深处约200-300mm。
鉴于开挖时段属于旱季，但却仍有较多地下水渗入坑内，雨季时，水量恐将更大，将影响运用库主体结构施工，且从长期运营考虑，底板下水头较高，对于底板抗浮稳定性将有影响，若不采取措施，将影响运用库正常使用功能。
2.2原因分析
根据《无锡地铁某停车场勘察报告》，显示本场地地下水主要为填土中的上层滞水和局部的岩体裂隙水，勘察期间，挖了3个测水坑，实测上层滞水水位标高分别为7.25m、11.1m、6.67m。水位受地形起伏及季节变化明显。Z58钻孔位于渗水区域，显示场地西北角地层情况如下：
⑪4层残积土：以粘性土为主，硬塑，具氧化铁染斑块，夹岩石碎块，粒径大小不一，多在10mm以上，最大粒径80mm，碎石成份以石英砂岩、粉砂岩及泥质砂岩为主，颗粒含量为总质量的11%。层厚4m左右，层底标高约在16m。

 
 
图1 场地平面及剖面图

 
（a）   
(b)

(c)

图2 基坑基底返潮及渗水现象

⑭₂层强风化砂岩：大部分矿物严重风化变质，失去光泽。主要由石英、长石等矿物组成。风化裂隙发育，将岩体切割成2～20cm的块体。层厚7m左右。
⑭₃层中风化砂岩：结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，有风化裂隙发育，岩体被切割成岩块，局部为泥岩。干钻不易钻进，柱、块体长度5～20mm，主要由石英、长石等矿物组成，节理、裂隙较发育。为较硬质岩，岩体完整性为较破碎。
场地西北角基岩埋深较浅，土岩分界处有少量的地下水，主要为碎屑岩类裂隙水，在裸露区接受大气降水的入渗补给及地表水体的侧向渗漏补给，径流条件受地形坡降、地质构造、裂隙发育程度等条件制约，一般由山区向平原或沿构造线方向径流；以季节性下降泉、人工开采以及向上部越流的形式进行排泄，富水性弱。
综合考虑，原因分析如下：场地紧邻青龙山，地势较高，沿坡径流大，基岩裂隙水水头较高；⑪₄层残积土、⑭₂层强风化砂岩均为透水层，且⑭₂层风化裂隙发育，为地下水提供水力通道；基坑开挖，上部粘土层快速挖除，基坑表面成为水头低点，原基岩裂隙水从围护结构底下绕流，从基坑表面渗出。
可以看到，原勘察报告场地水文地质条件章节对于该处渗水虽有提及，但对渗水量估计不足，原设计对运用库基础及周边道路路基设计阶段未采取有效处理措施，原出现的局部开挖面湿蹟一度被认为雨后残留未干，直至开挖后一段时间湿蹟一直未干，才开始考虑地基需要处理。
3 处理方法
目前地下排水设施按其作用和使用条件的不同主要分为暗沟（管）、渗沟及渗井等，主要用于拦截、汇集、排除地下水或降低地下水位，或能兼排地表水^[2]。
当路基范围内出露或埋藏地下水或地下水位较高，影响路基、路面强度或边坡稳定时，应根据具体出现情况设计地下排水设施，其设置的类型、位置和尺寸应根据工程地质和水文地质条件决定^[3-4]。鉴于道路路基及运用库基础施工开挖阶段发现基岩裂隙水水量较大，为保证道路及运用库正常使用功能及施工条件，需设置永久性地下排水设施。结合现场条件、相关规范^[5-6]及工程经验^[7-9]设计采用由反滤层和塑料排水盲管组成的排水系统。
3.1 运用库方案一
针对运用库基础底板位置土层分布，对运用库局部设置库内地下排水系统。强风化砂岩、中风化砂岩及残积土渗透率高，是泄水的主要通道，故以上范围地层均开挖土至基础基底以下30cm，在30cm范围内施工整体排水系统，平面布置如图3所示，剖面结构如图4所示，从下向上依次为基础持力层，耐穿刺土工布，150厚粗砂反滤层，150*50纵向排水盲管，100厚粗砂反滤层，耐穿刺土工布。南北纵向排水盲管间距20m，汇入东西向盲管，东西横向排水盲管间距20m，东高西低，坡度0.3%，向西汇至库西侧结构尺寸300*250mm的混凝土室外排水暗管，最后由库西南角的集水坑统一排至库外。
3.2 运用库方案二
方案二库中央南北向为主盲管，为钢筋混凝土结构，结构尺寸300*250mm，东西向排水盲管采用φ200塑料盲管，两侧向纵向坡度为0.35%接入主盲管，在库南侧中间设置集水坑，由此排出库外（如图5），排水盲管应按平面布置图所示坡度及间距布置，严禁出现倒坡现象，东西向排水盲管与独立基础的位置如图6。
 
图3 方案一平面图                      图4 地下排水系统剖面图

 

图5 方案二平面图                        图6 排水盲管与基础关系示意图
中砂反滤层应由2-5mm粒径级配砂子组成，卵石反滤层应用5-10mm粒径级配小卵石组成，其碳酸钙含量≤10%，含泥量≤2%，截面如图7，本工程土工布均采用300g/m2聚酯无纺土工布。

图7 排水盲管大样图
3.3 库方案对比分析
方案一主要针对渗流问题较突出的强风化砂岩、中风化砂岩及残积土地层，采用整体反滤层+盲管方式，整体反滤层适用于地下水蕴藏量大，面积分布广的区域，防渗导流效果更理想，同时因盲管均埋在基础地下，与库区的电缆沟，预埋线管和检查坑交叉冲突的问题基本不存在，但方案一费用过高，土方开挖与反滤层施工周期较长，影响工期，且运用库独立基础落于西侧局部处理后的地层与东侧未处理的原状土地基，可能产生不均匀沉降。
方案二采用 “鱼刺状”主次盲管的方式，盲管位于基础中间，盲管施工和基础施工可以同时进行，对工期有保证，较整体式的反滤层费用相对较低，同时基础均位于未扰动的原状土上，两侧对称分布的盲管，有利于基础的稳定性和不均匀沉降控制。但其排水路径较为单一，盲管周围的水可就近通过中砂及卵石反滤层，渗流进入盲管，离盲管较远的水平向渗流较弱的话可能无法及时将水通过盲管排出库外。
3.4 道路地下排水系统
库西侧道路原方案需要下挖至路床顶面下60cm后，原土翻挖20cm，掺加6%石灰压实，压实度≥87%，接着填筑一层20cm 的6%石灰土并碾压，压实度≥90%，然后再实施两层各20cm的6%石灰土，分层碾压，压实度分别≥93%、≥95%。考虑运用库西侧道路位置渗流较严重，地下水危及路基稳定或严重影响路基强度，应采取方案拦截、旁引排除含水层的地下水，降低地下水位，设置管式暗沟将水引至路堤坡脚外或路堑边沟内^[2]。
故新方案在路面结构以下100cm用碎石土换填，每层松铺厚度不应超过30cm，且碎石土层中间每30cm铺设一层防水土工布，沿路面边缘离挡墙2米设置由透水性填料集水沟、纵向排水管、横向排水管和过滤物组成的排水系统，埋设直径φ10软式透水管，外包透水土工布，纵向每隔10米设置集水井一座，剖面结构如图8。

图8 路基盲管设置剖面图
4 施工措施
反滤层和盲管是永久结构，长期埋设于基础以下，投入使用后无法维修，所以施工过程中。质量的控制尤为重要，必须从以下工序重点控制，现场控制如图9：
（1）始准确放样，精确测定盲管起讫点，防止倒坡，注意两端衔接是否顺直，和其他支盲管是否能够很好的连接。
（2）砂砾应使用级配均匀的碎石，严格控制含泥量，不合格材料严禁进入施工现场。挑运砂砾时，随时注意不得将土粒掉入土工布中，以防堵塞。
（3）塑料盲管相连接用钉书钉状的钉勾（俗称卡子）嵌入， 塑料盲管的滤膜，在供货时已缝包在盲管材上，在接头可另外缠包条状滤膜，防止漏土。
（4）土工布拼接和缝制必须采用包缝法，保证必要的搭接宽度，并严禁在泥水中铺设土工布。

 
（1）
 
（2）
(3)
(4)

图9 盲管施工工序控制图