超高層建筑深基坑降水施工技術分析

張忠樹 江蘇省江都職業教育集團，江蘇 揚州 225212

1 工程概況

本工程擬建65 層五星級酒店，有主樓、裙房(影樓、會議中心及綜合商業中心)組成，整體地下四層的車庫。基坑面積約26000m2，地下停車庫底板標高為-17.1m，北側、西南側基礎厚1.2m，墊層厚0.10m，基坑底標高-18.4m，板底實際開挖深度為16.4m;其他側基礎板厚0.8m，墊層厚0.10m，基坑底標高-18m，板底實際開挖深度為16.0m;承臺高1.5～2.0m，承臺開挖深度16.7～17.2m，5 星級酒店部位底板厚3.5m，坑底標高-20.7m，開挖深度為18.7m，核心筒體部位加深3.6m，即開挖深度為22.9m。本工程基礎總土方量約為50 萬m3。

2 基坑圍護設計

支撐結構設計是本基坑維護設計的核心內容。考慮到該地區土層強度較好，主要為粉砂性土，抗剪強度高、壓縮模量大，現根據周邊環境條件，卸去6m 土體后，采用2 道內支撐。為了使周圍環境造成的影響能夠得到盡量的縮減，提升坑壁的穩定性，這就對支撐系統的強度、剛度有了非常高的要求;不僅需要做到經濟合理，支撐之間還得留出很大的挖土空間，以便于開挖。

本工程主基坑圍護墻采用鉆孔灌注樁D900@1100 擋土，外側采用三軸D1000@1500 攪拌樁隔水;采用放坡結合兩道內支撐的支護形式。主樓電梯坑周圍采用鉆孔灌注樁D600@ 800 擋土，外圍采用三軸D1000@1500 攪拌樁隔水;局部設第三道型鋼對撐。基坑圍護結構剖面圖見1。

圖1 基坑圍護結構剖面示意圖

3 降水方案設計

3.1 降水目的

因隔水攪拌樁沒能穿透砂層進入不透水層，降水分為三個階段:⑴第一階段開挖6m，需控制水位至當前開挖面下1.0m。為保障坑外放坡穩定性以及適當降低坑周地下水頭壓力，根據委托方要求，需考慮在坑外泄土平臺上東、西、南側設兩級輕型井點，北側設一級輕型井點。坑外輕型井點需始終保持抽水，直至結構完成至+0.00m。⑵第二階段開挖到裙房及主樓坑底，挖深16.4～18.70m，坑內需提前設置好降水井，降低開挖范圍內土中的地下水位及被開挖土體的含水量，便于挖掘機開挖施工和坑內作業;⑶第三階段開挖至主樓電梯間坑底，挖深22.9m，需將深坑內的地下水位控制在坑底以下1m。

3.2 降水井布設

降水井布置如下表1 所示:

表1 降水工作量統計表

3.3 管井構造

⑴井口:井口應當較之地面更高，高度最好保持在0.3～0.5m 范圍內，避免出現地表污水滲入到井內，在進行封閉時，通常應選用水泥漿和優質粘土，而深度則應當設定為2～4m 范圍內。⑵井壁管:井壁管均運用Φ273 對鋼管進行焊接，井壁的厚度則通常設置為3mm 厚。⑶過濾器:在圓孔濾水管對各類管井進行處理，并用60 目尼龍濾網將濾水管的外層包裹，井壁管、濾水管的直徑基本相同。⑷沉淀管:沉淀管主要發揮過濾器的作用，不至于因井內沉砂對進水造成堵塞，另將沉淀管與濾水管底部連接，但濾水管、直徑應當保持相同長度，以1.00m 為宜，同時采用鐵板對沉淀管底進行密封。

3.4 基坑底板穩定計算

基坑開挖后，由于承壓含水層上覆土層厚度變薄，其上覆土的壓力降低。當上覆土的壓力小于或等于承壓含水層的頂托力時，承壓水將可能使基坑底面產生隆起，嚴重時使土體被頂裂產生滲水通道，從而發生基坑突涌。

通常采用式⑴判別基坑開挖后是否處于抗底部承壓含水層突涌(以下簡稱“抗突涌”)穩定(安全)的狀態。如圖2 所示。

式⑴中:

Ps—承壓含水層頂面至基底面之間的上覆土壓力，(kPa)

Pw—初始狀態下(未減壓降水時)承壓水的頂托力，(kPa)

hi—承壓含水層頂面至基底面間各分層土層的厚度，其和等于圖5-1 中的h，(m)

γsi—承壓含水層頂面至基底面間各分層土層的重度，本工程取平均值18.0，(kN/m3)。

H—高于承壓含水層頂面的承壓水頭高度，即圖2 中所示H，(m)

γw—水的重度，工程上一般取10，(kN/m3)

Fs—安全系數，工程上一般取1.05～1.20;本工程取1.10.

圖2 基坑底部抗承壓水突涌穩定性驗算原理示意圖

孔隙承壓水主要賦存于4-2 層以深砂性土中，接受側向補給，以側向徑流為主，富水性較好。根據區域水文地質資料，地下水位埋深一般為2～4m。本工程的最大基坑開挖深度為22.90m，擬建場區內第4-2 層承壓含水層最淺埋深為71m，承壓水位埋深按照最不利深度2.0m 進行計算，得Ps/Pw=1.32 ＞1.05，因此，4-2 層微承壓水層對本基坑開挖與施工無影響，無需進行減壓降水。

4 管井成井施工工藝

4.1 工藝流程

具體成井施工流程見圖3。

圖3 成井施工流程圖圖

4.2 埋設護口管

在對護口管進行埋設的過程中，應在護口管底部插入到原狀土內，同時再運用草辮子或者粘性土在管外進行密封處理，防止在施工過程中，出現外回漿的情況，護管上部相較于地面，應適當高出0.1～0.2m。

4.3 測放井位

按照設計圖紙對井位進行測放，若在施工時，出現樁位等導致實施施工受阻或者因條件有限導致施工不順的情況，都可在現場根據實際情況對其做出相應的調整。

4.4 鉆機安裝

安裝鉆機時，為了保證孔的垂直度，機臺應安裝穩固水平，大鉤對準孔中心，大鉤、轉盤與孔的中心三點成一線，嚴把開孔關，鉆頭與鉆桿連接處帶兩根鉆鋌，并且，彎曲的鉆桿不以進洞。

4.5 鉆進成孔

施工機械設備選用GPS-10 型工程鉆機及其配套設備。開孔的孔徑應設定為Φ600mm，當鉆孔的深度達到設計要求后，可適當再深入0.3～0.5m。在鉆井施工時，若發現實際情況與勘察資料有出入，這時必須聯系設計人員對井做出相應的調整，避免出現濾水管安放后，無進水的情況。在進行鉆井處理時，需對鉆機水平進行提升，使鉆孔能夠始終保持垂直。

4.5.1 清孔換漿

當鉆孔達到設計要求之后，可將鉆桿提前提到距離孔底0.5m 的地方，將沖孔中的雜物進行清除，此外，將孔內的泥漿密度調升到1.08，而孔底的沉淤則應當低于30cm，直至返回的泥漿中不在包含有任何的塊土即可。

4.5.2 下井管整到

檢查井管焊接，井管接頭使用套接型進行焊接，套接接箍長20mm，套入上下井管各10mm;套管箍接箍和井管焊接，焊縫均勻，無砂眼，焊縫堆高不得小于6mm。對井管檢查完成后開始下井管，下井管過程中為了確保濾水管居中，過濾管的兩端分別設有一個直徑小于5cm 扶正器，扶正器使用梯形鐵環，上下部扶正器鐵環應1/2 錯開，不在同一直線上。

4.5.3 洗井

實施洗井主要是為了確保含水層中的泥漿能夠被完全的抽出，進而保證含水層孔隙得到有效恢復;在進行抽吸時，能夠對含水層中的一部分細顆粒完全吸出，保證含水層的孔隙能夠被擴大，最終形成人工過濾層。

圖4 空壓機洗井原理示意圖

在將鉆桿提出之前，可通過對井管中的鉆桿與空壓機進行連接，及時對空壓機實施抽水處理，當井出水時，即可將鉆桿提出，并采用活塞實施洗井。井管內徑與活塞直徑之間的差應當控制在5mm 以內，同時還需要在活塞桿的底部添加一個活門。在進行洗井的過程中，必須從濾水管下部向上對活塞進行拉動，使水能夠從孔口溢出，若井的出水量相對較少，則應當將活塞放置在過濾器的位置，進行上下竄動，使孔壁泥皮能夠得到有效沖擊，與此同時，應當向井邊注入水邊對活塞進行拉動。直至溢出的水中不再含有泥砂即可，可運用空壓機對水洗井進行抽吸，使管底沉淤能夠被及時的吹出，直至水清澈即可。

4.5.4 下泵抽水

對水泵進行安裝，并在安裝完成之后進行正常的運轉，即實施試抽水處理。在對管道以及電纜進行布置時，應注意避免在抽水時進行，以免發生遭受損壞的情況。在進行降水處理時，應當運用管道將水及時排放到周圍的溝渠內，通過排水溝使水能夠及時被排放到預先設定的排水溝渠內，定時對場地周圍的排水管道進行清理，使排水系統能夠得到更好的運行。

4.6 水位觀測

根據工程的實施情況以及相關計劃安排，在基坑圍護完成施工之后，立即對其進行2-3 周的預降水處理。為了確保降水井具有更好出水效果，避免出現“死井”的情況，為此，當出現停抽情況時，就應給予降水井維護和管理處理，并安排人員值班進行輪流查看，保證每30min 觀察1 次，直至水位逐漸穩定之后，即可每2h 進行1 次觀察。

4.7 封井

基坑外的疏干管井若無特殊要求，一般不予拔除，只做回填。當基坑外降水井在降水結束后直接回填，回填物可為砂子或砂、石子混合料，井口部位用黏土封填并搗實。也可全部用黏土封填搗實。基坑內降水井采用混凝土封井。

5 結語

綜上所述，管井降水可以達到預期的效果。只要按照據工程地質和水文地質條件，良好的設計方案，注重施工技術，嚴格按照施工要求，方可達到一個預定的降水深度。由于管道井施工是隱蔽工程，一定要注重全過程的質量監督。嚴格控制管直徑，鉆孔深度，井管的制備，濾料級配，回填質量，聯合洗井，抽水運行等關鍵工序，不合格的不驗收。

［1］《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-99.

［2］《建筑與市政降水工程技術規范》JGJ/T111-98.

［3］《地基處理技術規范》(DBJ15-28-2005).

［4］《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002/J220-2002).