高落差大型基坑降水施工技術及應用

王曉峰 王志強 趙 源

中鐵三局集團建筑安裝工程有限公司 山西 太原 030006

本文結合工程案例，重點研究、探討了“三軸水泥攪拌止水帷幕樁+鋼筋混凝土支護樁+階梯形管井降水”的基坑封閉降水施工技術。

1 應用工程概況

1.1 工程簡介

烏魯木齊鐵路局南站住宅小區工程，位于烏魯木齊火車南站貨場，西鄰蘭新高鐵客專及普速鐵路，距鐵路線最近處僅20 m，南鄰烏魯木齊市七十一中學教學樓14.6 m，東面、北面與雅山北路綠化帶相鄰，場地呈不規則梯形狀，南面寬、北面窄，南北最寬處600 m，東西最寬處300 m。小區內建設高層住宅15棟（地下1層，地上33層，高度97.35 m，剪力墻結構），建設公建房、商鋪、幼兒園計4棟（2 層，高度9.6 m，框架結構），小區院內地下1層開發車庫，總建筑面積273 000 m2。

1.2 工程特點

1）基礎底標高－5.1 m，基礎下設厚100 mm的C15混凝土墊層、厚300 mm碎石褥墊層，基坑開挖至－5.5 m，場地地下水位埋深3 m，相當于相對標高－3.45 m，故降水深度至少為2.55 m，降水深度大。

2）原設計降水施工持續至主體結構封頂并達到設計荷載，基礎沉降后澆帶澆筑完畢，地下室頂板覆土完成。經與設計院協商，同意采用基礎底板后澆帶加強板及地下室混凝土外墻后澆帶加強肋技術（圖1）。待主體結構施工到2層頂板及地下室頂板覆土完成，達到設計抗浮能力（設計院計算）后即可停止降水施工，降水周期可大幅縮短。

3）小區占地面積大，基坑開挖分為2個地塊開挖，B1地塊開挖深度2.6～3.5 m，開挖面積17 300 m2；B2地塊開挖深度2.5～4.5 m，開挖面積約22 000 m2，降水面積大。

4）基礎底板下為粉質粉土，滲透系數大。

模式層計算輸入特征向量與訓練中各個模式的匹配關系，模式層神經元個數等于各個類別訓練樣本數之和，該層每個模式單元的輸出為

2 方案選擇

任何基坑降水都必須堅持以下原則：

圖1 后澆帶加強板及加強肋節點示意

1）必須把地下水降至基礎底板以下至少500 mm處，保證基坑開挖及基礎施工在干燥環境中作業，保證基底土層不被地下水隆起擊穿、涌水，滿足工期進度要求。

2）降水效果明顯，且經濟合理。

本工程現場場地屬于山間沖積河谷區，地勢南高北低，西高東低，地層主要為第四系地層，由厚度不等、成因各異的松散堆積物組成。按土層結構從上而下依次為雜填土、粉土、角礫、粉土夾層（該層為角礫層夾層，僅局部可見），區域附近無地表水系。

結合勘察地質資料綜合分析，對本工程有影響的地下水為第四系松散巖類潛水，靜止水位深度3.2～10.3 m，相當于相對標高－5.00～－3.45 m，地下水由南側徑流和大氣降水補給，主要向北側排泄，蒸騰排泄。水位受季節氣候、地表降水等因素影響，6月—10月為豐水期，水位年波動幅度為1.5 m左右。

本工程小區地下水主要賦存在角礫層中，地下水水源豐富，滲透系數大，適合選用降水量大、降水速度快的管井降水方法。

考慮到基坑距西側蘭新高鐵客專與普速鐵路較近，與南側烏魯木齊市七十一中教學樓緊鄰，為預防降水施工時，地下水位變化對周邊建筑物產生沉降變形等不利影響，在基坑周邊設1道單排三軸水泥攪拌樁止水帷幕，并利用止水帷幕樁＋鋼筋混凝土鉆孔灌注樁作為基坑支護體系。

高鐵客專對地質環境、沉降有較高的技術要求，因此在止水帷幕外側設置觀察井、回灌井，保證將基坑外側與鐵路間的場地地下水位控制在合理范圍內，保證土體穩定性，確保教學樓和高鐵路基的安全性（圖2）。

根據以上原則，為保證住宅小區工程的順利進行，我們對工程的場地情況、地質水文條件、周邊環境因素、基坑工程特點進行了多方探討分析及可行性論證，本工程最終決定選用“三軸水泥攪拌樁止水帷幕＋鋼筋混凝土支護樁＋階梯形管井降水”的基坑封閉降水施工方案。此方案具有以下優點：三軸攪拌止水帷幕樁施工方案快捷，工序簡單，機械化程度高，且對周圍環境影響小；管井降水排水量大、降水效果好、設備簡單、維護方便，成本投入相對較低。回灌井注水全程實現智能化自動控制，保證回灌注水及時準確。

圖2 三軸水泥攪拌帷幕樁及降水井、回灌井平面布置

3 施工方案

3.1 管井設置

本小區場地地形、地質水文條件復雜，降水施工對周邊建筑物與鐵路營運線影響較大，因而設置環形止水帷幕，將小區分為B1、B2這2個地塊。根據以往工程經驗、基坑涌水量及單井單泵出水能力計算得出：B1地塊設置降水管井33眼，B2地塊設置降水管井37眼，管井井深11 m，基坑外西側沿鐵路線方向設置21眼回灌井、3眼觀察井，南側沿教學樓方向設置4眼回灌井、1眼觀察井。根據場地地形以及各棟房屋分布及室外地坪標高情況，管井布置由南到北、由西向東呈階梯形分布（圖3）。

圖3 階梯形降水井分布示意

管井具體參數為：降水井井深為基底以下8.0 m，降水井機械成孔直徑為600 mm；降水井埋設φ377 mm的帶孔鋼管，管外包裹40目密目網，填充粒徑0.5～2.0 mm的碎石。水泵采用潛水泵，揚程為25～55 m，出水口處使用φ100 mm的塑料管連接到集水井排水，集水井采用φ400 mm的塑料管連接匯集到沉淀池。

3.2 總體方案

先進行三軸水泥攪拌止水帷幕樁和鋼筋混凝土鉆孔灌注支護樁施工，然后進行第1步土方開挖，開挖深度2 m，至標高－2.45 m；進行降水井、回灌井、觀察井施工，驗收合格后進行基坑降水，同時回灌井采用智能化自動回灌系統對地下水進行回灌補償；待基坑降水到地下水位－6.0 m（基礎底下500 mm）以下時，進行第2步土方開挖，開挖至基底－5.5 m；土方開挖完成后進行墊層基礎施工；待基礎施工結束，按設計要求完成主體結構2層頂板施工后停止降水；最后進行降水井、回灌井、觀察井的封井施工。

4 施工技術要點

4.1 三軸水泥攪拌止水帷幕樁施工技術

三軸水泥攪拌樁在咬合和施工時垂直度的控制依靠套接一孔法和搭接法保證，解決了樁體分叉問題；地質條件復雜和帷幕樁端頭部位，使用高壓旋噴銜接技術，保證了帷幕樁的搭接，使帷幕樁形成整體截水系統。單排三軸水泥攪拌樁的寬度為0.85 m，經濟合理，便于施工。三軸水泥攪拌樁技術成熟，施工方便快捷，可靠度高（圖4）。

圖4 三軸水泥攪拌帷幕樁及鋼筋混凝土灌注支護樁示意

4.2 鋼筋混凝土鉆孔灌注樁施工技術

鋼筋混凝土灌注樁采用旋挖鉆機成孔。旋挖鉆機自動化程度高，勞動強度低，鉆進效率高，成樁質量好，安全性能高，環境污染小。在施工現場可以自行移動，操作靈活方便，機動性大、速度快，成孔周期短、工效高。在旋挖鉆機成孔時，鉆機自動垂直，且有導向桿對鉆桿進行導向，施工時非常平穩，保證成孔的位置準確和垂直度符合要求。

4.3 基坑降水施工技術

4.3.1 管井施工及降排水要點

采用旋挖機成孔＋泥漿護壁工藝建井，成孔后及時清孔，并測量井深，防止因泥漿相對密度小而造成坍孔。檢查井管完好無損后及時下管，管頂部高出地面500 mm。安裝井管完畢后，在井管外側、井壁之間充填礫料，必須一次連續填充完成。然后用水泵清洗濾井、沖除塵渣，按照洗井→靜置→洗井循環作業，以抽出清水凈砂為標準；最后安裝抽排水管路、水泵設備和控制系統，進行抽水試驗，確保系統可以正常工作。

4.3.2 回灌井、觀測井施工要點

回灌井、觀測井埋設及質量要求與降水井相同，回灌井濾管的設置長度要達到標準數值（通常是從地下水位以上0.5 m到井管底部的長度），在井管和井壁間填充砂石過濾層。回灌井注水采用我公司研發的智能化自動回灌系統，保證回灌注水的及時性、準確性。

4.3.3 降水井、回灌井封堵技術

根據降水設計計算、基坑降水計劃、管井分布位置、井的用途、基礎主體結構施工進度，確定管井的封井順序及封堵方案，降水井封堵隨著主體施工進度的推進也有序、逐步地進行。

按設計要求，主體結構施工到2層頂板、地下室頂板覆土完成，且經計算達到抗浮能力后，降水井才可封堵。降水井管隨筏板混凝土一同澆筑，在井口端部位置筏板處預留φ500 mm、深300 mm的封堵盲板安裝坑，井口端部距筏板面200 mm，降水井采用C30微膨脹混凝土封堵，井口焊接法蘭盤，用螺栓緊固盲板并施焊，用高一強度等級的混凝土填筑安裝坑。

降水井封堵結束后，回灌井用粗砂填充至原水位以上。水位回落后用黏土回填至管口，并用盲板焊接封堵。

4.4 基坑降水回收再利用技術

本工程地處山間沖積河谷區，地下水主要賦存在角礫層中，地下水水源豐富，日出水量達1 700 m3（泄壓井出水量大），為了擴大基坑降水回收再利用的范圍，避免基坑內降水抽取的地下水浪費，項目部對基坑降水的水質進行專業抽樣送檢，檢測結果為：“本工程地下水除了人員不能直接飲用外，其他方面均可直接使用。”

根據檢測結果，項目部決定除了項目管理及施工人員食用水和洗涮用水以外的其他方面均采用基坑降水回收再利用。把抽取的地下水經三級沉淀后儲存到貨場原有的室外消防水池內，再自動抽到高位水箱，然后用于衛生間沖洗用水、部分主體結構施工用水（混凝土養護用水、拌制砂漿用水）、基坑外側地下水的回灌用水、臨時消防用水、施工場地、道路及工作面控制揚塵的灑水用水、施工現場綠化澆水、車輛沖洗用水等方面，從而減少本工程對城市自來水的用量，實現了綠色施工“節水和水資源利用”的目標，降低了工程成本，保護了環境。

4.5 基坑外側地下水智能化自動回灌技術

為了減少基坑內側降水對周圍建筑物與鐵路線的影響，在基坑外側設置了25眼回灌井，對地下水進行回灌補償，整個回灌采用我公司自主研發的智能化自動回灌系統。當地下水位降到設置的警戒水位時，智能化回灌自動控制系統將自動啟動，向回灌井內注水；當水位恢復到正常水位后，智能化回灌自動控制系統將自動停止向回灌井內注水。整個過程全部實現自動化，保證了回灌的及時性和準確性，保證水資源的充分利用并最大限度地節約了用水，同時減少人力的投入，降低工程造價，保證降水回灌效果和質量，有效地保護了地下水資源。

5 結語

本小區工程在土方開挖、基礎施工到主體2層封頂、地下室頂板完成覆土期間，基坑降水施工效果明顯，未發生基底涌水現象。經定期沉降觀測，周邊建筑物及營運線鐵路路基沒有受到降水及基坑開挖的影響，均未出現裂損、變形、位移等現象，保證了周邊建筑物及營運線鐵路的安全。

本工程基坑降水自動回灌施工技術的推廣應用，有效地保護了地下水資源。同時，采取基坑降水回收再利用的措施，減少了本工程城市自來水用量，實現了綠色施工“節水和水資源利用”的目標，降低了成本，保護了環境，取得了良好的社會效益、環保效益、經濟效益。本文為今后類似工程積累了施工經驗，并提供了可靠的借鑒依據。