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，江蘇 揚州 225212

1 工程概況

本工程擬建65 層五星級酒店，有主樓、裙房(影樓、會議中心及綜合商業(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，基坑底標高-18.4m，板底實際開挖深度為16.4m;其他側(cè)基礎(chǔ)板厚0.8m，墊層厚0.10m，基坑底標高-18m，板底實際開挖深度為16.0m;承臺高1.5～2.0m，承臺開挖深度16.7～17.2m，5 星級酒店部位底板厚3.5m，坑底標高-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 基坑圍護設(shè)計

支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計是本基坑維護設(shè)計的核心內(nèi)容。考慮到該地區(qū)土層強度較好，主要為粉砂性土，抗剪強度高、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，這就對支撐系統(tǒng)的強度、剛度有了非常高的要求;不僅需要做到經(jīng)濟合理，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)第三道型鋼對撐。基坑圍護結(jié)構(gòu)剖面圖見1。

圖1 基坑圍護結(jié)構(gòu)剖面示意圖

3 降水方案設(shè)計

3.1 降水目的

因隔水?dāng)嚢铇稕]能穿透砂層進入不透水層，降水分為三個階段: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上東、西、南側(cè)設(shè)兩級輕型井點，北側(cè)設(shè)一級輕型井點。坑外輕型井點需始終保持抽水，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)，在進行封閉時，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:井壁管均運用Φ273 對鋼管進行焊接，井壁的厚度則通常設(shè)置為3mm 厚。⑶過濾器:在圓孔濾水管對各類管井進行處理，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)沉砂對進水造成堵塞，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，同時采用鐵板對沉淀管底進行密封。

3.4 基坑底板穩(wěn)定計算

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，承壓水將可能使基坑底面產(chǎn)生隆起，嚴重時使土體被頂裂產(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)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 進行計算，得Ps/Pw=1.32 ＞1.05，因此，4-2 層微承壓水層對本基坑開挖與施工無影響，無需進行減壓降水。

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)護口管

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

4.3 測放井位

按照設(shè)計圖紙對井位進行測放，若在施工時，出現(xiàn)樁位等導(dǎo)致實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)實際情況對其做出相應(yīng)的調(diào)整。

4.4 鉆機安裝

安裝鉆機時，為了保證孔的垂直度，機臺應(yīng)安裝穩(wěn)固水平，大鉤對準孔中心，大鉤、轉(zhuǎn)盤與孔的中心三點成一線，嚴把開孔關(guān)，鉆頭與鉆桿連接處帶兩根鉆鋌，并且，彎曲的鉆桿不以進洞。

4.5 鉆進成孔

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

4.5.1 清孔換漿

當(dāng)鉆孔達到設(shè)計要求之后，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 錯開，不在同一直線上。

4.5.3 洗井

實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，進而保證含水層孔隙得到有效恢復(fù);在進行抽吸時，能夠?qū)畬又械囊徊糠旨氼w粒完全吸出，保證含水層的孔隙能夠被擴大，最終形成人工過濾層。

圖4 空壓機洗井原理示意圖

在將鉆桿提出之前，可通過對井管中的鉆桿與空壓機進行連接，及時對空壓機實施抽水處理，當(dāng)井出水時，即可將鉆桿提出，并采用活塞實施洗井。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)，同時還需要在活塞桿的底部添加一個活門。在進行洗井的過程中，必須從濾水管下部向上對活塞進行拉動，使水能夠從孔口溢出，若井的出水量相對較少，則應(yīng)當(dāng)將活塞放置在過濾器的位置，進行上下竄動，使孔壁泥皮能夠得到有效沖擊，與此同時，應(yīng)當(dāng)向井邊注入水邊對活塞進行拉動。直至溢出的水中不再含有泥砂即可，可運用空壓機對水洗井進行抽吸，使管底沉淤能夠被及時的吹出，直至水清澈即可。

4.5.4 下泵抽水

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

4.6 水位觀測

根據(jù)工程的實施情況以及相關(guān)計劃安排，在基坑圍護完成施工之后，立即對其進行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，就應(yīng)給予降水井維護和管理處理，并安排人員值班進行輪流查看，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。也可全部用黏土封填搗實。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)計方案，注重施工技術(shù)，嚴格按照施工要求，方可達到一個預(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。嚴格控制管直徑，鉆孔深度，井管的制備，濾料級配，回填質(zhì)量，聯(lián)合洗井，抽水運行等關(guān)鍵工序，不合格的不驗收。

［1］《建筑基坑支護技術(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).