超深基坑降水施工

崔 志 華

(太原市政工程總公司，山西 太原　030002)

城市綜合管廊是專(zhuān)指在城市道路下建設(shè)一個(gè)隧道空間，將電力、通信、廣播電纜、給水、排水、熱力、燃?xì)獾仁姓芫€有機(jī)綜合集約化地鋪設(shè)在同一條鋼筋混凝土隧道內(nèi)，便于日后進(jìn)行集中管理的大型綜合性市政基礎(chǔ)設(shè)施。綜合管廊由于能更加合理利用地下空間資源，受到國(guó)家住建部重視和積極推廣。目前各大城市所建設(shè)的管廊正在向更廣、更深方向發(fā)展。

一般管廊溝槽(基坑)開(kāi)挖前，需要降低基坑內(nèi)地下水位，防止基坑出現(xiàn)流沙、管涌、基底隆起失效、坑壁滑塌，為基坑內(nèi)安全施工創(chuàng)造條件。

1　工程概況

1.1　管廊概述

運(yùn)城市中銀北路地下綜合管廊位于中銀北路，全長(zhǎng)2.23 km。標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度為7.6 m，道路十字交叉口處，管廊基坑設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度為12 m～12.85 m。采用明挖法、人工降水施工(如表1所示)。

1.2　工程水文地質(zhì)條件

在勘察深度范圍內(nèi)該場(chǎng)地地層主要由近期①人工填土，②濕陷性粉土，③粉土組成。

地下水類(lèi)型為潛水，主要靠大氣降水滲水補(bǔ)給，地下水位基本在4.5 m～5.5 m之間，水位變化幅度約為0.5 m～1.0 m。設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)段施工前水位降低至基坑底下0.5 m。道路交叉口處，設(shè)計(jì)要求地下水位降低至基坑底下2 m。

2　降水方案的確定

本工程標(biāo)準(zhǔn)段溝槽開(kāi)挖深度均超過(guò)7 m，降水深度2.5 m，屬于深溝槽開(kāi)挖。道路交叉口基坑開(kāi)挖深度12.85 m，降水深度9.15 m，屬于超深基坑降水，見(jiàn)表1。

采用輕型井點(diǎn)降水方案適用于水位降低地面以下10 m以?xún)?nèi)，以細(xì)砂和粉砂土質(zhì)為主；需要投入的設(shè)備多，降水施工時(shí)間長(zhǎng)，噪聲較大，專(zhuān)業(yè)技術(shù)要求高，對(duì)工期和環(huán)境影響較大；現(xiàn)場(chǎng)由于基坑西側(cè)邊緣已接近設(shè)計(jì)綠線邊，東側(cè)考慮到土方運(yùn)輸車(chē)輛和施工機(jī)械出入，無(wú)法設(shè)置輕型井點(diǎn)。采用深井降水最大降水深度可達(dá)15 m以下，而且工藝簡(jiǎn)單，投入設(shè)備少，成井速度快，井距大，井點(diǎn)位置易于現(xiàn)場(chǎng)布置，能改善施工環(huán)境，加快施工速度。因此，管廊深基坑采用深井降水方案。

表1　道路交叉口處開(kāi)挖和降水標(biāo)高　m

3　降水設(shè)計(jì)

3.1　降水設(shè)計(jì)原則和主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1)降水施工不得影響附近路面道路交通運(yùn)行，并不得影響周?chē)h(huán)境。

2)降水方案必須考慮對(duì)基坑降水井周邊50 m范圍內(nèi)所有建筑物、重要地下管線的影響。需要在臨近建筑物附近設(shè)置一個(gè)觀測(cè)井，降水開(kāi)始時(shí)，觀測(cè)水位變化，確定影響程度。

3)根據(jù)基坑開(kāi)挖深度，按照設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)段要求降至基底以下0.5 m；十字交叉口段要求降至基底以下2 m。

4)井點(diǎn)系統(tǒng)涌水量的計(jì)算以無(wú)壓非完整井的理論為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)設(shè)計(jì)圖提供的地質(zhì)資料，粉質(zhì)粘土滲透系數(shù)K=1 m/d。降水計(jì)算以經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，以抽水試驗(yàn)檢測(cè)。

3.2　交叉口降水設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程

根據(jù)兩個(gè)十字路口基坑開(kāi)挖深度和降水深度，我部選用最深的中銀北與舜帝街交叉口為計(jì)算依據(jù)。

1)確定深井管的埋設(shè)深度。

H≥H1+h+iL+l=12.85+2+1/10×19+4=20.75，按21 m計(jì)取。

其中，H為井點(diǎn)管的埋設(shè)深度，m；H1為井點(diǎn)管埋設(shè)面至基坑底面的距離，H1=375.522-362.672=12.85 m;h為基坑中央最深挖掘面至降水曲線最高點(diǎn)的安全距離，設(shè)計(jì)要求為2 m；L為井點(diǎn)管中心至基坑中心短邊的距離，36.15/2+1=19 m(基坑距井1 m)；i為降水曲線坡度，取1/10；l濾水管長(zhǎng)度，取4 m。

初步設(shè)計(jì)井深21 m,孔徑600 mm,井管采用外徑為400混凝土管和濾管，其中混凝土管單節(jié)長(zhǎng)度4 m，濾管單節(jié)長(zhǎng)度2 m(孔呈梅花形布置)。每道深井由2節(jié)濾管4.5節(jié)混凝土管組成。

2)涌水量計(jì)算(為保證降水效果，計(jì)算應(yīng)考慮地下潛水從井的底面和側(cè)面同時(shí)涌入情況)，采用《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》公式：

1 749.3 m3/d=0.020 3 m3/s。

3)深井進(jìn)水過(guò)濾器需要總長(zhǎng)度計(jì)算。

深井單位長(zhǎng)度進(jìn)水量q計(jì)算:

深井進(jìn)水過(guò)濾部分需要的總長(zhǎng)度:

L=Q/q=0.020 3/0.001 14=17.84 m。

4)群井抽水單個(gè)深井過(guò)濾器長(zhǎng)度計(jì)算：先假定深井?dāng)?shù)為4個(gè)井進(jìn)行驗(yàn)算：

其中，H為抽水影響半徑為50 m的水位，即H=H0-S=30.35-9.15=21.2 m;n為深井?dāng)?shù)量。

因nh0=(4×4.2=16.8)≥Q/q=17.8條件不成立，因此，選擇5個(gè)井。經(jīng)重新計(jì)算h0=11.17 m，符合，nh0=(4×11.17=55.75)≥Q/q=17.8，但考慮深井布置限制和成本，將濾管長(zhǎng)度取為5 m，再次進(jìn)行驗(yàn)算。

H=12.85+2+1.9+5=21.75 m,按22 m計(jì)，比初步確定的井深延長(zhǎng)1 m。

Q=1 201 m3/d=0.013 9 m3/s;q=0.000 145；

L=Q/q=10 m；h0=9 m，符合nh0=(4×9=36)≥Q/q=10 m條件。

因此，采用加長(zhǎng)濾水管長(zhǎng)度，將有利于成本節(jié)省。

深井平面布置如圖1所示。

5)群井涌水量計(jì)算：

上式總涌水量與前式計(jì)算的總涌水量1 201 m3/d相近，故總涌水量、深井、井點(diǎn)數(shù)布置距離滿(mǎn)足本工程降水要求。

6)深井泵總揚(yáng)程：H=1.1(H1+h)=1.1×(9.15+1.9+3)=15.4 m。

查《橋涵》200頁(yè)表5-39，深井泵選用JN90-19。

選用5臺(tái)每小時(shí)流量為32 m3/h，揚(yáng)程21 m～16 m的真空潛水泵，備用1臺(tái)。抽水管采用內(nèi)帶有鋼絲的塑料管或膠管，直徑為38 mm,單節(jié)長(zhǎng)度為20 m，降水管共需240 m。

4　深井施工工藝

4.1　施工準(zhǔn)備

1)選用GPS158循環(huán)鉆成孔、混凝土管和濾管、碎石等。

2)泥漿處理：成孔中形成的泥漿采用離心泵抽至環(huán)保車(chē)及時(shí)拉走，保持施工場(chǎng)地干凈。

3)現(xiàn)場(chǎng)供電、供水保持正常，場(chǎng)地平整。

4.2　施工工藝流程

定位→成孔→清孔→下濾管及井管→井壁外回填粗砂及封口→洗井→下泵→試驗(yàn)抽水→正式抽水→觀測(cè)井水位檢測(cè)。

1)測(cè)量定位：用GPS、水準(zhǔn)儀確定井位、井深，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)井位成孔(井距基坑邊1 m～1.2 m)。

2)成孔:采用GPS158循環(huán)鉆進(jìn)工藝。人工埋設(shè)鋼制護(hù)筒，護(hù)筒裝好后開(kāi)始鉆進(jìn)成孔。鉆孔采用膨潤(rùn)土造漿護(hù)壁，重點(diǎn)控制成孔垂直度偏差小于1%。

3)清孔：探測(cè)孔深滿(mǎn)足設(shè)計(jì)深度后，進(jìn)行清孔，采用φ15 mm～φ30 mm的膠管插入井點(diǎn)管底部進(jìn)行注水清洗，直到流出清水為止。

4)下管：下管前仔細(xì)檢查濾網(wǎng)包扎質(zhì)量(在濾管外圍采用兩層紗網(wǎng)和棕皮包裹，再用10號(hào)鉛絲扎緊)，開(kāi)始向下落第一節(jié)，第二節(jié)與第一節(jié)接口，外側(cè)用竹板圍住，φ10鉛絲扎牢，開(kāi)始安第三節(jié)、第四節(jié)……，為了保證井管不靠在井壁上，影響填濾料厚度，在井管上加設(shè)扶正器(門(mén)形鋼管架)。井口應(yīng)高于地面20 cm以上。

在管底加焊5 mm厚鋼板，防止?jié)撍迷诔樗畷r(shí)堵塞。

5)填濾料：井管吊放好后沿井管周?chē)鶆蛲斗艦V料，濾料為經(jīng)篩選的由粗砂和細(xì)碎石(3 mm～8 mm)組成的濾水材料，濾料填至井口下0.8 m～1 m左右時(shí)用粘性土填實(shí)夯平。

6)洗井:采用空壓機(jī)和活塞聯(lián)合洗井，直至井口翻出清水為止。

成井后及時(shí)洗井，間隔時(shí)間不要超過(guò)8 h，防止泥砂土、礫料一起凝固后堵塞濾管上的濾孔，給洗井造成困難。

7)水泵:在下井前，專(zhuān)業(yè)人員必須對(duì)水泵本身和控制系統(tǒng)做一次檢查，在試轉(zhuǎn)3 min～5 min后，若無(wú)問(wèn)題，再下井。安裝完畢進(jìn)行試抽水，滿(mǎn)足要求再轉(zhuǎn)入正常工作。

5　降水監(jiān)測(cè)

因基坑降水井周邊50 m范圍內(nèi)有移動(dòng)公司建筑物、重要地下管線，需要指定專(zhuān)人在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。

1)降水開(kāi)始后，必須對(duì)各降水井的水位、出水量、水質(zhì)進(jìn)行同步觀測(cè)。

2)降水未達(dá)到設(shè)計(jì)要求水位前，應(yīng)每天進(jìn)行3次水位、出水量觀測(cè)。當(dāng)水位達(dá)到設(shè)計(jì)要求水位后，每天進(jìn)行2次觀測(cè)，直至水位穩(wěn)定。

3)根據(jù)連續(xù)觀測(cè)到的水位變化與時(shí)間的關(guān)系，繪制水位下降值與時(shí)間關(guān)系曲線，為下一步降水開(kāi)挖提供參考。

4)加強(qiáng)對(duì)地表和地下管線沉降觀測(cè)，繪制沉降值和時(shí)間的關(guān)系曲線，預(yù)測(cè)沉降發(fā)展趨勢(shì)，為采取預(yù)防措施提供依據(jù)。

6　降水施工結(jié)論與體會(huì)

6.1　降水效果

交叉口基坑開(kāi)挖前，先降水10 d。基坑分級(jí)開(kāi)挖:第一級(jí)(0 m～3.5 m)開(kāi)挖1 d；第二級(jí)(3.5 m～7.5 m)開(kāi)挖2 d,土質(zhì)含水率13%左右，降水效果滿(mǎn)足開(kāi)挖條件；再開(kāi)挖第三級(jí)(7.5 m～9.5 m)2 d;第四級(jí)(9.5 m～12.5 m)2 d，基底含水率達(dá)到15%左右。基本保證了基坑和溝槽開(kāi)挖土體邊坡的穩(wěn)定和深基坑作業(yè)的安全，確保了作業(yè)場(chǎng)地干燥，滿(mǎn)足基底防水層施工條件，為主體結(jié)構(gòu)的快速施工創(chuàng)造了有利條件，也為工程及時(shí)回填，縮短降水時(shí)間和節(jié)約成本奠定了基礎(chǔ)。

通過(guò)細(xì)致觀測(cè)，基坑50 m范圍地面或道路路面未出現(xiàn)沉降裂縫，臨近建筑物墻體一切正常。

6.2　降水施工體會(huì)

1)降水效果好壞直接影響到綜合管廊施工質(zhì)量和進(jìn)度。因此井點(diǎn)降水施工應(yīng)嚴(yán)格按24 h排班規(guī)范管理；控制好每段降水時(shí)間、降水深度等動(dòng)態(tài)信息，為安全、順利、快速完成超深基坑施工創(chuàng)造條件。

2)基坑降水要與基坑支護(hù)和開(kāi)挖方案同時(shí)設(shè)計(jì)考慮。交叉口段管廊降水時(shí)間盡量壓短，我們控制在45 d。在綜合管廊施工完畢，回填至自然水位后及時(shí)封井。

3)深基坑降水時(shí)，對(duì)降水井的降水時(shí)間、降水深度、降水范圍進(jìn)行控制。根據(jù)施工進(jìn)度和作業(yè)面土質(zhì)的變化，以及對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析，選擇開(kāi)啟降水井并確定降水時(shí)間，絕對(duì)不能為圖省事而全面降水，造成大面積地表下沉的病害。

4)在降水施工中必須設(shè)50 kW發(fā)電機(jī)組，預(yù)防施工中突然停電，保證降水正常連續(xù)進(jìn)行。并配備小型潛水泵，明排雨季基坑積水。

5)深井抽出的混水，一律不允許排入道路雨水、污水管道，防止堵塞管道，同時(shí)要充分重視成孔泥漿的及時(shí)處理，防止污染施工環(huán)境。

7　結(jié)語(yǔ)

影響降水效果的因素較多，在實(shí)際施工時(shí)，我們既不能忽視理論計(jì)算，又不能盲目相信計(jì)算結(jié)果，而是一定要與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相結(jié)合，通過(guò)實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，因地制宜解決問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]江正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2001.

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