基坑施工中變頻恒壓回灌裝置技術應用

司家鑫/SI Jia-xin

（廣東華隧建設股份有限公司，廣東 廣州 510520）

基坑施工中變頻恒壓回灌裝置技術應用

司家鑫/SI Jia-xin

（廣東華隧建設股份有限公司，廣東 廣州 510520）

[摘 要]回灌井是通過將基坑降水回灌到基坑周邊土體從而達到相對循環穩定的工藝。由于地質條件、地表管路等因素影響導致普通常壓回灌無法達到預期效果，在這里開發啟用一種變頻恒壓回灌裝置并在實際工程過程中得到有效利用。利用變頻器調控水泵提供恒定壓力對地層進行注水，順利解決回灌量不足的問題。

[關鍵詞]基坑施工；降水；加壓回灌；變頻；恒壓

1 工程概況

廣州市軌道交通十三號線首期工程（魚珠至象頸嶺段）施工六標22#盾構井兼風機房位于新塘大道西路上，基坑兩側開挖深度27．364m，標準開挖深度26．334m，長度為56．1m，寬度為24．9m。圍護結構為1 000mm厚地下連續墻+四道鋼筋砼內支撐支護。圍護結構共含28幅連續墻，連續墻進入中風化巖層不小于3m。基坑南、北兩側臨近新墩村下基市場3～5層框架結構居民樓，其中基坑距離南側民居樓凈距約8．8m，距離北側居民樓10．1m，基坑東側臨近水南涌截污箱涵，基坑距離箱涵最小凈距約48m。

基坑開挖深度約27．9m，開挖范圍內地層主要為<1>回填土、<2-1A>淤泥、<2-1B>淤泥質土、<2-2>粉細砂、<2-3>中粗砂、<2-4>粉質粘土、<5Z-1>砂質粘性土和<7Z>強風化混合花崗巖，底板主要處于<7Z>強風化混合花崗巖和<8Z>中風化混合花崗巖中，局部處于<9Z>微風化混合花崗巖。

基坑開挖至基底標高時，基坑東北側位置發現一處基底涌水點，該冒水點特征表現為水壓高、水量大，通過基坑抽排水統計日涌水量達到450m3（如圖1）。通過圍護結構檢測、基坑監測、周邊房屋沉降監測等一系列綜合分析認定：基坑連續墻結構穩定基坑安全、周邊建筑物因基坑抽排失水導致地基沉降，需采取措施對周邊建筑沉降進行控制。

圖1 22#盾構井結構圖及滲水點位置

2 防范措施及實施

鑒于周邊房屋密集建筑物眾多、基坑降水井封堵不能立刻實施、降水周期長等因素，項目部按照建設方意見立即對基坑周邊采取控制沉降措施。通過房屋監測、房屋鑒定等第三方技術分析得到：臨近基坑的房屋均為均勻沉降、房屋自身結構穩定安全。因為場地狹小、民房密集，大型注漿機等地基加固設備無法進入到房屋周邊區域；項目部決定采用在基坑周邊布置一排回灌井，通過將基坑抽排上來的水回灌進周邊土體達到水土相對平衡。同時該做法可以人為制造形成一道阻滲水幕，使基坑降水的影響范圍不超過回灌范圍，阻止地下水向基坑抽水點附近流失，也能達到保持建筑物所在地原有水位穩定、土壓力相對平衡的效果。

工程前期，項目部采用常規簡單的自由注入法進行回灌處理。該方法為利用井內水位高于地下水位之間的壓力差，使水靠自流通過井壁進入含水層。該方法適用于埋藏較深的潛水含水層或上部具有較厚的弱（不）透水層的深層承壓含水層（壓力水頭不高）。該施工方法對地層要求、含水層厚度等有要求，本工點因淤泥質土層厚、場地狹小可布降水井點數量有限等原因導致效果不佳。

經過研究地質資料、對比以往工程實例，項目部決定采用一種新型變頻恒壓回灌施工裝置解決加壓回灌難題。通過利用機械動力設備（本工程根據變頻恒壓原理研制出一種專用恒壓離心式水泵套件）對水頭進行持續加壓，促使水流通過恒定壓力較快補給地下水。

3 變頻恒壓回灌裝置

加壓回灌的基本原理是將基坑降水抽上來的水通過增壓系統提高水壓向回水井注水，使基坑周邊地下水位重新建立水系循環穩定狀態從而達到周邊建筑物等沉降可控的目的。為了減少不均勻壓力分布造成的不良影響，通過啟用變頻器調控達到壓力恒定的工法稱之為變頻恒壓回灌。

本工程采用8200B型水泵變頻器配1臺4kW離心式清水泵組成變頻恒壓裝置核心套件，變頻器為多功能變頻配置可復合調控，變頻器相關主控電路及控制端子連接示意如圖2。

圖2 主電路與控制端子連接示意

其中◎表示主回路端子、O表示控制回路端子；選擇控制電壓為220V時，連接RT即可。

變頻-水泵-恒壓系統連接示意如圖3。

圖3 恒壓變頻系統示意圖

在變頻恒壓回灌系統中，集水箱作為回灌的控制系統，從基底抽上來的水進入集水箱，集水箱中的水通過變頻恒壓水泵加壓將抽上來的水通過回灌井重新注入到土體中。集水箱內設置自動調節系統，當抽水量超過控制液位時，變頻恒壓水泵自動調節轉速以平衡抽水量與回灌量。通過調節變頻器設定壓力參數值，尋找到抽排水量與回灌量之間平衡。簡易而言，恒壓回灌過程是一個動態平衡狀態，而變頻器-水泵組成的核心組件是平衡的關鍵。

4 工藝總結

1）加壓回灌井口布置 回灌井按照6m間距嚴基坑長邊方向布置，本工程一共布置6口回灌井。回灌井口的結構布置也要參照地層含水量等因素，貫徹有利于注入的水向降水深度內滲透，濾水管有效開孔長度自水位線向下應布置過濾層，必要時適當增大回填礫石厚度或加固過濾器。經過本工程成功實施總結出加壓回灌井數可根據下式計算：

N=1．5Q/q

式中N——最優回灌井數量；

Q——基坑抽排水總量；

q——單井回灌量。

式中1．15為修正系數。基坑抽排總量根據基坑降水平衡水量而定，也可參照井流理論計算。單井回灌量決定于水文地質條件、加壓泵壓力、回灌井鉆孔深度等因素，一般應在現場先行試驗總結參數而定。

2）加壓回灌操作管理①關閉變頻恒壓泵、進水閥門、回流閥門，打開出水閥門；②開泵回揚至清水，放水3～5分鐘（根據泵流量而定），做到定期回揚，回揚時詳細記錄和測定靜水位、動水位、壓力值、回灌水量、出砂量等參數，回揚后務必要放氣；③停泵，打開出水閥門；④開進水閥門和控制閥門，注意灌水量與壓力要由小到大，逐步調節到適宜壓力；⑤開水泵灌水、放氣，待水溢出，關放氣孔，再開回流閥門；控制回灌壓力、定期記錄。注意放氣時要先從泵內進水，以排除井內空氣，當水從放氣孔大量排除后，才可打開回流閥門。

3）加壓回灌監測 回灌時應根據實際地下水位的變化及時調節、保持相對平衡。在基坑周邊以基坑出水點為圓心，分別以1/2基坑深度H/2、基坑深度H為半徑設置水位觀測孔，水位觀測孔深度保證達到透水層；在基坑周邊建筑物、構筑物布置相應的沉降點，沉降點要均勻、針對性布置。在加壓回灌過程中，根據水位情況、沉降反饋調整回灌壓力，找準黃金壓力平衡點防止過壓回灌和欠壓回灌。

5 應用效果及經濟效益

1）經過變頻恒壓回灌施工，回灌量達到普通常壓回灌3～4倍，基坑抽排水基本能通過加壓回灌回周邊土體，開挖范圍周邊水系重新建立了相對平衡；基坑周邊房屋沉降得到有效控制，保證了盾構井結構施工的順利進行。

2）原設計圖紙要求房屋注漿加固及管線遷改，需遷改管線有?600mm雨污管、PE300煤氣管和6孔電信光纜，耗資約205萬元，房屋注漿加固所需要占地費用、施工費用約105萬元，總耗資約310萬元；而采用變頻恒壓回灌裝置進行基坑降水回灌無需管線遷改和占地費用，其施工費、設備采購費用總價約35萬元，大大節省了施工成本同時減少業主等單位協調難度。

6 結 語

地鐵幾乎都在繁華的市區進行施工，施工場地往往存在大量管線或者建（構）筑物，建筑物拆遷、管線遷改難度大、費用高。本次變頻恒壓回灌裝置的成功應用，對豐富軌道交通基坑降排水工法具有重要意義，為解決軌道交通施工過程中的建（構）筑物保護、管線遷改難的問題增加又一法寶，對今后類似工程中的應用具有重要指導作用。

[參考文獻]

[1]TB10049-2014，鐵路工程水文地質勘查規范[S]．

(編輯 吳學松）

Application of foundation pit construction frequency constant pressure recirculation device technology

［中圖分類號］U46+3

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)12-0063-03

［收稿日期］2015-10-25