
在城市地下空间开发日益频繁的背景下,深基坑工程作为地铁、地下车库、综合管廊等建设的关键环节,其安全性和稳定性备受关注。广州地处珠江三角洲冲积平原,地下水位高、土层含水量丰富,地质条件复杂,尤其在软土区域进行深基坑施工时,渗流问题极易引发基坑失稳、管涌甚至坍塌等严重安全事故。因此,在采用拉森钢板桩作为支护结构的深基7坑工程中,开展渗流稳定性验算是确保施工安全的重要技术环节。
拉森钢板桩因其止水性能良好、施工便捷、可重复使用等优点,广泛应用于广州地区的临时或半永久性基坑支护工程。然而,钢板桩之间的锁口连接并非完全密封,在动水压力作用下仍可能存在局部渗漏路径。特别是在砂层、粉细砂层等渗透性较强的地层中,若未对渗流稳定性进行充分验算与控制,极有可能在基坑开挖过程中产生渗流破坏,如流砂、管涌等现象,进而危及支护结构的整体稳定。
渗流稳定性验算的核心在于评估基坑内外水头差引起的渗透力是否超过土体抗渗能力。通常采用的方法包括临界水力梯度法和安全系数法。其中,临界水力梯度 $ i_c $ 可通过公式 $ i_c = \frac{\gamma'}{\gamma_w} $ 计算,其中 $ \gamma' $ 为土体有效重度,$ \gamma_w $ 为水的重度。当实际水力梯度 $ i $ 接近或超过 $ i_c $ 时,土体即可能发生渗透破坏。因此,必须确保在最不利工况下,基坑底部及钢板桩墙后方的实际水力梯度小于允许值,并留有适当的安全裕度。
在广州地区典型地质条件下,常见淤泥质土、粉砂、细砂夹层等地层组合,其渗透系数普遍在 $10^{-4} \sim 10^{-6}$ cm/s 范围内,属于中等至强透水性土层。在此类地层中设置拉森钢板桩时,需结合现场水文地质勘察资料,精确确定地下水位分布、各土层渗透系数及承压水层情况。同时,应建立二维或三维渗流数值模型(如采用有限元软件 PLAXIS 或 SEEP/W),模拟不同开挖阶段的地下水渗流场变化,分析潜在渗流路径及逸出点位置,评估是否存在集中渗流风险。
此外,钢板桩的入土深度对防渗效果具有决定性影响。根据“不透水层封闭原则”,钢板桩应至少插入相对不透水的黏性土层或弱透水层一定深度,以形成有效的止水帷幕。一般要求插入深度满足抗管涌稳定要求,常用经验公式为:
$$
D \geq Hw / (i{allow})
$$
其中 $ D $ 为桩入土深度,$ Hw $ 为作用水头,$ i{allow} $ 为允许水力梯度(通常取 $ i_c / K_s $,$ K_s $ 为安全系数,建议取 1.5~2.0)。对于广州部分区域存在承压水的情况,还需考虑承压水头对基底隆起的影响,并结合抗隆起验算综合判断桩长合理性。
除理论计算外,现场监测也是保障渗流稳定的重要手段。应在基坑周边布设水位观测井,实时监控坑内外水位变化;在钢板桩接缝处、基坑底部等关键部位设置渗漏观察点,及时发现异常渗水迹象。一旦发现持续冒砂或水流量增大,应立即启动应急预案,采取坑外注浆堵漏、坑内回灌平衡水头等措施,防止事态扩大。
值得一提的是,单一依赖拉森钢板桩可能难以完全阻断深层渗流,尤其在深厚砂层中。为此,常需结合其他止水措施形成复合支护体系,例如在钢板桩外侧增设旋喷桩或水泥搅拌桩止水帷幕,或在坑内设置轻型井点降水系统,主动降低地下水位,减小水头差,从而有效控制渗流风险。
综上所述,广州地区深基坑采用拉森钢板桩施工时,必须高度重视渗流稳定性问题。通过科学的水文地质分析、合理的结构设计、严格的施工控制以及完善的监测体系,才能全面防范渗流引发的安全隐患。未来随着BIM技术和智能监测系统的推广应用,渗流稳定性验算将更加精细化、动态化,进一步提升深基坑工程的安全水平,为广州城市地下空间的可持续开发提供坚实的技术支撑。
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