砂土地區基坑降水關鍵技術研究

張斌

一、綜合降水概念

所謂的基坑綜合降水是指將多種水位控制方法進行有機綜合利用，來實現地下水位控制的目的。而水位控制的方法主要有降水、隔水和回灌三大類。根據降水的目的不同又分為疏干降水和減壓降水，建筑基坑降水施工常以疏干降水為主，但超深基坑、地下水豐富地區一般為減壓降水。井點降水類型主要分為輕型井點、電滲井點、管井井點、真空管井井點。一般情況下，涉及深基坑工程的支護設計階段已包含了降水設計內容，但因地質情況復雜，勘察資料具有局限性，且受外界的影響在不斷變化，尤其雨季對地下水位的影響最為突出。因此在施工中應針對特殊地區、特殊項目地下水無法按照設計文件降至作業面以下時可適地當調整降水方法及措施。

二、水位控制方法的選用

地下水位的控制目的是為了保證施工安全和保證能夠滿足施工的作業面。通常需要針對不同項目的地質條件進行合理地選擇，可采用單項技術進行水位控制，也可根據工程項目的實際情況進行技術組合而使用。

1.輕型井點降水

輕型井點降水一般按照設計要求，在基坑周邊埋設井點管，井點管距離基坑周邊1m 左右（具體尺寸見設計），按設計坡度鋪設集水總管，最后將各井點與總管相連接，并在總管適當部位安裝抽水裝置來實現降水。輕型井點適用于滲透系數為10-2 ～10-5cm/s 土質情況中，布設時井點管排距不宜大于20m，濾管頂端宜于坑底以下1 ～2m，可能降低的水位深度為3 ～6m，但與其他降水方式相結合時能大幅度提升降水效率，如當深基坑含有滯水層時，管井降水無法排除基坑內部滯水層以上的水位時，坑內布設輕型井點能較快地解決局部滯水層以上地水位，也可采用明排+輕型井點、止水帷幕+輕型井點等。

2.噴射井點降水

噴射井點是利用循環高壓水流產生的負壓把地下水吸出。其主要適用于滲透系數較小的含水層和降水深度較大的降水工程。噴射井點的布置與輕型井點的布置基本相同，當基坑較大時宜采用環形布置。其滲透系數在10-3 ～10-6cm/s 之間，降水深度為8 ～20m，井點間距不宜大于40m，井點深度與井點排距有關，應比基坑設計開挖深度大于3 ～5m。也可與管井、止水帷幕等相結合來促進降水效果。

3.管井降水

管井降水分為疏干降水和減壓降水。兩者構造相同，但減壓降水的濾管位于承壓含水層。適用于滲透系數≥10-5cm/s，可能降低水位深度＞10m，管井軸心間距不宜大于25m，井徑不宜小于600mm?？拥滓韵聻V管長度不宜小于5m，井底沉淀管長度不宜小于1m。為防止后期封井不當造成基礎滲漏水，一般設計階段會將井位設計在基坑外側，因此若降水過程遇到滯水層，且滯水層滿布于基坑內時，由于其設置數量偏少，無法有效地降低其周邊滯水層以上的存水，這就需要配合輕型井點、明排等方式來降低基坑內的殘余水。同時若基坑外部也含有滯水層時需要在支護結構處做止水帷幕或泄水孔來防止周邊地下水流入基坑內部。

4.隔水

在基坑中，隔水通常采用止水帷幕來實現。止水帷幕分為水平止水帷幕和豎向帷幕。豎向止水帷幕設置在坑外緣，有時根據現場情況可設置在支護結構內側（如論文的工程實例），用以阻止坑外透水層在坑內外水位差的作用下向坑內的滲流，并防止由此產生流砂等的滲流破壞；水平止水帷幕設置在基坑底面以下，其作用有兩種，一是基坑底部有極易透水的透水層（如細砂層），水平止水帷幕是為了阻止坑外地下水繞過墻肢向坑內滲流；另一種是因承壓水層的存在，防止水壓力不平衡使基坑基礎底面以下的土層被沖潰而發生突涌破壞。在透水層中設置止水帷幕之后，一方面使坑內地下水便于疏干，而且在疏干坑內地下水位時，由于止水帷幕的阻隔，使基坑外圍的地下水位不受影響，從而減少因地下水位的降低而引起周圍的地面沉降。在周邊建筑底部不允許出現大量的降水時，應當采用隔水措施進行水位控制。帷幕形成的方法通常有高壓噴射注漿法、深層攪拌法、壓力灌漿法、射水成墻法、小徑鉆孔灌注樁等。

5.回灌

當基坑外地下水位降幅較大、基坑周圍存在需要保護的建（構）筑物或地下管線時，宜采用回灌措施，回灌措施包括回灌井、回灌砂井、回灌砂溝和水位觀測井等?；毓嗌熬?、回灌砂溝一般用于淺層潛水回灌，回灌井用于承壓水回灌?；毓嗨仨毷菨崈舻淖詠硭蚶猛缓畬又械牡叵滤?，并應經常檢查回灌設施，防止出現堵塞現象。

三、工程實例

1.工程概況

本工程位于寧夏回族自治區銀川市北京路與正源街十字。建筑面積7.1 萬m2，分為裙樓部分和超高層部分。地下室共三層，群樓部分基底埋深13.6m，超高層部位基底埋深16.5m。地下常年水位位于-8.5m處，按設計要求需將地下水位降至筏板底部0.5m ～1m處，降水高度為8.5m ～9m。地質情況：

（1）雜填土，0m ～-1.8m，雜色，結構松散，成分雜亂，以建筑垃圾及黏性素土為主；（2）素填土，-1.8m ～-3m，黃褐色，以粉質黏土為主要組成物，局部為粉土，密狀、可塑狀態；（3）粉質黏土，-1.8m ～-3m，黃褐色，以硬塑狀為主，局部為可塑狀，強度中等偏高；（4）粉土，-3m ～-5m，黃褐色，稍密或中密，搖展反應中等，無光澤反應，干強度、低韌性；（5）粉細砂，-5m ～-15m，細砂為主，黃褐色或青灰色，主要成分為長石、石英、云母；（6）粉土黃褐色，-15m ～-17m，密實飽和狀搖展反應中等，低干強度，低韌性；（7）粉細砂，-17m 以下，細砂為主，黃褐色，主要成分為長石、石英、云母，勘察未穿透此層。

2.降水方案設計

根據地質勘察報告，設計院確定選用管井降水的施工方法進行本工程的基坑降水施工。設計管井材料為無砂管，距離基坑外邊線1.8m。成孔井徑600mm，無砂管徑400mm，降水井深32m，降水井間距15m，根據現場實際情況每口井內設置1 ～2 臺潛水泵，泵功率3kW，流量20m3/h。

土方開挖至-11.5m 時，經測量降水井內水位位于-17m，但基坑內部仍存有大量的地下水，導致基坑無法開挖。經查閱地勘報告，并多次組織專家、各單位技術人員進行現場查看并論證，確定因降水井間距過大降水半徑無法輻射至基坑內部。從而達成一致意見在基坑內部增設2 口管井，進行輔助降水，但效果甚微，為此耽擱工期約18 天。

最終施工單位技術總工做出了一個大膽的決策，采用帶水開挖的辦法進行施工。但剛開挖一斗子后發現土質顏色與周邊土質大有差異，立即叫停挖機后，周邊水流立即涌入開挖的坑內，并全部滲入地下。在進行土質檢測后發現基坑內部存在一層黃膠泥（有滯水作用）。后期聯合勘察、設計單位現場查看，決定裙樓范圍內加設輕型井點降水，超高承區域周邊加設輕型井點、明排等措施進行降水。但當整層的滯水層開挖完成后，基坑以外滯水層面層的水量不斷流入基坑內部，且流量較大并不斷沖刷滯水層以上的粉細砂，為防止流砂大量流出導致周邊建筑物的沉降或開裂等，項目又再次聯系設計、勘察、建設、監理等單位現場查看，最終基坑四周支護樁邊增加寬400mm，高3500mm素混凝土擋墻（連續墻）形成止水帷幕來阻止坑外地下水流入基坑內。

最終確定止水帷幕+降水為管井+輕型井點+明排四種降水方式綜合使用來降低水位。

3.施工工藝

輕型井點施工采用3BLQ 導桿式水沖槍成孔，成孔井點管劇中設置，粒料采用粗砂?？偣苤睆?1mm，井點支管為38mm，并每5 根進行串聯，降水設備為JSJ-20 型真空泵機組，最大抽水量20m3/h。最終將總管接到基坑內部的集水井內，然后采用潛水泵抽至基坑外部的沉淀池內。

施工工藝：定位放線→挖井點溝槽，敷集水總管→沖孔（鉆孔）→安裝井點→灌填濾料、黏土封口→用彎連管連通總管與井點管→安裝抽水設備并與總管連接→安裝排水管→真空泵排氣→離心泵試抽水→觀測井中水位情況并記錄。

管井成井采用反循環鉆機進行成孔。井管采用濾水性能優良的無砂混凝土管，其原理采用無砂井管間的縫隙使地下水匯集至降水井部位，最后利用潛水泵抽出。泵選用QD20-30-3 多級潛水電泵，功率3kW，揚塵30m，流量20m3/h。同時在基坑四周設置Φ273降水環管，最終將水匯集至沉淀池內，再由沉淀池排向市政污水管道。

無砂管井施工工藝：施工準備→鉆機進場→定位安裝→開孔→下護筒→鉆進→終孔后沖孔換漿→下井管→稀釋泥漿→填濾料→止水封孔→洗井→下泵試抽→合理安排排水管路及電線電路→試抽水→正式抽水→水位與流量記錄。

部分裙樓、超高層采用明排水，并在支護結構與地下室外墻之間及電梯井部位設置集水坑。

支護樁部位沿基底澆筑寬400mm， 高3500mm,C30 素混凝土連續墻，混凝土施工工藝不再贅述。

4.降水試用行

開始降水之前，測量各井內部水位標高并記錄，檢查檢測各抽水設備、電線電纜及排水管道試運行，以保證抽水系統完好。

5.正式運行

根據基坑開挖的安排決定運行的先后井位，確?；娱_挖前該部位已提前10 天開始降水，同時密切注意監測水位的變化情況。

降水過程中對損壞的泵、管及時進行更換，若水位降低超過基底1m 或降低程度較慢應及時停泵或加泵。降水過程中選用雙路供電，防止出現斷電導致水位急速上升而淹泡基槽。

6.效果分析

采用綜合降水（止水帷幕+管井+輕型井點+明排）解決了因地勘資料不準確或地質條件變化較大對降水的影響，實現了快速降水的效果，節約了工期，又保證了施工質量，同時又消除了因地下水量較多而產生的安全隱患。因此在后續施工中要合理選用降水方法和措施，不斷改進以加快施工進度，及早消除安全隱患。

四、結語

根據目前的建筑發展狀況來看，我國將會出現越來越多的超高超深項目。為了適應時代的步伐，各類建筑企業都必須高度重視深基坑的降水管理，同時還要掌握各類降水方法，并能在設計、施工階段加以應用，從而保證施工能夠順利進行。各類不同的責任主體也必須齊心協力，不斷探索，共同促進技術創效和社會發展。