砂質地層地鐵車站深基坑降水施工技術

劉祥勇

在地下水位較高的地區開挖深基坑,由于含水層被切斷,在壓差作用下,地下水必然會不斷地滲流入基坑,如不進行基坑降排水工作,將會造成基坑浸水,使現場施工條件變差,地基承載力下降,在動水壓力作用下還可能引起流砂、管涌和邊坡失穩等現象,因此,為確保基坑施工安全,必須采取有效的降水和排水措施。

1 工程概況

上海地鐵M8號線某車站為地下2層,標準段開挖深度為15.5 m,圍護結構采用地下連續墻,墻深26.5 m～28.5 m,連續墻趾深入地層第⑥層暗～綠草～黃灰綠色粉質黏土。

1.1 地質情況

根據勘察報告提供的本場地地層分布情況大致如表1所示。

表1 車站分層地質情況

1.2 水文地質條件

根據上述地層情況,本場地深基坑內需降地下水為潛水型。

由地表至約30.00 m深的范圍內由第②1層、②3-1層、②3-2層的粘質粉土與砂質粉土及第⑤1層飽和的粉質黏土與第⑥層暗綠色粉質黏土組成,其中第②層粉性土的砂性較重,透水性較強,含水量也較大。第⑤1層與第⑥層粉質黏土為透水性很弱的土層。地下水位深度一般為0.50～0.70,相應的絕對標高為+3.50 m～+3.30 m左右。

2 對應措施及目標

1)通過降水及時疏干開挖范圍內土層的地下水,使其得以壓縮固結,以提高土層的水平抗力,防止開挖面的土體隆起,減少對基坑周圍環境的影響。2)通過降水及時降低基坑開挖范圍內土層中的地下水,滿足基坑無水開挖施工要求。

3 降水設計

車站基本形狀為長條形,長寬比大于5。考慮基坑施工實際情況為分段施工,以C區(翻交段長約80 m,寬21 m～27 m)為例進行井點計算,井點采用深井點輔以真空泵,井點布置為雙排,距圍護墻3 m～3.5 m,開挖深度為15.5 m,水位降深要求為開挖面下2 m。

1)井點埋深：井點管埋深由降水深度及含水層所在位置決定。

取H1=15.5 m,h=2 m,L=10 m,i=1/10,l=0.5 m。

H≥H1+h+iL+l=15.5+2+1+0.5=19 m,取H=20 m。

2)井點計算：該井點系統設計為無壓非完整井,井點系統總涌水量：

不滿足降深要求,應增加井點管數量。經進一步計算,需增加井點管至10根。

滿足降深要求。根據上海地區地鐵深基坑內類似砂性地質深井降水經驗,單口井有效抽水面積約為150 m2～200 m2,本設計中單井抽水面積經測算約為190 m2。另圍護結構采用地下連續墻,開挖段周圍墻體封閉,且墻趾深入透水性較弱的地層第⑥層粉質黏土,基坑內除雨水外基本無外補給水源。實際結果證明：C區布置10口深井完全滿足施工需要。

4 施工工藝

4.1 降水井的構造與設計要求

1)井口：井口應高于地面以上0.50 m,以防止地表污水滲入井內,一般采用優質黏土或水泥漿封閉,其深度不小于3.00 m;2)井壁管：井壁管均采用焊接鋼管,降水井的井壁管內徑大于250 mm; 3)過濾器(濾水管)：采用橋式濾水管或鉆孔管(兩種形式都可以用),濾水管的設計深度與長度見圖1;4)沉淀管：沉淀管主要起到過濾器不致因井內沉砂堵塞而影響進水的作用,沉淀管接在濾水管底部,直徑與濾水管相同,長度為1.00 m左右,沉淀管底口用鐵板封死;5)填礫料：各井從井底向上至地表以下5.00 m均圍填中粗砂;6)填黏性土封孔：在瓜子片或礫砂的圍填面以上采用優質黏土圍填至地表并夯實,并做好井口管外的封閉工作。

4.2 成孔(井)施工工藝與技術要求

成孔施工機械設備選用QJ150-1型工程鉆機及其配套設備(也可能改用干取土機成孔)。采用正循環回轉鉆進泥漿護壁的成孔工藝及下井壁管、濾水管,圍填砂礫、黏性土等成井工藝。其工藝流程如下：1)測放井位：根據井位平面布置示意圖測放井位,當布設的井點受地面障礙物或施工條件影響時,現場可作適當調整,主體結構范圍內的井盡量靠近圍護結構中的鋼支撐邊;2)埋設護口管：護口管底口應插入原狀土層中,管外采用黏性土和草辮子填實封嚴,防止施工時管外返漿,護口管上部應高出地面0.10 m～ 0.30 m;3)鉆進成孔：降水井開孔孔徑為500 mm～550 mm,均一徑到底。成孔施工采用孔內自然造漿,鉆進過程中泥漿密度控制在1.10～1.15,當提升鉆具或停工時,為防止孔壁坍塌,需在孔內壓滿泥漿;4)清孔換漿：鉆孔鉆進至設計標高后,在提鉆前將鉆桿提至離孔底0.5 m,進行沖孔清除孔內雜物,同時將孔內的泥漿密度逐步調至1.10,孔底沉淤小于30 cm,返出的泥漿內不含泥塊為止;5)下井管：下管時在濾水管上下兩端各設一套直徑小于孔徑5 cm的扶正器(找正器),以保證濾水管能居中,井管焊接要牢固、垂直,下到設計深度后,井口固定居中;6)井口封閉：在中粗砂的圍填面上采用優質黏性土圍填至地表,圍填時應控制下入速度及數量,沿著井管周圍少放慢下的圍填,然后在井口管外做好封閉工作;7)安裝與試抽：成井施工結束后,在降水井內下入潛水泵,地面接上真空泵,鋪設管道、電纜等。當安裝完畢,開始真空泵加潛水泵的試抽水。

[1] 余志成.深基坑支護設計與施工[M].北京：中國建筑工業出版社,1998.

[2] 龔曉南.深基坑工程設計施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,1998.

[3] 張永波,孫永忠.基坑降水工程[M].北京：地震出版社,2000.

[4] 俞建霖,龔曉南.基坑工程地下水回灌系統的設計與應用技術研究[J].建筑結構學報,2001(5)：70-74.

[5] 伊家勤.不同類型地下水在深基坑施工中的控制方法[J].山西建筑,2008,34(30)：139-140.