超高層建筑深基坑降水施工技術(shù)分析

張忠樹 江蘇省江都職業(yè)教育集團(tuán)，江蘇 揚(yáng)州 225212

1 工程概況

本工程擬建65 層五星級(jí)酒店，有主樓、裙房(影樓、會(huì)議中心及綜合商業(yè)中心)組成，整體地下四層的車庫。基坑面積約26000m2，地下停車庫底板標(biāo)高為-17.1m，北側(cè)、西南側(cè)基礎(chǔ)厚1.2m，墊層厚0.10m，基坑底標(biāo)高-18.4m，板底實(shí)際開挖深度為16.4m;其他側(cè)基礎(chǔ)板厚0.8m，墊層厚0.10m，基坑底標(biāo)高-18m，板底實(shí)際開挖深度為16.0m;承臺(tái)高1.5～2.0m，承臺(tái)開挖深度16.7～17.2m，5 星級(jí)酒店部位底板厚3.5m，坑底標(biāo)高-20.7m，開挖深度為18.7m，核心筒體部位加深3.6m，即開挖深度為22.9m。本工程基礎(chǔ)總土方量約為50 萬m3。

2 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)

支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是本基坑維護(hù)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。考慮到該地區(qū)土層強(qiáng)度較好，主要為粉砂性土，抗剪強(qiáng)度高、壓縮模量大，現(xiàn)根據(jù)周邊環(huán)境條件，卸去6m 土體后，采用2 道內(nèi)支撐。為了使周圍環(huán)境造成的影響能夠得到盡量的縮減，提升坑壁的穩(wěn)定性，這就對(duì)支撐系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度有了非常高的要求;不僅需要做到經(jīng)濟(jì)合理，支撐之間還得留出很大的挖土空間，以便于開挖。

本工程主基坑圍護(hù)墻采用鉆孔灌注樁D900@1100 擋土，外側(cè)采用三軸D1000@1500 攪拌樁隔水;采用放坡結(jié)合兩道內(nèi)支撐的支護(hù)形式。主樓電梯坑周圍采用鉆孔灌注樁D600@ 800 擋土，外圍采用三軸D1000@1500 攪拌樁隔水;局部設(shè)第三道型鋼對(duì)撐。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖見1。

圖1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面示意圖

3 降水方案設(shè)計(jì)

3.1 降水目的

因隔水?dāng)嚢铇稕]能穿透砂層進(jìn)入不透水層，降水分為三個(gè)階段:⑴第一階段開挖6m，需控制水位至當(dāng)前開挖面下1.0m。為保障坑外放坡穩(wěn)定性以及適當(dāng)降低坑周地下水頭壓力，根據(jù)委托方要求，需考慮在坑外泄土平臺(tái)上東、西、南側(cè)設(shè)兩級(jí)輕型井點(diǎn)，北側(cè)設(shè)一級(jí)輕型井點(diǎn)。坑外輕型井點(diǎn)需始終保持抽水，直至結(jié)構(gòu)完成至+0.00m。⑵第二階段開挖到裙房及主樓坑底，挖深16.4～18.70m，坑內(nèi)需提前設(shè)置好降水井，降低開挖范圍內(nèi)土中的地下水位及被開挖土體的含水量，便于挖掘機(jī)開挖施工和坑內(nèi)作業(yè);⑶第三階段開挖至主樓電梯間坑底，挖深22.9m，需將深坑內(nèi)的地下水位控制在坑底以下1m。

3.2 降水井布設(shè)

降水井布置如下表1 所示:

表1 降水工作量統(tǒng)計(jì)表

3.3 管井構(gòu)造

⑴井口:井口應(yīng)當(dāng)較之地面更高，高度最好保持在0.3～0.5m 范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)地表污水滲入到井內(nèi)，在進(jìn)行封閉時(shí)，通常應(yīng)選用水泥漿和優(yōu)質(zhì)粘土，而深度則應(yīng)當(dāng)設(shè)定為2～4m 范圍內(nèi)。⑵井壁管:井壁管均運(yùn)用Φ273 對(duì)鋼管進(jìn)行焊接，井壁的厚度則通常設(shè)置為3mm 厚。⑶過濾器:在圓孔濾水管對(duì)各類管井進(jìn)行處理，并用60 目尼龍濾網(wǎng)將濾水管的外層包裹，井壁管、濾水管的直徑基本相同。⑷沉淀管:沉淀管主要發(fā)揮過濾器的作用，不至于因井內(nèi)沉砂對(duì)進(jìn)水造成堵塞，另將沉淀管與濾水管底部連接，但濾水管、直徑應(yīng)當(dāng)保持相同長度，以1.00m 為宜，同時(shí)采用鐵板對(duì)沉淀管底進(jìn)行密封。

3.4 基坑底板穩(wěn)定計(jì)算

基坑開挖后，由于承壓含水層上覆土層厚度變薄，其上覆土的壓力降低。當(dāng)上覆土的壓力小于或等于承壓含水層的頂托力時(shí)，承壓水將可能使基坑底面產(chǎn)生隆起，嚴(yán)重時(shí)使土體被頂裂產(chǎn)生滲水通道，從而發(fā)生基坑突涌。

通常采用式⑴判別基坑開挖后是否處于抗底部承壓含水層突涌(以下簡稱“抗突涌”)穩(wěn)定(安全)的狀態(tài)。如圖2 所示。

式⑴中:

Ps—承壓含水層頂面至基底面之間的上覆土壓力，(kPa)

Pw—初始狀態(tài)下(未減壓降水時(shí))承壓水的頂托力，(kPa)

hi—承壓含水層頂面至基底面間各分層土層的厚度，其和等于圖5-1 中的h，(m)

γsi—承壓含水層頂面至基底面間各分層土層的重度，本工程取平均值18.0，(kN/m3)。

H—高于承壓含水層頂面的承壓水頭高度，即圖2 中所示H，(m)

γw—水的重度，工程上一般取10，(kN/m3)

Fs—安全系數(shù)，工程上一般取1.05～1.20;本工程取1.10.

圖2 基坑底部抗承壓水突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算原理示意圖

孔隙承壓水主要賦存于4-2 層以深砂性土中，接受側(cè)向補(bǔ)給，以側(cè)向徑流為主，富水性較好。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，地下水位埋深一般為2～4m。本工程的最大基坑開挖深度為22.90m，擬建場區(qū)內(nèi)第4-2 層承壓含水層最淺埋深為71m，承壓水位埋深按照最不利深度2.0m 進(jìn)行計(jì)算，得Ps/Pw=1.32 ＞1.05，因此，4-2 層微承壓水層對(duì)本基坑開挖與施工無影響，無需進(jìn)行減壓降水。

4 管井成井施工工藝

4.1 工藝流程

具體成井施工流程見圖3。

圖3 成井施工流程圖圖

4.2 埋設(shè)護(hù)口管

在對(duì)護(hù)口管進(jìn)行埋設(shè)的過程中，應(yīng)在護(hù)口管底部插入到原狀土內(nèi)，同時(shí)再運(yùn)用草辮子或者粘性土在管外進(jìn)行密封處理，防止在施工過程中，出現(xiàn)外回漿的情況，護(hù)管上部相較于地面，應(yīng)適當(dāng)高出0.1～0.2m。

4.3 測放井位

按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)井位進(jìn)行測放，若在施工時(shí)，出現(xiàn)樁位等導(dǎo)致實(shí)施施工受阻或者因條件有限導(dǎo)致施工不順的情況，都可在現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其做出相應(yīng)的調(diào)整。

4.4 鉆機(jī)安裝

安裝鉆機(jī)時(shí)，為了保證孔的垂直度，機(jī)臺(tái)應(yīng)安裝穩(wěn)固水平，大鉤對(duì)準(zhǔn)孔中心，大鉤、轉(zhuǎn)盤與孔的中心三點(diǎn)成一線，嚴(yán)把開孔關(guān)，鉆頭與鉆桿連接處帶兩根鉆鋌，并且，彎曲的鉆桿不以進(jìn)洞。

4.5 鉆進(jìn)成孔

施工機(jī)械設(shè)備選用GPS-10 型工程鉆機(jī)及其配套設(shè)備。開孔的孔徑應(yīng)設(shè)定為Φ600mm，當(dāng)鉆孔的深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，可適當(dāng)再深入0.3～0.5m。在鉆井施工時(shí)，若發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況與勘察資料有出入，這時(shí)必須聯(lián)系設(shè)計(jì)人員對(duì)井做出相應(yīng)的調(diào)整，避免出現(xiàn)濾水管安放后，無進(jìn)水的情況。在進(jìn)行鉆井處理時(shí)，需對(duì)鉆機(jī)水平進(jìn)行提升，使鉆孔能夠始終保持垂直。

4.5.1 清孔換漿

當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求之后，可將鉆桿提前提到距離孔底0.5m 的地方，將沖孔中的雜物進(jìn)行清除，此外，將孔內(nèi)的泥漿密度調(diào)升到1.08，而孔底的沉淤則應(yīng)當(dāng)?shù)陀?0cm，直至返回的泥漿中不在包含有任何的塊土即可。

4.5.2 下井管整到

檢查井管焊接，井管接頭使用套接型進(jìn)行焊接，套接接箍長20mm，套入上下井管各10mm;套管箍接箍和井管焊接，焊縫均勻，無砂眼，焊縫堆高不得小于6mm。對(duì)井管檢查完成后開始下井管，下井管過程中為了確保濾水管居中，過濾管的兩端分別設(shè)有一個(gè)直徑小于5cm 扶正器，扶正器使用梯形鐵環(huán)，上下部扶正器鐵環(huán)應(yīng)1/2 錯(cuò)開，不在同一直線上。

4.5.3 洗井

實(shí)施洗井主要是為了確保含水層中的泥漿能夠被完全的抽出，進(jìn)而保證含水層孔隙得到有效恢復(fù);在進(jìn)行抽吸時(shí)，能夠?qū)畬又械囊徊糠旨?xì)顆粒完全吸出，保證含水層的孔隙能夠被擴(kuò)大，最終形成人工過濾層。

圖4 空壓機(jī)洗井原理示意圖

在將鉆桿提出之前，可通過對(duì)井管中的鉆桿與空壓機(jī)進(jìn)行連接，及時(shí)對(duì)空壓機(jī)實(shí)施抽水處理，當(dāng)井出水時(shí)，即可將鉆桿提出，并采用活塞實(shí)施洗井。井管內(nèi)徑與活塞直徑之間的差應(yīng)當(dāng)控制在5mm 以內(nèi)，同時(shí)還需要在活塞桿的底部添加一個(gè)活門。在進(jìn)行洗井的過程中，必須從濾水管下部向上對(duì)活塞進(jìn)行拉動(dòng)，使水能夠從孔口溢出，若井的出水量相對(duì)較少，則應(yīng)當(dāng)將活塞放置在過濾器的位置，進(jìn)行上下竄動(dòng)，使孔壁泥皮能夠得到有效沖擊，與此同時(shí)，應(yīng)當(dāng)向井邊注入水邊對(duì)活塞進(jìn)行拉動(dòng)。直至溢出的水中不再含有泥砂即可，可運(yùn)用空壓機(jī)對(duì)水洗井進(jìn)行抽吸，使管底沉淤能夠被及時(shí)的吹出，直至水清澈即可。

4.5.4 下泵抽水

對(duì)水泵進(jìn)行安裝，并在安裝完成之后進(jìn)行正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，即實(shí)施試抽水處理。在對(duì)管道以及電纜進(jìn)行布置時(shí)，應(yīng)注意避免在抽水時(shí)進(jìn)行，以免發(fā)生遭受損壞的情況。在進(jìn)行降水處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用管道將水及時(shí)排放到周圍的溝渠內(nèi)，通過排水溝使水能夠及時(shí)被排放到預(yù)先設(shè)定的排水溝渠內(nèi)，定時(shí)對(duì)場地周圍的排水管道進(jìn)行清理，使排水系統(tǒng)能夠得到更好的運(yùn)行。

4.6 水位觀測

根據(jù)工程的實(shí)施情況以及相關(guān)計(jì)劃安排，在基坑圍護(hù)完成施工之后，立即對(duì)其進(jìn)行2-3 周的預(yù)降水處理。為了確保降水井具有更好出水效果，避免出現(xiàn)“死井”的情況，為此，當(dāng)出現(xiàn)停抽情況時(shí)，就應(yīng)給予降水井維護(hù)和管理處理，并安排人員值班進(jìn)行輪流查看，保證每30min 觀察1 次，直至水位逐漸穩(wěn)定之后，即可每2h 進(jìn)行1 次觀察。

4.7 封井

基坑外的疏干管井若無特殊要求，一般不予拔除，只做回填。當(dāng)基坑外降水井在降水結(jié)束后直接回填，回填物可為砂子或砂、石子混合料，井口部位用黏土封填并搗實(shí)。也可全部用黏土封填搗實(shí)。基坑內(nèi)降水井采用混凝土封井。

5 結(jié)語

綜上所述，管井降水可以達(dá)到預(yù)期的效果。只要按照據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，良好的設(shè)計(jì)方案，注重施工技術(shù)，嚴(yán)格按照施工要求，方可達(dá)到一個(gè)預(yù)定的降水深度。由于管道井施工是隱蔽工程，一定要注重全過程的質(zhì)量監(jiān)督。嚴(yán)格控制管直徑，鉆孔深度，井管的制備，濾料級(jí)配，回填質(zhì)量，聯(lián)合洗井，抽水運(yùn)行等關(guān)鍵工序，不合格的不驗(yàn)收。

［1］《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-99.

［2］《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》JGJ/T111-98.

［3］《地基處理技術(shù)規(guī)范》(DBJ15-28-2005).

［4］《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002/J220-2002).