聚和華大廈基坑降水設(shè)計與施工管理

高宇澄，吳　翔，張立孝，張耀龍

(中天建設(shè)集團有限公司，浙江 杭州 310020)

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聚和華大廈基坑降水設(shè)計與施工管理

高宇澄，吳翔，張立孝，張耀龍

(中天建設(shè)集團有限公司，浙江 杭州 310020)

對聚和華大廈基坑降水設(shè)計與施工進行了分析總結(jié)。該項目根據(jù)工程周邊概況和工程地質(zhì)條件，選擇合理的降水設(shè)計方案與施工方法，保證了基坑土方開挖的順利進行，以及周邊建筑與管線安全，取得了較好的效果。

深基坑；降水設(shè)計；施工管理

1　工程概況

1.1工程概述

聚和華大廈位于天津市和平區(qū)新華路與長春道交口西南側(cè)，包含酒店式公寓、商業(yè)、地下停車場，是大型公建項目。該項目占地14 760 m2，總建筑面積71 139.89 m2。地下共計3層，基坑面積為9 400 m2。建筑標高±0.00 m相當(dāng)于標高2.85 m。現(xiàn)場地表平均標高為2.30 m，即建筑標高-0.55 m。基坑普遍開挖至建筑標高-14.95 m，擬開挖深度14.4 m。

1.2周邊情況介紹

場地地處華北平原，屬沖積、海積低平原。場地地勢較平坦。

項目位于天津市和平區(qū)商業(yè)繁華的“勸業(yè)場”地區(qū)，人流密集，道路狹窄，現(xiàn)場情況較復(fù)雜。除南側(cè)馬路對面為友誼新天地廣場外，其余三側(cè)馬路對面均為老居住區(qū)。地下室基礎(chǔ)距離南側(cè)友誼新天地廣場(樁基礎(chǔ))約為21.0 m，距離北側(cè)四德里2層樓(淺基礎(chǔ))約為18.0 m，距離西側(cè)新津里5層樓(淺基礎(chǔ))約為29.6 m，距離東側(cè)長春道對面2層樓(淺基礎(chǔ))約為18.2 m，見圖1。

根據(jù)市政管線圖，場地周邊密布管線，但是除北側(cè)新華路便道下存在電力管線外，其余管線均位于道路下方。

1.3水文地質(zhì)條件

根據(jù)抽水試驗報告及本場地巖土工程詳細勘察結(jié)果，工程場區(qū)地表下約50 m深度范圍內(nèi)可劃分為四個含水層。

1.3.1潛水含水層

根據(jù)勘察報告，該場地潛水靜止水位大沽標高1.40 m左右,建筑標高-1.45 m。

圖1　基坑周邊環(huán)境

1.3.2第一承壓含水層

1.3.3第二承壓含水層

1.3.4第三承壓含水層

根據(jù)抽水試驗報告，本場地第二承壓含水層的穩(wěn)定水位為大沽標高-4.9 m,建筑標高-7.75 m。第三承壓含水層的穩(wěn)定水位為大沽標高-5.7 m,建筑標高-8.55 m。

第二承壓含水層滲透系數(shù)為1.40 m/d，影響半徑為120.0 m。

依據(jù)本工程巖土工程勘察報告，本場地各土層室內(nèi)滲透系數(shù)見表1。

表1　各地層室內(nèi)滲透系數(shù)

根據(jù)上述承壓含水層的分布、水位標高及基坑開挖深度的情況，經(jīng)計算，本場地內(nèi)第一承壓含水層對基坑開挖存在突涌破壞的風(fēng)險，第二、三承壓含水層不會對基坑造成突涌破壞。

根據(jù)上述工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及本基坑的開挖情況，現(xiàn)繪制“地質(zhì)剖面與止水帷幕底界示意圖”，見圖2。

圖2　地質(zhì)剖面與止水帷幕底界示意圖

2　工程降水設(shè)計方案

2.1降水目的

根據(jù)本工程基坑開挖及基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)施工要求，本方案設(shè)計降水的目的為：

1)疏干開挖范圍內(nèi)土體中的地下水，方便挖掘機和工人在坑內(nèi)施工作業(yè)；

2)降低坑內(nèi)土體含水量，提高坑內(nèi)土體強度。

2.2降水設(shè)計思路

按需降水，控制抽水量，既要滿足基坑安全施工的要求，同時還應(yīng)滿足控制基坑外潛水位下降導(dǎo)致的地面沉降的要求，是本基坑降水設(shè)計必須遵循的主要原則。本工程降水設(shè)計主要設(shè)計思路如下：

1)由于潛水及第一承壓含水層已被止水帷幕截斷，下部第二承壓含水層不存在突涌風(fēng)險，因此本工程基坑降水重點在于坑內(nèi)疏干降水。

2)對周邊環(huán)境影響風(fēng)險主要來自基坑外地下水繞帷幕底滲流及下部承壓水向坑底越流所造成基坑外潛水位下降而引起的坑外地面沉降。因此基坑開挖到底后，適當(dāng)保留一部分降水井，在滿足基坑施工要求，滿足結(jié)構(gòu)抗浮要求前提下，應(yīng)盡量減小基坑出水量，縮短降水井抽水時間，是控制基坑周邊地面因降水而發(fā)生沉降的有效方法。

2.3降水井設(shè)計

2.3.1疏干降水設(shè)計

基坑開挖前，需要對坑內(nèi)土體進行疏干處理，保證基坑開挖工作面的干燥與土方外運的方便，因此在開挖前在坑內(nèi)布設(shè)一定數(shù)量疏干井，對基坑開挖范圍內(nèi)土層疏干。

本次設(shè)計首先根據(jù)抽水試驗的相關(guān)試驗結(jié)果并結(jié)合相關(guān)規(guī)范及工程經(jīng)驗用面積法對井?dāng)?shù)進行估算。然后通過目的降深下的單井出水量法進行井?dāng)?shù)估算。通過這兩種方法最終確定井?dāng)?shù)。

井身材料參數(shù)見表2。

表2　疏干井材料性質(zhì)表

坑內(nèi)降水?dāng)?shù)量計算公式為：

n=A/a井

式中：n為基坑內(nèi)降水井?dāng)?shù)量，口；

A為基坑面積，m2；

a井為單井有效降水面積，取324m2。

基坑開挖面積A=9 400m2。取n=9 400/324=29口。考慮到降水井的破壞及損壞，需乘以1.1的安全系數(shù)，即共需疏干井32口。

根據(jù)場地周邊單井抽水試驗成果，當(dāng)降深為15m時，單井出水量為12m3/d。考慮到止水帷幕已封閉基坑，因此周邊按零流量邊界條件處理。經(jīng)計算，在抽水歷時15d后，最佳井?dāng)?shù)為34口。計算結(jié)果見表3。

表3　基坑涌水量計算表

綜合上述兩種方法，取井?dāng)?shù)n=32口。

根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗，為確保開挖中有效保護井點及便于后期封井等目的，建議本基坑降水井管材采用無砂水泥井管和鋼質(zhì)井管兩種。鋼質(zhì)井管與無砂水泥井管相比，具有不易破壞，降水效果良好，濾水管不易堵塞等優(yōu)點。可控制降水施工的質(zhì)量，保證降水效果。

2.3.2坑外觀測井設(shè)計

1)潛水觀測井基坑降水施工過程中，必須密切觀察坑外水位，故在坑外設(shè)置8口潛水觀測井，井深15m，即井底標高至-15.55m。

井身材料參數(shù)見表4。

表4　觀測井1材料性質(zhì)表

2)⑧2粉土層承壓水觀測井基坑降水施工過程中，必須密切觀察坑外水位，故在坑外設(shè)置4口⑧2粉土層承壓水觀測井，井深21m，即井底標高至-21.55m。

井身材料參數(shù)見表5。

表5　觀測井2材料性質(zhì)表

3　降水施工與運行管理

3.1降水運行管理要求

1)降水運行前，降水井應(yīng)合理布設(shè)排水管道并便于接入施工現(xiàn)場排水設(shè)施。在降水運行過程及土方開挖過程中，分層分段開挖，每個開挖區(qū)段沿基坑兩側(cè)挖排水溝集水井匯集明水。

2)降水運行前應(yīng)做好降水供電系統(tǒng)，配備獨立的電源線，施工現(xiàn)場設(shè)有兩路工業(yè)用電，降水運行中應(yīng)保證一路工業(yè)用電停電后另一路工業(yè)用電能及時使用。保證停電10min內(nèi)能確保降水井正常運轉(zhuǎn)，避免影響降水效果甚至危害基坑安全。

3)降水正式運行前降水工人應(yīng)熟悉水泵開啟、電路切換，以確保降水連續(xù)進行，避免因供電原因造成井底突水。

4)降水前各降水井均應(yīng)測量其井口標高、靜止水位并進行相關(guān)記錄。

5)降水井成井一口投入降水運行一口，確保能及時疏干基坑開挖范圍內(nèi)土體并降低其水位在當(dāng)前開挖面以下1.0m。

6)基坑開挖后，疏干井割管時應(yīng)及時測量井深，及時采取清淤措施。

7)降水停止并提泵后應(yīng)及時將井封閉，補好蓋板。

8)明確每日日查內(nèi)容，包括：①各井水位、單井出水量、是否存在淤井壞井；②水泵、排水管路、沉淀池中的沉砂量；③周邊地面有無較大沉降及趨勢；④場地內(nèi)電路、開關(guān)箱使用情況等。

3.2封井技術(shù)要求

3.2.1封井時間和基本原則

1)根據(jù)本工程基坑特點，疏干井封井將分為兩步：遠離施工縫和沉降縫的疏干井(占據(jù)總疏干井的1/3)，若水位穩(wěn)定在基坑底面以下0.5～1.0m，在施工基礎(chǔ)底板時可以一次性封閉(疏干井前期封井)；分布在施工縫和沉降縫周邊的疏干井封井時間應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求進行，主要考慮地下室抗浮驗算滿足要求，下部承壓含水層向上越流進入基坑的降水要求，及沉降縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)沉降均衡后澆注沉降后澆帶的時間節(jié)點(疏干井后期封井)。

2)封井前，降水井進行試停抽1～2d，期間應(yīng)密切觀測地下水位變化情況，降水井內(nèi)抽水泵不應(yīng)拔除，且應(yīng)確保抽水泵可以隨時正常開啟。

3.2.2封井方案

1)疏干井前期封井方案封井方法采用井內(nèi)下導(dǎo)管直接澆注混凝土，邊澆注邊振搗密實，并與基礎(chǔ)底板混凝土一起澆注連成一體。

2)疏干井后期封井留井止水方案疏干井后期封井，在基礎(chǔ)底板澆筑時予以保留。留井止水具體做法見圖3。

圖3　留井止水工藝示意圖

后期封井方案如下：

①從井底開始投放黏土球，到墊層以下1m處停止投放；黏土球粒徑不得大于100mm。黏土球投放，應(yīng)采用人工手工投放，不得采用任何工具裝載倒入。黏土球高度測量，采用重錘測繩測量法，確保黏土球投放高度精度<±0.1m。

②在墊層以下1m處開始使用雙液注漿，一次注漿直到基礎(chǔ)底板頂端；雙液注漿宜在封填黏土球靜置24h后進行。

雙液注漿量應(yīng)根據(jù)實際黏土球投放高度，至底板頂面范圍內(nèi)井管的體積確定，一次注漿完成。

③雙液注漿完成1d后，方可割除底板面以上井管，清平管內(nèi)凝固漿體。將底板以上鋼管割掉并在井口處焊接直徑219mm厚4mm鋼板，與井管焊接牢固，封井完畢。

3.3降水監(jiān)測

1)根據(jù)本工程的特點及相關(guān)規(guī)范的要求，監(jiān)測的內(nèi)容有：

①坑內(nèi)疏干降水井水位監(jiān)測；

②坑內(nèi)降水井的流量監(jiān)測；

③坑外觀測井水位監(jiān)測；

④周邊受保護的建筑物的地面沉降監(jiān)測。

2)本基坑安全等級為一級，開挖深度較深，根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(GB50497—2009)》及本工程的特殊環(huán)境等特點，本次施工降水監(jiān)測頻率見表6。

表6　施工降水監(jiān)測頻率表

注：①基坑工程施工至開挖前的監(jiān)測頻率視具體情況確定；

②各道支撐拆除至拆除完成后3d內(nèi)監(jiān)測頻率應(yīng)為1～2次/d。

3)降水監(jiān)測報警值：水位下降累計報警值為800mm，變化速率報警值為400mm/d。

3.4有效控制坑外地面沉降的措施

由于本工程地處鬧市區(qū)，周邊建筑林立，對地面沉降要求較高。基坑降水過程中應(yīng)按需降水。開挖到底后，可保留三分之一左右降水井，保留井可采用自流的方法降水。同時在90d內(nèi)盡快完成后續(xù)工序的施工。所有降水具備封井條件(需經(jīng)主體設(shè)計單位及相關(guān)單位同意)后及時進行封井，以減小對周邊地面沉降的影響。

4　結(jié)　語

我國城市發(fā)展已進入地下空間大規(guī)模開發(fā)階段，深基坑降水工程作為工程項目中的一個重要組成部分，已受到建筑相關(guān)部門的密切關(guān)注。本工程通過采用合理可行的降水設(shè)計方案與施工方法，保證了基坑土方開挖的順利進行，施工取得了很好的效果，得到建設(shè)單位與相關(guān)監(jiān)管機構(gòu)的一致好評。

Precipitation Design and Construction Managementfor the Foundation Ditch of Ju Hua Building

GAO Yucheng, WU Xiang, ZHANG Lixiao, ZHANG Yaolong

2016-03-17

高宇澄(1983—)，男，陜西榆林人，工程師，研究方向為施工技術(shù)與施工管理。

TU46+3

B

1008-3707(2016)06-0026-06