
在现代城市地下工程的建设中,尤其是在地下水位较高、土层渗透性较强的地区,止水帷幕的设计与施工显得尤为重要。广州作为中国南方的重要城市,地处珠江三角洲冲积平原,地质条件复杂,地下水丰富,软土层广泛分布,因此在基坑支护工程中常采用拉森钢板桩结合止水帷幕的技术方案。其中,止水帷幕的渗透系数是决定其防渗效果的关键参数之一,直接影响基坑的安全性、稳定性和施工成本。
拉森钢板桩因其良好的抗弯性能和连接密封性,被广泛应用于临时或永久性的挡土与止水结构中。在实际工程中,拉森钢板桩通常通过锁口咬合形成连续墙体,具备一定的止水能力。然而,在高渗透性地层(如砂层、粉细砂层)中,单靠钢板桩自身的止水效果往往难以满足要求,需配合水泥搅拌桩、高压旋喷桩或地下连续墙等构成复合式止水帷幕。此时,止水帷幕的整体渗透系数成为设计计算中的核心指标。
渗透系数(通常用 $ K $ 表示,单位为 cm/s 或 m/d)反映了材料允许水流通过的能力。对于止水帷幕而言,理想的渗透系数应控制在 $ 10^{-6} \, \text{cm/s} $ 以下,甚至达到 $ 10^{-7} \sim 10^{-8} \, \text{cm/s} $,才能有效阻隔地下水向基坑内渗流。在广州地区的典型地质条件下,如存在厚层粉砂或中砂时,原状土的渗透系数可能高达 $ 10^{-3} \sim 10^{-4} \, \text{cm/s} $,若不采取有效的止水措施,极易引发管涌、流砂、基底隆起等工程事故。
在进行拉森钢板桩止水帷幕设计时,首先需要根据地质勘察报告获取各土层的物理力学参数,特别是含水层的厚度、埋深及渗透系数。随后,结合基坑开挖深度、周边环境要求及降水方案,确定止水帷幕的插入深度、平面布置形式以及是否需要设置多道止水结构。例如,在广州某地铁车站深基坑项目中,设计采用Ⅳ型拉森钢板桩,桩长18米,嵌入强风化岩层不少于2米,并在外侧施作双排高压旋喷桩作为辅助止水体,形成“钢板桩+旋喷桩”复合止水系统。
在计算止水帷幕的有效渗透系数时,常用的方法包括等效渗透系数法和数值模拟法。等效渗透系数法基于达西定律,将复合结构视为均质介质,利用加权平均或调和平均公式估算整体 $ K $ 值。例如,若钢板桩间距为 $ s $,单根桩的渗透影响宽度为 $ b $,旋喷桩加固区渗透系数为 $ K_1 $,未加固区为 $ K_2 $,则可通过下式估算综合渗透系数:
$$ K_{\text{eq}} = \frac{b \cdot K_1 + (s - b) \cdot K_2}{s} $$
当 $ K_1 $ 显著小于 $ K2 $ 且布桩密度足够时,$ K{\text{eq}} $ 可大幅降低。此外,还可借助有限元软件(如 PLAXIS、MIDAS GTS)建立二维或三维渗流模型,考虑非均质土层、边界条件、降雨入渗等因素,更精确地预测基坑内外的水头分布和渗流量。
值得注意的是,施工现场的质量控制对最终止水效果具有决定性影响。钢板桩的沉桩垂直度、锁口对接紧密性、接缝处是否发生漏水,以及旋喷桩的水泥掺量、提升速度、压力参数等都会显著影响实际渗透系数。在广州多个工程项目中曾发现,由于旋喷桩搭接不良或水泥浆液扩散不均,导致局部出现渗漏通道,使得实测渗流量远超设计预期。因此,施工过程中应加强过程监测,必要时采用注浆补强或增设降水井进行动态调整。
此外,还需考虑长期服役条件下的耐久性问题。广州地区气候湿润,地下水对钢材具有一定腐蚀性,拉森钢板桩在长期浸泡环境下可能发生锈蚀,进而削弱其止水性能。为此,可在设计阶段选用防腐涂层、阴极保护或镀锌钢板桩,并定期开展维护检查。
综上所述,广州地区拉森钢板桩施工中止水帷幕的渗透系数不仅是理论计算的重要参数,更是贯穿勘察、设计、施工与运维全过程的技术关键。只有通过科学的地质分析、合理的结构选型、严格的施工管理与持续的监测反馈,才能确保止水帷幕发挥应有的防渗功能,保障深基坑工程的安全顺利实施。未来随着智能监测技术和新型防水材料的发展,止水帷幕的性能评估与优化将更加精准高效,为城市地下空间开发提供更强有力的技术支撑。
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