濕地軟土地基深挖基坑降水施工工藝

摘 要：哈爾濱松花江避暑城排水（污水）工程（一期工程）施工，位于哈爾濱市松江避暑城區域內，該項目主要管線分布為東環路兩側，共計17946m。由于濕地設計施工常水位標高為112.2-114.5米，設計管道埋深2～9m，平均埋深均在8-9m左右，地質條件差，并且臨近已完道路及雨排管線，大部分排水管均低于地下水位標高，在施工過程中均要降水處理。若采用明排方式降水，抽水量小于涌水量，降水效果不明顯，不能保證設計要求的干槽施工。為保證施工安全和對鄰邊道路及管線的保護，本工程采用鋼板樁圍護開槽法施工；設計要求管線需干槽施工，并且兩側水位較高，為達到較好的降水效果有利于施工，現采用槽內安置污水泵明排坑槽內積水，在鋼板樁外設置降水井的降水工藝。

關鍵詞：軟土地基；深基坑；降水

1 概述

哈爾濱松花江避暑城工程是哈爾濱市政建設和經濟開發的重點工程，松花江避暑城地區大部分位于松花江畔濕地范圍內，該地層具有含水量高，孔隙比大，承載能力低等缺點，因此在前期的基礎設施建設工程中要對軟土地基進行處理，例如在道路工程建設過程中采用了吹填砂施工技術完成了軟土地基處理，效果比較理想。

由于松花江建設管理單位的協調不一致，導致基礎道路已經建設完成后，才開始進行污水和雨水排水的設計和施工，且污水和雨水排水的設計幾經修改，污水管的平均設計埋深在8-9m左右，開挖工程量巨大，且根據設計文件，污水管和雨水管均沿著道路鋪設。由于污水和雨水排水管埋深已經低于路床，且遠低于該地區地下水位，在路基開挖過程中，將會有大量的地下水滲入，尤其是沿著原有路基的地下水滲入，將導致原有路基的損壞。且該地區環境比較復雜，可借鑒的施工經驗較少，且工期緊，任務量大，尤其是夏季降雨對深挖工程有著重要影響，因此在深挖污排和雨水排施工過程中如何有效控制原有路基穩定，降低施工擾動，采取有效的降水工藝使本工程順利完成是關鍵。

2 工程概況

本項目為哈爾濱松花江避暑城排水（污水）工程（一期），主要管線分布為東環路兩側，共計17946m，南起櫻花路（起點K2+596.366），中心南北路環島（終點K10+720），一期工程四個路段的地下水位標高在112.5-114.5m之間，根據設計文件，雨水管道沿道路鋪設，結合地形和道路坡度，盡量依靠重力流來排放雨水，除部分路段外，大部分路段均需要深挖處理，最大挖深9.5m，由此可知，大部分排水管均低于地下水位標高，在施工過程中均要降水處理。由于避暑城占地面積較大，大部分處于濕地軟土條件下，內部水系眾多，因此給污水管的深挖鋪設工程帶來較大難度。

根據勘察結果及區域性地下水資料，本工程區域地下水類型主要為松散巖類孔隙水，含水層主要由中粗砂組成，系由粉細砂②層、中砂③層、粗砂④層、中砂⑥層、中砂⑦-1層、中砂⑧層、粗砂⑩層、礫砂 層和細砂 -1層組成的含水巖組，地下水類型為孔隙潛水，含水層總厚度20-30m，靜水位埋深1.30-5.70m，標高111.47-115.15m，水位變幅大于3米，該含水層與松花江水力聯系密切。本工程位于濕地中，緊鄰松花江支流，雨季施工期間水位變化大，最高水位116.5m，最低水位114.5m。

避暑城東環路位于松江濕地內，填筑方式為吹填砂及人工填砂路基，路基兩側水位較高，現場實測水位統計結果如表1，實測水位較設計水位均高出1m左右，由此將導致施工降水困難。

污排管線中心線距離東環路瀝青路面外側邊線11m，距離東環路雨水管線中心線9.5m。分部如圖1所示。

避暑城工程大部分位于濕地環境，地下水位高，大部分路段都存在著軟土路基，污排深挖施工時的地下水滲透，路基邊坡滲流等影響需要考慮。因此施工降水成為全線施工重點工藝。

3 降水工藝

根據現場試驗段施工情況可知，如果不進行降水作業，那么將出現從基坑底部向上涌水、涌砂現象，極不利于路基的穩定和無法下管施工。若采用明排方式降水，抽水量小于涌水量，降水效果不明顯，不能保證設計要求的干槽施工。

本標段污排施工開挖深度較深，平均深度為8～9m，地質條件差，且施工水位較高，并且臨近已完道路及雨排管線，為保證施工安全和對鄰邊道路及管線的保護，本工程采用鋼板樁圍護開槽法施工；設計圖紙要求管線需干槽施工，并且兩側水位較高，為達到較好的降水效果有利于施工，現采用槽內安置污水泵明排坑槽內積水，在鋼板樁外設置降水井的降水工藝。具體如下：

放線→定井位→挖泥漿坑→挖探坑→鉆機就位→鉆孔→換漿→下井管→填濾料→粘土封井→洗井→下潛水泵試抽水→鋪設排水總管及沉砂池→聯網抽水→降水維護。

3.1 準備工作

落實現場的施工條件，解決“三通一平”，先期進行井管及濾料的選購和試驗工作，檢修設備，合理調配人力，編制施工方案及審批等，各種施工材料、設備、人員進入施工現場。

3.2 測量放線

根據提供的基坑開挖頂邊線，側放出管井井位并作保護。放線時井室編號1-1、1-2、1-3……，為保證安全，各井點距基坑上開口線2.0米以上。

3.3 挖泥漿池

據場地條件在基坑內距降水井3m處挖泥漿池，每1～3口井共用一個泥漿池。泥漿池大小為3000×3000×1500mm。

3.4 挖探坑

為清除井位下障礙物，應在井位處挖探坑，場地東側的井位挖直徑800mm，深1.0～1.5m，當井口土質松散時，須設置護筒，避免泥漿侵泡沖刷導致孔口坍塌。

3.5 下井管

井管下入前注入清水置換全井孔內泥漿，泥漿泵抽出孔內沉渣并測定孔深。換漿過程中務必安排好泥漿及渣土的清運工作。大口徑降水井井管采用無砂砼濾管，在預制混凝土管鞋上入置井管，在底部中間設導中器，四周栓8號鐵絲，緩緩下放，當管口與井口相差200mm時，接上節井管，接頭處用玻璃絲布粘貼，以免擠入混砂淤塞井管，豎向用2～4條長2～3米，30mm寬竹條2道鐵絲固定井管。為防止上下節錯位，在下管前將井管依方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，為防止雨水泥砂或異物流入井中，井管要高出地面300～500mm井口加蓋。

3.6 填濾料

井管下入后立即填入濾料。濾料沿井孔四周均勻填入，宜保持連續，將泥漿擠出井孔。填濾料時，應隨填隨測濾料填入高度，當填入量與理論計算量不一致時，及時查找原因，不得用裝載機、手推車直接填料，應用鐵鍬下料，以防不均勻或沖擊井壁。如遇蓬堵可用水沖。填料完成在洗井過程中發現礫料下沉過大，應補填至井口下2000mm處。

3.7 水泵安裝

潛水泵用絕緣通電源，鋪設電纜和電閘箱，安裝漏電保護系統。

3.8 抽降

聯網抽降后應視水位變化情況，有效的合理的啟動水泵。

3.9 記錄

做好觀測記錄，每天中午上報一次，定降水井數量及降水時間。

4 降水計算書

取單個井段作為計算單位，井段按長40m，寬2米計算

單井深度：18m

土層滲透系數：K=8.0×10-5cm/s=0.7m/d

原靜止水位標高：116m

降水后水位標高：111m

水位降深：S=5m

基坑面積： A=40*2=80m2

基坑等效半徑：r0=η（L+B）/4=1.06（40+2）/4=42.24m

降水影響半徑：R=2SHK=2*6.2*12*7.0=34.78m

R0=R+r0=34.78+19.875=54.66m

基坑用水量計算：

Q=1.366K*{[（2H0-S0）S0]/log（R0/r0）}=1.366*0.7*{[（2*12-6.2）*6.2]/log（54.66/19.875）}=105.526/0.439=240.38m3/d

單口管井極限出水能力：

q=24*’’adl=24* 130 165*5.1=45.69m3/d

設計降水井數：1.1×Q÷q=1.1×240.38÷45.69=8.7≈9口

井間距為40/（9-1）=5米

5 降水井結構及布置

降水管井設計開孔口徑Φ500mm，一徑至終孔深度。鉆進工藝采用反循環回轉鉆進工藝，地面泥漿需作排放處理。降水管井安裝PE濾水管Φ300mm。要求井管必須垂直，不能錯位。礫料選擇Φ3～Φ5mm，四周均勻投礫，填至距地表2.0m時用粘土封井止水。井結構設計見圖2。

降水井鋪設在不影響基坑開挖的基礎上，按照開挖段落單排布置（40m為一個開挖段）， 降水井間距5m，按照降水標高，來合理選擇降水井的深度，根據計算書計算確定，井深應為18m，局部根據土方開挖的情況略有調整，開挖時需提前24小時降水直至管溝回填結束。

6 井點降水通病及預防措施

6.1 現象

抽出的地下水始終不清，水中含砂量較多，基坑附近地表沉降較大。

6.2 原因

井管濾網破損，井管濾網孔徑和砂濾料粒較大。失去過濾作用。土層中的大量泥砂隨地下水被抽出，濾層厚度不足。

6.3 預防措施

下井管必須嚴格檢查濾網，發現破損或包扎不嚴密應及時修補，井管濾網和砂濾料應根據土質條件選用。當始終抽出渾濁的井點，必須停止使用。

7 降水注意事項及防護措施

（1）抽水設備的電器部分必須做好防止漏電的保護措施，嚴格執行接地接零和使用漏電開關三項要求，施工現場電線應架空布設，用三相五線制。每臺水泵配置一個控制開關，主電源線路要沿深井排水管路設置。

（2）嚴禁非機械工操作現場機械。

（3）夜間施工保持足夠的亮度。

（4）健全質量保證體系，及時做好相關施工記錄。

（5）工作區域內井管同時抽水，使水位差控制在要求限度內。

（6）井管安放應力求垂直并位于井孔中間，井管頂部應比自然地面高0.5m。

（7）井管與土壁之間填充的濾料應一次完成，從井底填到井口下1.0m左右，上部采用不含砂石的粘土封口。

（8）大口井成孔直徑，必須大于濾管外徑50cm以上，確保濾管外圍的過濾層厚度。

8 結束語

由于本工程位于濕地環境中，地下水位較高，且現有路基是通過吹填砂施工工藝完成的軟土地基處理，在溝槽開挖過程中對吹填砂路基的擾動破壞尚不清楚，由于挖深較大，土體壓力將會隨著挖深逐步增加，開挖時溝槽底部和邊坡處必將由于壓力差出現大量滲水，滲水過大將會導致出現管涌現象，從而導致既有路基的大面積沉降和坍塌破壞，因此有必要對污排深過程中的滲流狀況進行研究，提出有效的降水措施，優化施工工藝和施工過程，保證路基的穩定性。通過本項目的施工，確定高水位軟土地基的污排深挖的施工方案，指導施工，為今后的類似工程提出建議。

參考文獻

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