管井降水技術(shù)在地鐵白龍?zhí)豆珗@站深基坑施工中的應(yīng)用

摘要：在地下水位較高的地區(qū)進(jìn)行深基坑開挖，由于含水層被切斷，在壓差作用下，地下水必然會不斷地滲流入基坑，如不進(jìn)行基坑降排水工作，將會造成基坑浸水，使現(xiàn)場施工條件變差，地基承載力下降，在動水壓力作用下可能引起流砂、管涌和支護(hù)失穩(wěn)等現(xiàn)象，因此，為確保基坑施工安全，必須采取有效的降水排水措施。本文通過對昆明地鐵1號線支線白龍?zhí)豆珗@站深基坑施工降水施工總結(jié)，闡述了深基坑施工降水設(shè)計及施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：深基坑;管井;降水;施工應(yīng)用

一、工程概況

昆明地鐵1號線支線白龍?zhí)豆珗@站為地下兩層島式明挖車站，位于呈貢區(qū)祥和路延長線和寶珠街交叉口地下，車站東側(cè)距離白龍?zhí)端畮旒s50米，西側(cè)為安置小區(qū)和商業(yè)區(qū)規(guī)劃地塊。車站主體結(jié)構(gòu)外包長度184m，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.7m，端頭井寬23.8m，基坑深度16.6-18.7m，頂板埋深為3.0-3.8m。車站共設(shè)4個出入口及2組風(fēng)亭，出入口附屬結(jié)構(gòu)均為地下一層，待車站主體結(jié)構(gòu)完工后實施。車站主體結(jié)構(gòu)為二層單柱雙跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)型式，采用明挖順作法施工。車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐（砼支撐和鋼支撐）圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系，沿基坑豎向共設(shè)置3道支撐和1道倒撐，鋼支撐水平間距為3m，混凝土支撐水平間距6m。基坑第一道支撐采用800*800現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐，其余采用Φ609，t=16mm鋼支撐。

二、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

（一）工程地質(zhì)情況

場地巖土層按成因主要為第四系中更新統(tǒng)沖積洪積層（Q?al?pl），各地層特征如下：粉質(zhì)黏土（4）1-3層：灰黃色，棕黃色，可塑，主要成份為黏粒;黏土（4）1-4層：灰黃色，棕黃色，硬塑，主要成份為黏粒;有機(jī)質(zhì)土（4）2-3層：灰黑色，可塑，見腐殖物，味稍臭;泥炭質(zhì)土（4）3-3層：灰黑色，可塑，含有機(jī)質(zhì)約15%，見腐殖物，干縮明顯，質(zhì)輕;粉土（4）4-4層：灰白色，灰褐色，濕～很濕，密實，干強(qiáng)度及韌性低;粉砂（4）5-3層：灰白色，潮濕～飽和，中密;中砂（4）7-3層：灰白色，潮濕～飽和，中密;礫砂（4）9-3層：灰白色，潮濕～飽和，中密。

（二）水文地質(zhì)情況

擬建車站地表水發(fā)育，在車站東側(cè)約10～50m處為白龍?zhí)端畮欤乇硭芗竟?jié)影響，水位在1.2～5.8m。地下水分布主要為上層滯水、孔隙承壓水。其中，上層滯水賦存于表層的黏土中，含水量不大，其動態(tài)受季節(jié)控制，主要接受大氣降水滲入補(bǔ)給;孔隙承壓水：賦存于中更新統(tǒng)沖洪積層之粉土（3）-4、粉砂層（3）-5、中砂（4）-7及礫砂（4）-9層的孔隙中，該含水層分布廣，總體厚度較大，含水豐富，因地層上部覆蓋有粉質(zhì)黏土相對隔水層，使下部空隙潛水具有承壓性。孔隙承壓水主要接受上層地下水的越流補(bǔ)給和上游地下水徑流的側(cè)向補(bǔ)給。

（三）不良地質(zhì)情況

場地局部泥炭質(zhì)土，平均厚度1.04m，土層具中等偏高壓縮性，低強(qiáng)度，該土層不穩(wěn)定。據(jù)《云南省膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)定》（試行），昆明地區(qū)屬膨脹土氣候C區(qū)，土的濕度系數(shù)0.65<ψW≤0.75，干燥度Kc≤0.90，大氣影響深度da=4.00～4.50，大氣影響急劇層深度180～200m。場地內(nèi)黏土（4）1-3、（4）1-4，具有天然密度小，重度變化大、平均孔隙比大、液限高，平均收縮系數(shù)大，遇水膨脹，失水收縮;取樣試驗結(jié)果，自由膨脹28%-62%，平均值42.13%，具熱膨脹潛勢（40≤δef<65）。據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》（GBJ112-87）屬Ⅱ級膨脹土地基。

三、工程特點分析與降水設(shè)計思路

本工程基坑跨越里程較長，開挖較深，緊鄰白龍?zhí)端畮欤拥酌鏄?biāo)高低于白龍?zhí)端矫婕s1.2m，基坑底大部分位于粉砂、粉土層中，粉土、粉砂層重力含水量高，在動水壓力作用下易引起流水、流砂作用，施工中具有產(chǎn)生流砂和基坑突涌等風(fēng)險，引發(fā)基坑安全。因此，基坑安全很大程度上依賴于基坑降水的成功與否，這使得降水設(shè)計的可靠性十分重要。

基坑開挖穿越潛水含水層和承壓含水層，開挖過程中，前期需考慮對承壓水層進(jìn)行降壓，后期需對承壓水層進(jìn)行疏干處理。根據(jù)工程特點，結(jié)合場區(qū)地質(zhì)條件及類似專業(yè)降水設(shè)計及地下水控制經(jīng)驗，該基坑降水采取管井降水施工施工方法，降水井的結(jié)構(gòu)根據(jù)基坑的開挖工況及地層分布特征進(jìn)行設(shè)計。

為加強(qiáng)主體基坑的降水效果，坑內(nèi)降壓井采取不割管處理，靠近混凝土支撐搭設(shè)平臺。對于基坑?xùn)|側(cè)白龍?zhí)端畮焱ㄟ^砂層徑流補(bǔ)給的地下水，結(jié)合潛水含水層及承壓含水層分部，在坑外布設(shè)4口觀測降水井，用于監(jiān)測降水期間的水位變化，必要時開啟坑外降水井降低坑外地下水位，減少坑內(nèi)地下水的補(bǔ)給。

四、降水設(shè)計

（一）管井降水設(shè)計

1.降水井?dāng)?shù)量設(shè)計

基坑開挖深度范圍內(nèi)土層主要為粉質(zhì)粘土、粘土、粉土、粉砂，根據(jù)疏干降水公式，其基坑涌水量Q=μmA，

其中：μ------含水層的給水度，取平均值0.06;

m------降水目的含水層厚度（m），取平均值10.347m;

A------基坑面積（m2），取3744.52m2;

按照以上公式計算開挖范圍內(nèi)基坑總涌水量Q=2324.67m3。疏干降水所需降水井的數(shù)量n=Q/q，根據(jù)抽水試驗開挖范圍內(nèi)含水層的平均單井出水量取7m3/d，按照預(yù)抽水時間20天計算，本工程共需的降水井的數(shù)量n=16.61口。根據(jù)計算書，本基坑共布置17口疏干井，其中，基坑內(nèi)布設(shè)13口，基坑外側(cè)2m處布設(shè)4口，降水井管井內(nèi)徑273mm，降水井沿基坑內(nèi)Z形布置。具體布設(shè)圖見：圖1，具體數(shù)量如下：

降水井設(shè)計表

基坑總涌

水量（m3）

單井出水

量（m3/d）

預(yù)抽水時間（d）

計算井

數(shù)（口）

實際井?dāng)?shù)（口）

井號

2324.67

7

20

61.61

17

J1～J17

圖1降水井平面布置圖

2.降水井深度設(shè)計

根據(jù)本工程，考慮采用計算公式：H=H1+h+JL+l+s2計算降水井深度。

其中：H-降水井深度，（m）

H1-基坑開挖深度，16.9～18.8m;

h-基坑底面至降低后的地下水位的距離，取1m;

J-水位梯度，該工程中降水井取1/8～1/10;

L-降水井井點水平間距的二分之一，平均8.5m;

l-降水井設(shè)計沉淀管長度，根據(jù)地層取1m;

s2-井的水頭損失，根據(jù)地層性質(zhì)及成井質(zhì)量，疏干井的水頭損失一般為3～4m。

參考以上公式，綜合考慮基坑開挖深度、井損、水力梯度等眾多因素的影響，疏干井的深度為坑底以下約6～8m，本工程疏干井的深度設(shè)計為24～26m。

3.井管構(gòu)造

⑴實井管：采用直徑為273mm的鋼管，單管長度為6米;

⑵濾管：采用在直徑為273mm的鋼管上人工鉆孔，單管長度為6米，濾孔孔徑20mm，間距150mm，沿管長及管周呈梅花形布設(shè);

⑶濾網(wǎng)：井管外裹1層80目的錦綸濾網(wǎng);

⑷濾料：井管與井孔間的孔隙采用粗砂回填作為反濾層;

⑸成孔設(shè)備：采用GPS-10型地質(zhì)鉆機(jī)及3PNL型泥漿泵等配套設(shè)備;

⑹抽水設(shè)備：采用流量3m3/h的潛水泵抽水，并根據(jù)實際情況更換出水能力適合的水泵，降水井結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2降水井結(jié)構(gòu)圖

五、井管施工工藝及技術(shù)要求

（一）工藝流程

施工準(zhǔn)備—放樣—鉆機(jī)就位—鉆進(jìn)—清孔換漿—井管安裝—投濾料—洗井—安裝抽水泵—抽水。

（二）技術(shù)要求

成孔：準(zhǔn)備工作完成后開始鉆孔，整孔采用一徑到底，鉆進(jìn)過程中注意觀察返漿，記錄地層情況，考慮抽水期間沉淀物可能達(dá)到的沉積高度所產(chǎn)生的影響，成井深度大于設(shè)計深度30～50cm，并保證鉆孔圓正垂直。鉆孔過程中采集土樣，核對含水層所在部位和土的顆粒組成。

清孔：井管下孔前進(jìn)行清孔作業(yè)，清孔采取注入清水置換，清孔完成測定井深。

井管安裝：清孔結(jié)束后立即吊裝井管，安順序先放已一段封死的濾管，在依次焊接，每節(jié)管焊接對直，確保井管位于孔中間，以保證井管與孔壁間間距不小于150mm，管井與孔壁間的空隙用濾料填實，再在離空口1m的位置用黏土填實。

洗井：管井安裝完成后應(yīng)及時進(jìn)行洗井，一口井能否發(fā)揮作用，取決于洗井的質(zhì)量。洗井常用活塞法或空壓機(jī)壓氣清洗發(fā)，該工程采用空壓機(jī)壓氣洗井，即成井結(jié)束后，接上空壓機(jī)進(jìn)行空壓機(jī)洗井，吹出管底沉淤，直到水清不含砂為止，洗井原理示意見圖4。

圖4洗井原理示意圖

安裝水泵抽水：洗井完成后應(yīng)立即安裝抽水泵進(jìn)行抽水，這樣既可以抽水，又可以檢驗洗井效果，如果洗井后放置一段時間再進(jìn)行抽水，井管有可能淤積，影響抽水效果。

六、降水運行及保障措施

（一）降水運行

試運行：正式降水前必須進(jìn)行試運行，以檢驗供電系統(tǒng)、抽水設(shè)備、排水系統(tǒng)等能否滿足降水要求。試運行之前，準(zhǔn)確測定各井口和地面標(biāo)高，靜止水位，然后開始試運行。試運行結(jié)果進(jìn)行記錄并備案，根據(jù)試運行結(jié)果，對于無法滿足降水要求的部分進(jìn)行相應(yīng)整改。

在降水井成井施工階段要邊施工邊抽水，即完成一口投入運行一口，力爭在基坑開挖前，將基坑內(nèi)地下水降到基坑底開挖面一下1.0m深。水位降到設(shè)計深度后，即暫停抽水，觀測井內(nèi)的水位恢復(fù)情況。

降水運行：降水在基坑開挖前20天進(jìn)行，做到能及時降低地下水位;降水井抽水時，潛水泵的抽水時間間隔自短至長，若井內(nèi)水抽干后，在5～10分鐘應(yīng)立即停泵，防止電機(jī)燒壞;在停泵30分鐘左右再開啟抽水泵進(jìn)行抽水;對于出水量較大的井，每天開泵抽水的次數(shù)相應(yīng)要增多;降水運行過程中，做好各井的水位觀測工作;對降水運行的記錄要及時分析整理，繪制各種必要的圖表，以合理指導(dǎo)降水工作，提高降水運行效果。

（二）保障措施

降水成功與否直接關(guān)系到整個工程的安全，在施工過程中要高度重視降水運行的保障措施。

首先是用電保障，在正常的降水運行過程中，必須有合理的用電保障以滿足降水的運行需求。通常要求施工現(xiàn)場應(yīng)有兩路用電，降水運行中應(yīng)保證一路用電停電后另一路用電能及時使用，確保降水井能夠在最短的時間內(nèi)正常運轉(zhuǎn)，避免影響降水效果甚至危害基坑安全。

其次是現(xiàn)場要有合理的排水設(shè)施以滿足工程的降水需求，加強(qiáng)地面防滲排水，確保雨季施工能及時排除地面及基坑內(nèi)積水;另外就是加強(qiáng)降水的運行管理，降水工人應(yīng)熟悉水泵開啟、電路切換，以確保降水連續(xù)進(jìn)行，避免因供電原因造成井底突水;抽水期間，出現(xiàn)降水正常運行但長期達(dá)不到預(yù)期效果，應(yīng)注意檢查基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏情況;降水停止并提泵后應(yīng)及時將井封閉，補(bǔ)好蓋板。

七、結(jié)語：

通過科學(xué)的布井，嚴(yán)格控制降水井施工質(zhì)量，以及降水運行期間的科學(xué)管理。本工程基坑施工過程中，周邊沉降較小，不均勻沉降符合規(guī)范要求，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形符合規(guī)范要求，很好地解決了地鐵白龍?zhí)豆珗@站基坑施工的降水問題。

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