淺談基坑降水

段武奎

1 工程概況

1.1 基本概況

太原警備區2號住宅樓及地下車庫工程位于太原市南宮南街與南宮西路交叉口的西南角,工程由1幢地上32層高層住宅及地下車庫組成,設有兩層地下室,地下車庫均連通。基礎采用鋼筋混凝土后壓漿鉆孔灌注樁(筏板基礎)。

基坑底標高為775.1m,現自然地坪平均相對標高取783.7 m,則基坑實際開挖深度為8.6 m,電梯井坑局部挖深,2號住宅樓及地下車庫東西向長度約73.1 m,南北向長度目前深度還未確定。基坑平面形狀呈不規則長方形周長約238.6 m;2號住宅樓基坑與同時正在施工的3號住宅樓基坑的地下車庫相互連通,兩樓基坑總周長約424 m。

1.2 周邊環境條件

警備區2號住宅樓北側距基坑邊線9.2 m現有一棟地上3層磚混住宅樓,西側距基坑邊線7.4 m有一棟地上3層住宅樓及一座平房,這兩棟住宅樓及這座平房暫時不能拆遷,原設計的車庫受到影響,目前先考慮車庫做到距已有住宅樓約2.5 m,以后再外擴到原設計尺寸,東側、南側距離基坑邊線約9 m,均為地上5層住宅樓。

基坑四周的建筑物均為磚混結構,均設一層地下室,基礎埋深約3 m,地基處理僅為簡單的灰土地基,且建筑年代較長。

1.3 工程地質條件及水文地質條件

1)該場地屬于汾河東岸Ⅰ級階地地貌單元,現場地地形較為平坦,地面標高介于783.21 m～784.05 m之間,相對高差為0.84 m。經勘察鉆探險揭露,在基坑開挖影響深度范圍內的地基土主要由雜填土、素填土、粉質黏土、粉土、細中砂等組成。2)場地內主要含水層及其性質：場地地下水類型淺層地下水為孔隙潛水,含水層主要為①2素填土層,主要由大氣降水及側向徑流補給;第③層粉質黏土以下地下水為承壓水,以④,⑥層為主要含水層,勘察期間實測穩定混合水位埋深為地表下1.32 m～2.10 m,根據汾河沖積平原地區地下水位,每年12月～次年1月為枯水期,7月～9月為豐水期,地下水位變幅為0.8m～1.4 m,勘察期間為豐水期。

2 基坑降水方式的選用

基坑降水方法主要有：明溝加集水井降水、輕型井點降水、噴射井點降水、電滲井點降水、深井井點降水等等。各種降水方法有其特點和適用情況,比較如下：1)明溝加集水井降水。明溝加集水井降水是一種人工排降法。它具有施工方便,用具簡單,費用低廉的特點,在施工現場應用的最為普遍。在高水位地區基坑邊坡支護工程中,這種方法往往作為阻擋法或其他降水方法的輔助排降水措施,它主要排除地下潛水、施工用水和天降雨水。2)輕型井點降水。輕型井點降水(一級輕型井點)是國內應用很廣的降水方法,它比其他井點系統施工簡單、安全、經濟,特別適用于基坑面積不大,降低水位不深的場合。3)噴射井點降水。噴射井點系統能在井點底部產生250 mm水銀柱的真空度,其降低水位深度大,一般在8 m～20 m范圍。它適用的土層滲透系數與輕型井點一樣,一般為0.1 m/d～50 m/d。但其抽水系統和噴射井管很復雜,運行故障率較高,且能量損耗很大,所需費用比其他井點法要高。4)電滲井點降水。電滲井點適用于滲透系數很小的細顆粒土,如黏土、亞黏土、淤泥和淤泥質黏土等。這些土的滲透系數小于0.1 m/d,用一般井點很難達到降水目的。利用電滲現象能有效地把細粒土中的水抽吸排出。它需要與輕型井點或噴射井點結合使用,其降低水位深度決定于輕型井點或噴射井點。在電滲井點降水過程中,應對電壓、電流密度和耗電量等進行量測和必要的調整,并做好記錄,因此比較繁瑣。5)管井井點降水。管井井點適用于滲透系數大的砂礫層,地下水豐富的地層,以及輕型井點不易解決的場合。每口管井出水流量可達到50 m3/h～100 m3/h,土的滲透系數在20 m/d～200 m/d范圍內,降低地下水位深度約3 m～5 m。這種方法一般用于潛水層降水。6)深井井點降水。深井井點是基坑支護中應用較多的降水方法,它的優點是排水量大、降水深度大、降水范圍大等。

針對本工程地質情況以及周邊環境狀況,采用管井降水,并結合深井降水,外側布設注水井、觀測井。該建筑場區勘察報告揭示,地面下16 m(個別鉆孔14 m)為細砂層,砂層底20 m～23 m,由于機械能力要全部封堵砂層,困難較大,故采用深層攪拌樁帷幕止水,高壓旋噴樁封堵砂層,止水帷幕深度確定為自然地面下17 m,高壓旋噴樁深度為自然地面下25 m,深層攪拌樁與高壓旋噴樁在樁頂處搭接,并相互咬合200 mm。

3 降水設計及施工要求

1)止水帷幕：基坑西側、北側采用在鉆孔灌注樁外側設2排深層攪拌樁作止水,東側、南側在兩排灌注樁中間設2排深層攪拌樁作止水,攪拌樁深度為自然地面下17 m。攪拌樁有效樁長：東側、南側為14.7 m(-18.2 m～-3.5 m),西側、北側為16.5 m(-18.2 m～-1.7 m);東側、南側圍墻加固段有效樁長 6 m(-7.2 m～-1.2 m),保護長度均為0.5 m,樁徑 500 mm,樁距、排距均為 300 mm,水泥采用 P.S32.5水泥,水灰比0.5～0.6,水泥用量65 kg/m。止水帷幕外,緊貼攪拌樁,采用1排高壓旋噴樁封堵砂層,高壓旋噴樁樁頂標高在自然地面下14 m,旋噴樁樁頂與攪拌樁樁底搭接長度3 m,樁與樁相互咬合200 mm,旋噴樁樁底標高位于自然地面下25m,有效樁長11m(-26.2 m～-15.2 m),樁徑500 mm,搭接長度200 mm,采用P.S32.5水泥,水泥用量大于300 kg/m。2)降水井采用管井降水。降水井布設以密布小降深抽水為原則,相距12 m布井,井深14 m(井深度以不抽第④層水為原則),孔徑600 mm,井徑300 mm,無砂管做井管,0.5～2碎石作濾料,管外纏2層40目紗網,防止細砂流入,施工時,降水井井深為16 m,底下2 m為實管,上部為花管,另外為減少第④層水頂柱補給、基坑底隆起及考慮電梯井施工等因素,在基坑內另設19 m的管井抽取第④層水,管井參數與降水井相同。3)注水井、觀測井施工要求。基坑內觀測井與降水井一致。基坑外觀測井、注水井井深10 m,其他要求與降水井一致。抽水時,水泵放在基坑下0.5 m～1.0 m處,不得過深。當降水井不滿足要求時,采用明排措施,在基坑內合適的位置挖集水坑進行大泵量強制抽水。

4 實測結果及分析

為了全面了解及掌握基坑降水的效果,以及對基坑本身及周邊建筑物的影響,在基坑內設置了兩眼觀測井,在基坑的周邊布置了相當數量的沉降觀測點,從基坑開挖到回填土施工進行了全過程安全監測。

經過監測,最大水位移點位W3,W7,其位移值分別為10 mm,14 mm,在允許變形范圍內。

周邊建筑物沉降實測結果分析：實測結果表明,施工前期,隨著基坑降水時間的延長,沉降逐漸增加,后又逐漸反彈,之后沉降和變形便趨于穩定,最大沉降值9 mm,滿足規范要求。說明基坑降水方案合理、經濟、可靠。

地下水位觀測結果：監測結果顯示,隨著基坑開挖的加深,地下水位逐漸變深,基坑開挖到設計標高時,地下水位最終基本穩定在-12 m左右。

5 結語

深攪帷幕止水與坑內降排水聯合方案,雖然在該工程得到成功應用,比預定工期提前15 d完成,施工造價控制在預算范圍以內。但它不是深基坑降排水施工技術的唯一方案,深攪帷幕止水與坑內降排水聯合施工技術方案也不是萬能的。各個工程的具體降排施工方案必須依其水文地質資料和周圍環境情況,認真進行深入細致地分析論證和設計,方可得出合理、可行的深基坑降排水施工技術方案或措施。

實施深基坑降排水的工程項目,不管其降排水方案多么周密、完善,在基坑土方開挖與支護的過程中,出現局部地質變異性大、局部流砂或涌水、積水現象也是在所難免的,應先充分考慮相應的應急預案或處理措施也是很有必要的。降排水方案是否妥當,在很大程度上也是決定著深基坑施工技術方案是否成功的主要因素之一。

[1]王 君.基坑降水方案的選型與實施[J].山西建筑,2009,35(23)：117-118.