淤泥質(zhì)軟土高承壓水地層逆作深基坑降水施工

張濤

(中鐵十六局集團(tuán)公司北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101100)

天津?yàn)I海于家堡地區(qū)屬淤泥質(zhì)軟土地層，具有地下潛水位高，承壓水頭高，淤泥質(zhì)軟土層含水量大且滲透系數(shù)小等特點(diǎn)，蓋挖逆作施工深基坑地下工程施工，對(duì)基坑淺層疏干降水和深層減壓降水施工技術(shù)提出了較高的要求，采用有效基坑降水技術(shù)是保證特殊水文地質(zhì)條件下整個(gè)基坑土方開挖和結(jié)構(gòu)施工階段基坑穩(wěn)定的關(guān)鍵。

1 工程概況

于家堡站交通樞紐土建四標(biāo)總建筑面積約65 395.9 m2，包括位于Z1線北側(cè)的軌道交通B2線部分地下結(jié)構(gòu)工程及部分社會(huì)車停車場(chǎng)工程。基坑深約17 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻;中間支撐樁柱采用鋼管柱和鉆孔灌注樁;主體結(jié)構(gòu)為地下2層多跨式框架結(jié)構(gòu)，采用蓋挖逆作地模施工工藝。天津?yàn)I海于家堡地區(qū)屬于沖海積平原，地質(zhì)條件復(fù)雜，地下約18 m以上為淤泥質(zhì)土層，塑性差，透水性差。地下約20 m～55 m范圍為細(xì)砂層，含水量大，具有微承壓性，埋深在18 m～20 m和55 m～60 m范圍為粘土層，可視為相對(duì)隔水板。根據(jù)場(chǎng)地地下水埋藏條件，可將地下水劃分為淺層地下水和深層承壓水。淺層地下水埋深淺，初見水位0.50 m～1.50 m，深層承壓水水頭高度高，約－9 m。

2 逆作地下工程深基坑降水意義

1)有效減少被開挖土體的含水量，防止土體在開挖過程中發(fā)生縱向滑坡，便于挖掘機(jī)挖土、土方外運(yùn)和坑內(nèi)施工作業(yè)。

2)有效降低下部承壓含水層的水頭高度，防止基坑底板發(fā)生管涌、突涌等不良現(xiàn)象，確保基坑底板的穩(wěn)定性。

3)有效減少逆作結(jié)構(gòu)下部原狀土體含水量，為結(jié)構(gòu)施工提供足夠的豎向承載力，同時(shí)保證逆作結(jié)構(gòu)地模高程變化趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 降水方法選擇

降水井一般有電滲井點(diǎn)、輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、大口徑井點(diǎn)等方法。1)電滲井點(diǎn)，較為貴重，一般性基坑不宜采用，適用于淤泥質(zhì)粘土。2)輕型井點(diǎn)，可降低水位，價(jià)錢較為便宜，但是有效深度不夠，適用于挖深較淺的基坑，布設(shè)在基坑外側(cè)，同時(shí)可起到加固土體的效果。粘土層不適用。3)噴射井點(diǎn)，含水量較高的土層，尤其是含砂土層適用，但出水量不大，一般用于輔助降水。4)大口徑井點(diǎn)，也就是常說的管井，適用于滲透系數(shù)較高的土體疏干，加上真空負(fù)壓后可用于粉土層、淤泥質(zhì)粘土層。針對(duì)于家堡交通樞紐工程基坑較深、淤泥質(zhì)粘土層、地下水豐富的特點(diǎn)，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益方面因素考慮，綜合考慮選用大口徑井點(diǎn)降水方法。

4 降水井設(shè)計(jì)與布置

本工程降水井包括淺層疏干井和深層減壓井(見圖1)。

圖1 淺層疏干井與深層減壓井構(gòu)造圖（單位：m）

本基坑包括停車場(chǎng)基坑深16.0 m，B2基坑深17.0 m，根據(jù)計(jì)算，當(dāng)開挖至基坑底時(shí)，承壓水靜止水位為9 m深時(shí)需要在坑內(nèi)布置9口深層降水井，另考慮備用井按降水井的40%布置，則需布置3口坑內(nèi)備用深層降水井，同時(shí)預(yù)留坑外觀測(cè)井2口(見表1)。

表1 基坑降水井工程參數(shù)表

5 成井施工

施工機(jī)械設(shè)備降水井選用工程地質(zhì)鉆機(jī)及其配套設(shè)備。成孔時(shí)采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)泥漿護(hù)壁的成孔工藝。

1)鉆進(jìn)成孔。鉆進(jìn)時(shí)輕壓慢轉(zhuǎn)，當(dāng)鉆具全部進(jìn)入粉土層及砂層后，可適當(dāng)加壓，提高轉(zhuǎn)速。成孔施工采用孔內(nèi)自然造漿，鉆進(jìn)過程中泥漿密度控制在1.05～1.20，當(dāng)提升鉆具或停工時(shí)，孔內(nèi)必須壓滿泥漿，以防止孔壁坍塌。2)清孔換漿。鉆孔鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在提鉆前將鉆桿提至離孔底0.50 m，進(jìn)行沖孔清除孔內(nèi)雜物，同時(shí)將孔內(nèi)的泥漿密度逐步調(diào)低，返出的泥漿內(nèi)不含泥塊為止。3)下井管。按設(shè)計(jì)井深預(yù)先將井管排列、組合，下管時(shí)所有深井的底部按標(biāo)高嚴(yán)格控制，并且保持井口標(biāo)高一致。井管應(yīng)平穩(wěn)入孔，每節(jié)井管的兩端口要找平。為了保證井管不靠在井壁上和保證填料厚度，在濾水管上下部各加一組扶正器，保證環(huán)狀填料間隙厚度大于180 mm，外包一層30目～40目濾網(wǎng)。下管要準(zhǔn)確到位。自然落下，稍轉(zhuǎn)動(dòng)落到位，不可強(qiáng)力壓下，以免損壞過濾結(jié)構(gòu)。井管到位后下鉆桿泥漿稀釋，在稀釋泥漿時(shí)井管管口應(yīng)密封，使泥漿從過濾器經(jīng)井管與孔壁的環(huán)狀間返回地面，稀釋泥漿應(yīng)逐步緩慢進(jìn)行。4)回填濾料。填濾料前在井管內(nèi)下入鉆桿至離孔底0.30 m～0.50 m，井管上口應(yīng)加悶頭密封后，從鉆桿內(nèi)泵送泥漿進(jìn)行邊沖孔邊逐步調(diào)漿使孔內(nèi)的泥漿從濾水管內(nèi)向外由井管與孔壁的環(huán)狀間隙內(nèi)返漿，使孔內(nèi)的泥漿密度逐步調(diào)低，然后開小泵量按井的構(gòu)造設(shè)計(jì)要求填入濾料，并隨填隨測(cè)濾料的高度，直至濾料下至預(yù)定位置。填濾料時(shí)，根據(jù)孔口返水情況調(diào)整泵量。填濾料過程中要跟蹤濾料上返高度，當(dāng)濾料密實(shí)到設(shè)計(jì)高度后，向井管與孔壁間投粘土球止水，粘土球上部用粘土塊填孔密實(shí)，防止泥漿及地表污水流入井內(nèi)。5)洗井。在提出鉆桿前利用井管內(nèi)的鉆桿接上空壓機(jī)抽水洗井，吹出管底沉淤，直到水清不明顯含砂為止。

6 抽水試驗(yàn)

在全部降水井施工結(jié)束后，進(jìn)行1次單井及群井抽水試運(yùn)行，檢驗(yàn)施工用電及排水情況，同時(shí)觀測(cè)各井水位，根據(jù)各井的實(shí)際位置和實(shí)際出水量，計(jì)算與確定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。根據(jù)基坑分段開挖和支撐的施工實(shí)際工況，對(duì)降水運(yùn)行進(jìn)一步細(xì)化，提出每個(gè)工況下開啟降水井的數(shù)量和井號(hào)，并計(jì)算出該工況下地下水位的安全深度，以指導(dǎo)降水運(yùn)行。

7 降水運(yùn)行

1)淺層降水井運(yùn)行。a.淺層降水井降水應(yīng)在基坑開挖前15 d～30 d或更早進(jìn)行，以保證有效降低開挖土體中的含水量，確保基坑開挖施工的順利進(jìn)行;b.水位降至坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高以下至少0.5 m后，方可進(jìn)行第一步土方開挖施工。

2)深層降水井運(yùn)行。深層降水井的運(yùn)行必須堅(jiān)持“分層降水、按需降水、動(dòng)態(tài)調(diào)整”，堅(jiān)持運(yùn)行過程的信息化施工管理;對(duì)于深層降水井，為減少降水對(duì)周圍環(huán)境的影響，必須按需降水，隨開挖深度的逐漸加大，逐步降低承壓水頭;降水運(yùn)行時(shí)開啟減壓抽水井?dāng)?shù)量和抽水量大小，應(yīng)根據(jù)基坑開挖深度和對(duì)應(yīng)的安全承壓水頭埋深進(jìn)行控制。降水運(yùn)行時(shí)，隨開挖深度的逐漸加大，逐步降低承壓水頭，以盡量減少減壓降水引起的相鄰地面沉降(見圖2)。

8 信息化監(jiān)測(cè)

降水運(yùn)行過程中需對(duì)降水抽水量、基坑內(nèi)外潛水位及承壓水位、地表沉降、基坑位移等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將各工況的進(jìn)展情況及監(jiān)測(cè)資料報(bào)送各參建單位，以便掌握降水運(yùn)行的過程，提高預(yù)警機(jī)制。

圖2 基坑開挖深度與安全承壓水位埋深關(guān)系曲線圖

9 逆作深基坑降水施工要點(diǎn)

針對(duì)淤泥質(zhì)軟土地層高承壓水工程條件，深基坑降水除應(yīng)滿足一般基坑降水要求外，重點(diǎn)是控制好基坑地下水處理與土方開挖、蓋挖結(jié)構(gòu)施工之間的關(guān)系。1)土方開挖前，宜提前20 d進(jìn)行降水，將地下潛水位降至基坑底開挖面以下1 m。針對(duì)淤泥質(zhì)軟土地層含水率大、塑性差，且透水性差的特點(diǎn)，可采用一般大口井點(diǎn)降水與真空泵相結(jié)合的方式，通過真空負(fù)高壓將淤泥質(zhì)軟土水分有效疏干，為機(jī)械開挖土方提供基本的施工條件。2)土方開挖階段應(yīng)嚴(yán)格按照分層、分段、對(duì)稱放坡開挖的原則進(jìn)行施工，確保開挖土體邊坡的穩(wěn)定。3)對(duì)于深層承壓水，宜重點(diǎn)處理好承壓水頭高度與土體開挖面的豎向位置關(guān)系，滿足“按需合理降水，動(dòng)態(tài)信息化監(jiān)控”的基本原則，從而提高基坑穩(wěn)定性，防止基坑突涌、圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏等風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生。4)蓋挖結(jié)構(gòu)層板施工時(shí)，地模下部原狀土體應(yīng)為上部結(jié)構(gòu)施工提供足夠的豎向承載力，因此，基坑降水宜適度、合理，嚴(yán)禁過度降水。

10 結(jié)語

深基坑降水效果對(duì)基坑的施工安全和施工質(zhì)量有著重大的影響，在施工過程中應(yīng)采取更加積極有效的方法，確保基坑穩(wěn)定。本工程針對(duì)淤泥質(zhì)軟土富水地層特殊水文地質(zhì)條件，總結(jié)提出了蓋挖逆作深基坑工程淺層疏干降水與深層減壓降水施工的關(guān)鍵技術(shù)，有效減少了土方開挖過程土體含水率，降低承壓水頭高度，同時(shí)為蓋挖逆作結(jié)構(gòu)提供可靠的地基承載力，確保了土方開挖和逆作結(jié)構(gòu)施工的基坑穩(wěn)定性，為類似工程的施工提供了可靠借鑒。

［1］ 趙志縉.簡(jiǎn)明深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］ 張永波，孫新忠.基坑降水工程［M］.北京：地震出版社，2000.

［3］ 付志華.深井井點(diǎn)降水在管溝開挖中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.山西建筑，2006，32(3)：122-123.

［4］ 陳樹林，孫蓉琳，梁 杏.基坑降水工程中透水地質(zhì)滲透參數(shù)的確定［J］.土工基礎(chǔ)，2003，17(3)：62-64.