復雜環境條件下的深基坑降排水技術應用研究

霍光明

摘要：對于深基坑的開挖及維護，降水起著至關重要的作用。結合某國道下穿鐵路頂進箱涵的施工，對在復雜環境條件下的深基坑的降水進行了研究。研究內容主要包括深基坑降水計算和降排水設計兩個方面，其中降水計算又包括基坑涌水量計算、降水井點數計算兩項內容，降排水設計則包括降水井、排水管的布置以及井管內含砂量的控制等內容。應用結果證明了降水措施的有效性，研究成果對類似的深基坑降水工程，具有一定的指導作用。

關鍵詞：橋梁施工;頂進箱涵;深基坑;降排水

中圖分類號：TU46+3 文獻標志碼：A

0引言

在頂進箱涵進行預制施工時，首先要進行施工基坑的開挖，而基坑開挖首先要做的就是基坑降排水，從而為深基坑開挖提供“無水”作業條件。而某些地區地下水位高或地面積水較多，開挖施工過程中，會遇到地下水和地表水侵入問題。在這種情況下，施工過程會變得異常困難，因此基坑施工前的主要技術問題是降排水工作。楊瑩等致力于地鐵深基坑的降排水研究工作，剖析整個過程中的施工技術要點，并探討和描述了如何加強技術應用，以滿足其預期效果。汪俊等考慮包括形狀和外殼的插入深度和泵送量等因素，利用數值模擬對排水效果的影響因素進行計算。楊周宏等對河道附近深基坑降排水技術進行了研究，從潛水泵排水的施工技術原理、施工工藝及注意事項等方面對此項施工技術進行了分析闡述。山繼紅等針對新疆亞曼蘇水電站廠房基坑遇到的強透水性砂卵礫石層的降排水問題進行了研究，通過采用防滲墻+降水管井的形式進行了截水和排水，系統選擇了管井水泵并全面布置了自動監測系統，從而在保證施工質量和安全的情況下完成基坑降排水施工的目的。廖寶嘉等從某工程入手，就前期準備、施工工藝、施工技術要求等方面，較為系統地介紹了輕型井點降水及深井井點降水的施工技術要點。張進等提出了隧道開挖工程施工方案和排水管理措施，這一計劃和管理措施的應用也在實際工程中取得了良好的效果。本研究結合江蘇南通某國道下穿鐵路的立交橋工程施工中的基坑開挖尺寸以及地下水的狀況，研究基坑降水規律，制定基坑降排水方案，實現在復雜環境條件下的深基坑的降水。

1工程概況

1.1地貌及水文概況

工程所在位置屬平原地貌，地形相對平坦，地勢變化不大，工程主體范圍主要為農房及藕池、魚塘等，其他部分為農田。施工現場地下水類型分為孔隙潛水，上部填土層和砂性土層中的孔隙水是其主要來源，其補給來源主要是大氣降水和地表徑流為主，水量較多。地下水具有明顯的動態變化特征，春夏季較多、秋冬季較少，設計勘察階段測得的地下水位深度是1.0-3.0 m。

1.2頂進箱涵概況

頂進箱涵的框架結構形式采用分離式箱身下穿鐵路，下穿段道路長度為38 m，兩側各設置3x15 m的u型槽引道與道路銜接。框架使用分離式箱身結構形式，各項數據如1圖所示。箱涵工作坑設在鐵路一側，工作坑垂直于鐵路方向長46.7 m，順鐵路方向長52.3 m，開挖深度距離地面6.73 m。工作坑及后背采取鉆孔灌注樁作為圍護結構，鉆孔樁樁頂設C30鋼筋混凝土圈梁。工作坑內采用管井進行降水，地下水位降深為降到箱底下面連通管底面標高以下0.5 m。

2基坑降水計算

單井計算非常簡單，結果一般與實際效果一致。但對于群井而言，由于降水施工過程中，多口井同時進行降水工作，這樣便極易形成相互干擾，導致計算結果和實際效果有很大差別。此時的計算結果就不能按照單井的計算結果乘以相應的降水井數量，因此計算時要先將基坑等效化為一口大井，然后確定基坑總的涌水量，再確定設計單井，確定其出水量，最后依據總的涌水量和單井出水量確定所需井的數量。本次設計計算涉及的參數較多，因此作如下說明。

（1）降水井的直徑，過濾管設計有效長度以及水泵的選擇等依據市場一般規格提取相應參數;

（2）滲透系數是計算沉淀的一個重要參數，地質勘測報告中沒有明確給出，根據土壤的滲透性，以及在當地的項目實踐經驗決定;

（3）地質報告中并未給出含水層厚度，但其也是影響較大的一個參數，計算過程中，先采用完整井模，假定一個基礎含水層數值，按每0.5 m間隔遞增算出一組數據，而后采用非完整井模型，同樣按0.5 m間隔遞增算出另一組數據，利用兩種模型的相近數據并結合以往工程經驗綜合確定。

2.1基坑涌水量計算

依據《建筑基坑支護技術規范》（JGJl20-2012）附錄E公式E.0.1計算總涌水量：

因為本土地質情況復雜，滲透系數的取值存在一定偏差，按照以往經驗，當降水井間距不超過15 m時，降排水量能達到方案要求，但為了均勻降水，使降水對周邊環境的影響降至最低，故在整個基坑范圍內均勻布設4個降水井，分別布置到基坑的四個角，降水井中心距離基坑邊的距離為2.5 m。

3基坑降排水設計

本工作基坑地處南通沿海地帶，地下水位較高，地質主要為粉砂、粉質黏土，滲透性系數中等，計算地下水位深度取2.5 m，則水位降深為5.62 m，故基坑開挖時，極易產生側向變形導致開挖面變形。根據以往類似情況的經驗，采取深井降水施工方法，由于深井降水效率好，可以創建適用于開挖施工基坑結構的有利條件。

基坑降水以管井降水為主，排水溝明排為輔。降水井直徑為Ф30 cm，井深20 m，采用多孔混凝土管，并輔以濾網，沿基坑邊線布置在基坑內部，結合計算結果，在基坑內布置4口降水井。水位降深在滿足施工要求的前提下，盡量選擇較小水位的降深，一般降到操作面下0.5 m即可（有特殊要求的除外），這樣可最大程度上避免降水對地層的影響，不至于造成地基承載力下降。本次降水深度應低于滑板底部連通管0.5 m，才能保障不影響施工。在開挖基坑的四周設排水明溝，每隔20 m左右設一集水井，使基坑內滲水與施工廢水匯入其中，再用水泵抽入地表沉淀池沉淀后排放，保持溝底低于基坑底不小于0.3 m，集水井低于溝底0.5 m。且排水明溝的開挖需要隨著基坑的挖深而不斷加深。此外，鐵路線路部分的基坑降水根據開挖實際情況盡量減少抽水量，并需要嚴格監測鐵路線路的沉降，應及時對線路沉降處理，比如填高道砟軌道等，若監測出現較大沉降應立即停止降水，并及時澆筑系梁支墩將線路進行加固支撐。

4降水井施工技術措施

降水井的施工，主要包括以下步驟。

4.1鉆機就位

井位需按照設計圖紙多次測量，反復校正，嚴格對中，鉆機基礎在確定位置后，需保證其平穩性、牢固性。為保證施工的精準性和安全性，孔位、磨盤、大鉤必須在同一垂線上。放置護孔管時要求垂直地面，打入地面20-50 cm，并在四周用粘土填實固定。

4.2鉆孔清孔

施工過程中控制好鉆進深度，鉆進中泥漿的比重保持在1.15-1.25。鉆進中應根據當時的地質條件選擇合適的鉆進速度，達到鉆孔深度后，便可進行清孔工序，清空后應達到的效果包括泥漿比保持在1.10左右，并且孔底的沉渣厚度不超過0.1 m。

4.3下井管

下井管前按設計方案準備好足夠的井管，并將其整齊排列，下管過程中，應保證管口處至地面不能傾斜，更不能卡在井壁，并嚴格控制井底標高，下好井管后，把井管居中固定。

4.4填充碎石

鉆桿上管放在至沉淀物50 cm處，然后將漿液開始變化，當降低到約1.08的漿料比例時，對礫石和泥漿進行循環填充，沙礫填充達到期望的深度結束。

4.5止水封孔

為避免降水井上部泥漿滲入礫料內，影響成井質量，砂礫填埋結束至少20 min后，在其上部使用粘土封孔。

4.6洗井

活塞和空壓機一起工作，以保證洗滌的質量良好，洗井過程中應安排兩套臺班或以上，直至符合設計要求。

4.7下泵試抽

在完成洗井工作后，等水位恢復便可下泵試抽，水泵的放置深度應位于濾水管的下半段。

4.8電纜電路安排

每個排水井所需的電纜及連接各井之間的電纜一同配齊，電路安裝應聘用專業電工，注意電路的防水防潮，并在電閘處設立警示牌。

4.9抽水試驗

在做好一切準備工作后，先用1-2 d的時間進行試抽，觀測其抽水動態，是否穩定，含砂量是否滿足要求，當水位恢復時便進行正式抽水工作。抽水試驗時采用邊抽水邊觀測的方式，以繪出降深與時間的關系曲線圖為止。結合試驗得到的參數，優化降水方案，選擇適當的排水設備，安排相應人員負責，保證整個降排水工程的順利進行。

4.10抽水要求

抽水過程中，全天候派人現場監守，做好記錄，以掌握抽水實時動態，指導降水順利進行，效果達到最優。

5結束語

降水對基坑開挖過程中的施工安全起到了至關重要的作用，特別是在江蘇南通地區水位高、滲透強、地質條件復雜的情況下，基坑開挖的順利實施的關鍵在于良好的降水效果。本工程經過降水處理后，在基坑開挖、箱涵預制及箱涵頂進的整個過程中，周邊地表沉降、基坑坑壁的位移等均未超出規范的規定值，因此，該降水方案合理有效，較好地解決了深基坑的降排水問題。