地下車庫基坑開挖管井降水工程實例

陳潤生 （太原科技大學基本建設管理處，山西 太原 030024）

0 前言

當代城市建筑的施工都離不開基礎工程，其中基坑開挖支護和基坑降水幾乎是基礎施工的必有工序[1]，在建筑施工階段占有重要的地位。施工降水方案與基坑支護方案選擇的科學性對整個工程的安全、質量、進度和費用影響巨大，應引起高度重視。本文以某地下車庫工程基坑大開挖降水工程為例，通過地質資料分析，確定了土釘支護、管井降水的基坑開挖方案，介紹了降水井設計、管井施工，土釘支護的基坑土方開挖施工工藝過程，確保了工程的進度、質量和安全。為其他類似工程的基坑降水、支護及土方開挖提供了借鑒[2]。

1 工程概況

本項目位于太原市西北，為地下一層人防工程，平時用作地下車庫（以下簡稱地下車庫）。地下車庫南側為同期擬建學生公寓1#樓、2#樓，北側為同期擬建學生公寓4#樓和二期擬建學生公寓3#樓。車庫邊緣距離1#樓、3#樓約10m，距離2#樓、4#樓約5m。4棟學生公寓均為高層建筑，地下1層。地下車庫結構形式為框剪結構，基礎為筏板基礎。基坑開挖尺寸為149.3m×31.7m，所挖基坑與同期擬建的學生公寓1#樓、2#樓、4#樓最近點僅有2m。

本工程現場場地高差較大，場地平均標高約為810.925m，基坑底面標高805.34 m，基坑開挖深度為5.58m。基坑支護采用土釘墻支護。

2 地質條件分析及實施方案選擇

2.1 巖土勘察報告相關資料

2.1.1 地形地貌

本場地地形高差較大，地形標高809.41～811.96m，最大高差2.55m。屬汾河西岸坡狀洪積平原。

2.1.2 工程地質情況

根據地勘報告得知，在勘探深度范圍內，地基土從上至下劃分為9層，本工程挖土方范圍土層為①～②層，如表1。

2.1.3 水文地質情況

建筑場地勘探深度范圍內的地下水類型為孔隙潛水，穩定水位埋深在現地面下1.86～4.26m之間，水位標高在807.12～807.76m之間，主要賦存于第①層填土中。地下水補給條件主要由側向徑流補給及大氣降水入滲，大體流向由西北向東南泄入汾河。勘察期間為平水期，地下水隨季節變化幅度為1.00m左右。

2.1.4 建筑場地類別

建筑場地類別為Ⅲ類，為液化場地，液化等級為中等，其中第③層細沙、⑤層細中砂為液化土層。基坑開挖范圍內主要為人工填土層。

2.2 基坑施工方案及技術措施

①根據場地情況，基坑施工采用管井降水、土釘支護的大開挖方案。對于與相鄰建筑距離太近的地方，采用土釘支護方案，對于場地操作面較開闊的范圍采用放坡的方案比較經濟合理。基坑北側偏西（2#樓暫不施工）和正東側由于場地較開闊，選擇按1：1放坡開挖。

②支護方案：用管井將土方開挖范圍內的淺層地下水排除后，進行土方開挖，然后土釘施工支護基坑。在基坑四周支護范圍設置排水溝，基坑壁覆蓋鋼筋混凝土面層，避免雨水沖刷和靜水壓力導致的基坑壁失穩坍塌。

③基坑開挖方案：土方開挖與土釘墻施工交叉或順序進行。流程為分層開挖→分層做土釘支護→基坑壁覆蓋鋼筋混凝土面層→在基坑壁的坡頂做散水面→坡腳挖排水溝。

④局部支護措施。與同期擬建研究生公寓2#樓處及基坑西側用排樁拉錨支護，確保基坑的安全。

3 降水井設計與施工

3.1 管井設計方案

在基坑周邊及基坑內布管井降水，共布設降水井41個，井距約為12m，深度為8m，井底標高為803.00m，管井成孔直徑600mm，井管采用φ400無砂混凝土管，強度大于2MPa，孔隙率為15%～25%。管壁與孔壁之間填充礫石。在基坑內設置2孔觀測井，井深8m，直徑及井管同降水井。

施工排水：在基坑周邊地面設集水池，用Φ300混凝土管連接，匯入總集水池，經沉淀后回用作場地降塵和綠化。

3.2 管井降水設計計算

根據無壓含水層完整井計算公式[3]計算結果為：

基坑涌水量Q=101.35m3/d；

降水井的數量n=41；

單井井管進水長度y0=-2.44m；基坑中心點水位降深S=5.22m。

3.3 管井施工

①成井工藝：施工準備→放線定位→循環成孔鉆機成孔→泥漿護壁→成孔下管→下過濾管→上部用粘土填實→洗井→下潛水泵→抽水→封井。

②成井：采用回轉鉆機成孔，成孔直徑為600mm，用泥漿護壁，孔口設置護筒，防止孔口塌方，并在一側設泥漿池、排泥溝。

③濾料：鉆孔后立即對成孔進行清洗，并安裝井管。下管前孔內泥漿要充分稀釋，并在孔底填入600mm厚度的封底濾料，下管過程要對井管保護操作，嚴防井管因磕碰損壞。井管的濾管部分應安裝在含水層的范圍內，以礫石濾料在孔壁與井管間填充，充盈系數要≥1。濾料填充完畢后，采用粘土封口。

④洗井：在安裝水泵前，用壓縮空氣法洗井，沖掉井內沉渣，一直沖洗到水井出水由渾變清為止。

⑤抽水：經洗井完成后，安裝水泵并系統調試合格開始抽水，達到正常運行。

⑥抽水過程詳細做好井中水位變化記錄。管井降水在基坑開挖前一周內開始抽水，保證土方開挖干法作業，所有管井降水一旦開始不得中斷，直至結構完成，室外土方回填至地下水位以上方可停止抽水。

⑦封井：管井降水任務完成后，拔除井管，井孔用砂粒填實，上部500mm用粘土填充夯實。基礎內的管井在澆筑墊層混凝土時，用DN400mm帶止水環鋼套管安裝在濾水井管外側，套管長1000mm，待降水完成后從套管用填入砂粒，上部700mm用高標號快硬混凝土封堵。

3.4 地面排水系統安裝

基坑周邊的各管井均設集水池，集水池采用240機制磚砌筑而成，水泥砂漿抹面，容積為0.6m×1.0m×1.0m，沉淀池容積為3.0m×3.0m×3.0m，水泥砂漿抹面。各集水池采用Φ300混凝土管連接，100mm厚混凝土墊層，管底最淺處距自然地坪500mm。從基坑西北角開始起坡，排水坡度0.5%。沉淀池設水泵1臺。

4 施工降水與土方開挖

本工程基坑施工采用大開挖方式，通過降水井將地下水降至基坑設計深度以下，保證了挖土和基礎混凝土墊層及防水施工能夠順利進行。工程基坑開挖工期為45d，施工降水、土釘支護、基坑開挖全部完成。

4.1 監測監控

施工監測由專人負責，監測方法以儀器觀測為主，監測內容[4]為：

①周圍地面沉降觀測；

②基坑底下沉情況；

③基坑內外的地下水位觀測；

④支護結構位移的觀測。

4.2 施工降水的實施

①觀測井：施工工期5d，抽水觀察時間10天。對觀測記錄整理，繪制抽水量與時間(Q～t)與水位下降值與時間(S～t)關系曲線，根據實際抽水情況，分析水位下降的趨勢與流量變化，預測水位下降達到設計要求的時間，為施工計劃提供了可靠的數據。

②降水井：降水井施工10d，連續降水13d。將地下水位降到設計水位之下，保證不影響基底施工。

4.3 基坑開挖的實施

①工期：土釘支護、基坑開挖歷時25d。

②施工流向：大致開挖方向自東向西分層、自上而下、整體開挖。坡道設置在基坑北側，坡道的坡度為15%，挖出土方用自卸汽車運至施工現場東北角。

③基坑分層開挖：采用1臺PC200大型挖掘機進行挖土，2臺R55-5型小型挖機配合，8輛自卸汽車配合運土。采用邊挖邊修整邊坡，并分層土釘墻施工的方式，最后修整槽邊并清底。

5 結論

施工降水是深基坑開挖的一項重要保障措施，降水效果的好壞直接影響施工進度是否順利，甚至關乎整個項目的成敗[5]。本工程能夠按照施工計劃實施，保證了工程的進度、質量和安全，得益于以下措施，為同類工程的基礎工程施工提供借鑒。

①本工程方案先行，基坑降水及土方開挖方案經過了專家論證，并聽取了專家的建議。方案計算和經驗依據符合有關標準規范要求，做到了方案可行，經濟合理。

②施工降水，先做觀測井，并做了抽水試驗，為降水井的設計提供了準確的計算參數。

③嚴格按照施工工序施工。土方開挖，采用分層開挖、防護緊跟的措施，保證了工程的質量、進度和安全。

④制定了相應的監測方案，繪制了基坑監測點位圖，明確專人對基坑變形進行巡視檢查。無論是降水過程還是邊坡支護，都做了嚴格的實時檢測，保證了施工的安全。