X機場基坑降水施工技術詳析

劉桂芳

摘要：X機場基坑降水工程具有超大平面、復雜地質條件等特點。根據地質條件及含水層特點，分析并比較降水方案，選用管井降水；闡述基坑降水設計及施工技術。

關鍵詞：機場；基坑；降水；支護；設計；施工技術

1.概述

1.1工程概況

本工程擬建場地位于X縣X鄉，現狀主要為農田，局部有水井和墳地，地形平坦。根據擬建場地地勘資料，地下水位位于槽底之上，基坑開挖須進行地下水控制，以保障主體結構地下部分施工。本工程基坑總面積約17.7萬m2，其中航站樓區域基坑挖深普遍約8m～9.5m，面積約8.2萬m2；交通換乘中心及停車庫區域基坑挖深普遍約5m～7m，面積約9.5萬m2。

1.2擬建場區的水文地質條件

1.2.1場區地表水分布情況

X市屬黃河流域，黃河從X市南部入境，據X縣X水文站實測資料，黃河在本市多年平均徑流量248.2m3×108m3，保證率為50%的徑流量為243.2m3×108m3。大黑河及支流是X市城區地表水的主要來源。大黑河徑流為降雨補給型，其特點為干支流來水，年內、變差大，歷年平均降水量為392.8mm，一天內最大降水量為99.1mm，來水集中在汛期6月～9月（60%～80%）。

1.2.2場區地下水分布條件

依據含水層成因、結構特征，可將X市第四系含水層系統劃分為山前單一結構含水層系統和平原區雙層結構含水系統。平原區雙層結構含水層系統，又劃分為淺層含水層系統和深層承壓含水層系統。具體劃分結果見表1-1。

1.2.3地下水條件

本次勘察90.0m深度范圍內觀測到一層地下水，地下水類型為潛水，擬建場地地下水主要含水層為粉土②層、粉砂②2層及以下透水層，水位穩定且水量較大，主要補給來源為大氣降水、地面灌溉、以及深層承壓水補給，主要排泄方式為蒸發和人工開采，地下水位一般自每年7月份開始上升，9月至10月份達到當年最高水位，隨后逐漸下降，至次年的5月至6月份達到當年的最低水位，平均年變幅約1.0m～2.0m。

2.基坑降水目的、原則及要求

2.1基坑降水目的、原則

（1）遵循施工設計的原則，確保環保一流、堅持以人為本、采用先進的科技成果、高效的施工工藝。

（2）確保挖至槽底時基槽干燥無水；不影響土方、護坡的施工。

（3）遵循維護地下水資源平衡的原則，確保不發生大量地下水流失。

（4）遵循安全施工、文明環保的原則，確保地基及周邊管線、建筑物不沉降、不變形、同時保證基坑不發生隆起及管涌等不良地質現象。

（5）處理好殘留滯水，確保基坑邊坡安全。

（6）遵循經濟節約施工可行的原則，設計方案盡量降低造價；堅持實事求是的原則，根據公司的能力，確保施工組織的可行性、先進性及合理性；遵循科學施工的原則，正確組織施工，確保施工質量優良。

2.2基坑降水要求

將上述地下水降至基坑最低筏板標高以下0.5m；基坑大面積開挖深度普遍深處為9.86m，筏板厚度0.8m，因此要求將場區內的地下水位至少要降至11.16m。受降水漏斗的半徑影響，需將降水井插入到下一層含水層的土層中一定深度，以保證其排降效果。

3.施工依據

3.1降水條件分析與方案選擇

根據降水要求和地下水、地層分布及組成的特點，結合周邊工程的施工經驗，同時參考周邊工程的降水成果。按招標文件要求與充分研究場區水文地質條件和周邊基坑環境因素，基坑降水設計采取“以降水為主，疏干井為輔”的地下水控制方案。綜合考慮本工程基坑支護設計方案、周邊環境影響因素，本項目基坑采用管井降水方案。

3.2降水和排水系統設計

降水井沿基坑外側布置間距8m～10m布設323口，疏干井位居結構內部間距18m～20m布設166口。

基坑內部疏干井徑650mm，采用外徑273mm、壁厚4mm的鋼管井，鋼管井在底板厚度范圍內采用實管，以便后期封井。實管和濾管均為鋼管，濾管深度至基底以下不少于7m。

基坑外部降水井井徑650mm，采用外徑為400mm的無砂水泥礫石濾水管，濾管深度至基底以下不少于7m。

四個區域排水口與排水線路關系及距離見下圖。以上參數需根據現場實際抽水試驗后進行調整。

3.4殘留滯水處理

基坑側壁在上層滯水和潛水含水層的底板位置可能會出現少量殘留滯水的滲水現象，可采用導排措施予以解決，即在噴射混凝土護坡面層內埋塑料花管將滲水導出坡面，并導入槽底排水溝、集水井，用水泵抽排至地表排水管網中。

3.5降水工程預防措施

（1）在基坑四周距基坑邊沿5m范圍內不得設置散用水點；在場地內的所有用水點，均應設置排水溝，將水引入排水管道。

（2）在基坑四周邊沿設置排水溝（或排水管道），溝內及以外3m范圍的地面用水泥砂漿抹面，防止降雨和人工用水的入滲。

（3）檢查并堵塞施工場地內廢棄的人防通道、上下水管道和暖氣溝等，防止滲水和雨季積水滲漏引起邊坡坍塌。

4.降水井施工

4.1降水井施工技術要求

4.1.1鉆進方法

采用回轉鉆機反循環鉆進工藝，減少孔壁泥皮，提高成井質量。

4.1.2鉆孔

均不得使用粘土造漿護壁，循環鉆機成孔時，必須保證清水的供給，循環泥漿池不得小于30m3，以便控制泥漿稠度。下管前進行徹底換漿。

4.1.3成井

選擇質量好、滲透能力較強的水泥礫石濾水管、鋼管；接頭處的死管長度小于2cm；換漿后立即下入井管，井管應保持垂直和居中；井孔內沉淀厚度不得大于0.3m；濾料必須沿四周均勻下入，邊洗井邊下濾料，上部2m待洗井結束后用粘性土封井。

4.1.4洗井

采用井內洗井方法；循環鉆機成孔后，下入井管，邊下濾料邊用空壓機送氣吹洗；待水清砂少時，改用潛水泵進行抽水，直至水清砂凈為止。

4.1.5水泵安裝潛水泵用絕緣材料繩吊放。安裝并接通電源，每井附近架立電線桿，鋪設電纜和電閘箱，做到單井單控電源，并安裝漏電保護系統。

4.1.6鋪設排水管網地面管網采用波紋管、鋼管、硬塑料管作為排水管線。分為主排水管、副排水管、集水管三級。根據現場實際情況，航站區整體排水暫定分為4個區域。主排水管連接排水口與河道之間，采用大直徑波紋管或鋼管，暫定采用雙φ600波紋管（一用一備）；副排水沿基坑周邊布置，匯集降水井抽排出來的地下水進入排水口，采用直徑大于250mm的鋼管；集水支管采用潛水泵配套塑料管，使水泵抽出來的地下水進入副排水管。主副排水管網向水流方向的傾斜度以1‰為宜，考慮現場場地不平，也可采用集水管增加單向閥措施加壓排水或增加加壓泵站強制排水。主副排水管網由加壓提升泵站排水口連接；副排水管線布置在降水井外側，根據現場條件可放置于地表或采取暗埋方式。

4.1.7抽降聯網抽降后應連續抽水，不應中途間斷，水泵井管維修應逐一進行。開始抽水時，因出水量大，為防止排水管網排水能力不足，可有間隔的逐一起動水泵。

4.1.8抽降及維護現場降水人員對不能正常工作的水泵必須及時更換，保證抽降效果。降水人員分兩班輪流進行值班。電工每天須有電工記錄，每天早晚檢查現場排水線路，保證現場降水用電安全。定期清理降水管線、沉淀池里的泥沙，保證排水線路暢通。

4.1.9降水井質量驗收施工結束前，對所有井的井深和水位進行驗收，達不到設計要求的井點，應進行重新洗井，洗井后仍達不到要求的，應補打；當洗井、抽水時，井內出砂嚴重時，應停止洗井和抽水，防止砂土流失而引起不良后果。

4.2封孔方案

對于出水量較大的井點，封井采取在井管內灌注混凝土的封堵方法，基本操作順序及有關技術要求如下：

4.2.1當本基坑挖至設計標高后，在基坑底開挖面以上70cm處，在管外焊一止水板，止水板外圈直徑φ600mm；

4.2.2向井管內灌入混凝土，混凝土的灌入高度略低于基坑底板混凝土面約10cm；混凝土灌注結束，及時觀測井管內水位的變化情況；

4.2.3待井管內混凝土的初凝能符合要求，并能確定封堵的實際效果滿足要求后，即可割去所有外露的井管；

4.2.4井管割去后，在管口要用鐵板焊封，管口低于基底混凝土面以下10cm；

4.2.5管口焊封后，用水泥砂漿填入孔洞抹平，封井工作完畢。

4.2.6注：對于疏干井或出水量較小的情況下，采用微膨脹混凝土直接灌入進行封堵；封井后要嚴格做好封井效果的檢驗工作，當檢測符合設計要求后，方可逐個實施封井工作。

4.3降水井質量保證措施

4.3.1鉆機安裝應周正平穩，嚴格按操作規程施工，保證鉆孔垂直度誤差小于1%，孔深誤差小于1%。

4.3.2提下鉆具時要輕提慢放，避免產生抽吸作用，造成塌孔。

4.3.3清孔后應保證孔內沉渣厚度小于0.3m。

4.3.4下管時濾水管接頭處要用竹片夾好綁牢，防止在下入過程中發生位移；下管時應輕提慢放，遇阻時應查明原因后再下，嚴禁強行墩放，以防損壞井管；下至設計位置后，要保證井管口高出地面30cm以上，并用蓋板蓋好，防止雜物掉入；井管要安放在鉆孔中央位置。

4.3.5填入濾料時，要仔細檢查濾料質量，控制其含泥量不超過5%；填入過程中要用鐵鍬沿井管四周緩慢均勻填入，防止投料不均或中途架橋；在降水過程中，如遇濾料下沉，應及時補充。

4.3.6空壓機洗井時，洗井管應下到預定位置，并隨時檢查水中含砂量，直至水清砂凈。

5.基坑明排水

由于本工程基坑深，土層滲透系數低，基坑內出現積水采用明抽排水方式，基坑整個土方開挖坑內積水需配合管井降水修筑坑內排水溝、集水坑進行集水明排。

5.1工藝流程

確定排水溝開挖的順序和坡度及位置→基坑頂面管道、排水溝、沉淀（砂）池施工→基坑內排水溝、集水坑施工→下泵架水管及接線→抽水至沉淀（砂）池，沉淀后排出。

5.2主要施工方法及技術要求

5.2.1確定排水溝開挖的順序和坡度及位置，坑內的排水溝沿基坑一圈布置，每隔40m～60m設置一個集水坑，排水溝的坡度0.3%，明排水結合重型井點降水施工布置。

5.2.2基坑頂面管道、排水溝、沉淀（砂）池施工

（1）基坑頂面排水溝

設計圖紙基坑頂的排水溝為300mm×300mm的磚砌排水溝，側壁厚120mm。墊層為150mm的C15混凝土，壁厚為60mm磚砌體。

（2）沉淀（砂）池在排水工作開始前，根據設計圖紙和現場實際在基坑東面設置4個沉淀（砂）池。沉淀（砂）池長4.0m、寬4.0m、高2m，中間設置1道隔墻。抽排水經沉淀（砂）池沉淀達標后排出。

5.2.3基坑內排水溝、集水坑施工

基坑內排水溝和集水坑要隨著土方分層開挖而進行修筑。集水坑中下泵架水管及接線，抽水至沉淀（砂）池，沉淀后排出。排水溝、集水坑沿基坑周邊設置，應與支護樁保持至少0.5米的距離，以保證樁間土不被擾動。排水溝、集水坑的設置深度應滿足基坑內排水的要求。基坑內所設置的抽、排水系統隨同基坑開挖深度而逐步降低。

基坑內排水溝采用M5砂漿砌筑MU10磚，溝內抹1∶2.5水泥砂漿厚15mm，溝底采用C15混凝土澆筑，溝底縱坡0.3%。沿排水溝每隔40m～60m設置一口集水坑。集水坑位置根據現場條件設置，一般在轉角處、水量較集中位置設置。

5.2.4基坑成型后的排水施工

基坑開挖施工到設計標高時，在基底下開挖排水溝，按設計要求結合現場實際，在基坑支護邊沿設置300mm×300mm的磚砌排水溝。排水溝采用M5水泥砂漿砌筑MU10頁巖磚，并進行1∶2.5水泥砂漿抹灰15mm厚，排水溝的坡度斜向設置在四個角點的集水坑，基坑開挖時進行放坡，其坡向應為中間高逐步向四周排水溝傾斜的均勻坡度，集水坑內的積水采用潛水泵抽排入降水井沉淀（砂）池后統一排出。

6.降水井應急預案

根據本工程的特點，為了保證降水效果，針對在降水過程中可能出現的問題，編制了相應的應急措施：

6.1在實際降水運行期間，由于各種原因，可能出現抽水泵、電纜線等損壞的情況，造成降水運行中斷，為了避免出現這種問題，在施工過程中應預先備好備用抽水泵及相應物資，在抽水泵出現異常情況時立即更換，避免出現對降水質量造成影響的事故。

6.2在基坑開挖前必須要有足夠的加真空預抽水時間，這樣才能保證土體的疏干效果，如果連續墻有滲漏，導致降水效果差，及時對連續墻進行堵漏，同時降水井根據降水的實際情況在每層開挖后有針對性的采取適當加真空進行輔助，確保基坑的順利開挖。

6.3在開挖過程中，由于各種工程樁較多較密集，施工過程中做好井點保護工作，以免在開挖過程中井管被挖斷、損壞，導致泥土井入井內，堵死降水井造成降水井點失效，影響降水效果。

6.4根據本工程的土質情況，如果遇到雨季施工，及時排干坑內的積水，以免造成土體液化，對降水效果及基坑的其他施工產生影響，同時避免坑內的明水進入井內，回灌至地層、堵死降水井過濾器，給降水帶來不必要的影響。

6.5根據本工程的分區、井口數量及水泵功率，應配備4臺300千瓦柴油發電機，分別放置于工程四個分區內。

7.小結

基坑工程中對場區地下水處理采用排降法較阻擋法的最大缺陷是會引起鄰近建筑物的不均勻沉降。當不均勻沉降達到一定程度時，鄰近建筑物就會裂縫、傾斜甚至于倒塌。降水工程的成功取決于對本地區復雜地層的充分理解、正確的降水設計方案以及嚴格的質量控制，因此配合基坑邊坡支護進行降水設計和施工，必須高度重視降水對鄰近建筑物的影響，把不均勻沉降限制在允許的范圍內，以確保基坑及周圍建筑物的安全。

參考資料：

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