超深基坑降水施工

崔 志 華

(太原市政工程總公司，山西 太原　030002)

城市綜合管廊是專指在城市道路下建設一個隧道空間，將電力、通信、廣播電纜、給水、排水、熱力、燃氣等市政管線有機綜合集約化地鋪設在同一條鋼筋混凝土隧道內，便于日后進行集中管理的大型綜合性市政基礎設施。綜合管廊由于能更加合理利用地下空間資源，受到國家住建部重視和積極推廣。目前各大城市所建設的管廊正在向更廣、更深方向發展。

一般管廊溝槽(基坑)開挖前，需要降低基坑內地下水位，防止基坑出現流沙、管涌、基底隆起失效、坑壁滑塌，為基坑內安全施工創造條件。

1　工程概況

1.1　管廊概述

運城市中銀北路地下綜合管廊位于中銀北路，全長2.23 km。標準段設計開挖深度為7.6 m，道路十字交叉口處，管廊基坑設計開挖深度為12 m～12.85 m。采用明挖法、人工降水施工(如表1所示)。

1.2　工程水文地質條件

在勘察深度范圍內該場地地層主要由近期①人工填土，②濕陷性粉土，③粉土組成。

地下水類型為潛水，主要靠大氣降水滲水補給，地下水位基本在4.5 m～5.5 m之間，水位變化幅度約為0.5 m～1.0 m。設計要求標準段施工前水位降低至基坑底下0.5 m。道路交叉口處，設計要求地下水位降低至基坑底下2 m。

2　降水方案的確定

本工程標準段溝槽開挖深度均超過7 m，降水深度2.5 m，屬于深溝槽開挖。道路交叉口基坑開挖深度12.85 m，降水深度9.15 m，屬于超深基坑降水，見表1。

采用輕型井點降水方案適用于水位降低地面以下10 m以內，以細砂和粉砂土質為主；需要投入的設備多，降水施工時間長，噪聲較大，專業技術要求高，對工期和環境影響較大；現場由于基坑西側邊緣已接近設計綠線邊，東側考慮到土方運輸車輛和施工機械出入，無法設置輕型井點。采用深井降水最大降水深度可達15 m以下，而且工藝簡單，投入設備少，成井速度快，井距大，井點位置易于現場布置，能改善施工環境，加快施工速度。因此，管廊深基坑采用深井降水方案。

表1　道路交叉口處開挖和降水標高　m

3　降水設計

3.1　降水設計原則和主要設計參數

1)降水施工不得影響附近路面道路交通運行，并不得影響周圍環境。

2)降水方案必須考慮對基坑降水井周邊50 m范圍內所有建筑物、重要地下管線的影響。需要在臨近建筑物附近設置一個觀測井，降水開始時，觀測水位變化，確定影響程度。

3)根據基坑開挖深度，按照設計要求標準段要求降至基底以下0.5 m；十字交叉口段要求降至基底以下2 m。

4)井點系統涌水量的計算以無壓非完整井的理論為依據進行計算，根據設計圖提供的地質資料，粉質粘土滲透系數K=1 m/d。降水計算以經驗公式計算，以抽水試驗檢測。

3.2　交叉口降水設計計算過程

根據兩個十字路口基坑開挖深度和降水深度，我部選用最深的中銀北與舜帝街交叉口為計算依據。

1)確定深井管的埋設深度。

H≥H1+h+iL+l=12.85+2+1/10×19+4=20.75，按21 m計取。

其中，H為井點管的埋設深度，m；H1為井點管埋設面至基坑底面的距離，H1=375.522-362.672=12.85 m;h為基坑中央最深挖掘面至降水曲線最高點的安全距離，設計要求為2 m；L為井點管中心至基坑中心短邊的距離，36.15/2+1=19 m(基坑距井1 m)；i為降水曲線坡度，取1/10；l濾水管長度，取4 m。

初步設計井深21 m,孔徑600 mm,井管采用外徑為400混凝土管和濾管，其中混凝土管單節長度4 m，濾管單節長度2 m(孔呈梅花形布置)。每道深井由2節濾管4.5節混凝土管組成。

2)涌水量計算(為保證降水效果，計算應考慮地下潛水從井的底面和側面同時涌入情況)，采用《建筑施工計算手冊》公式：

1 749.3 m3/d=0.020 3 m3/s。

3)深井進水過濾器需要總長度計算。

深井單位長度進水量q計算:

深井進水過濾部分需要的總長度:

L=Q/q=0.020 3/0.001 14=17.84 m。

4)群井抽水單個深井過濾器長度計算：先假定深井數為4個井進行驗算：

其中，H為抽水影響半徑為50 m的水位，即H=H0-S=30.35-9.15=21.2 m;n為深井數量。

因nh0=(4×4.2=16.8)≥Q/q=17.8條件不成立，因此，選擇5個井。經重新計算h0=11.17 m，符合，nh0=(4×11.17=55.75)≥Q/q=17.8，但考慮深井布置限制和成本，將濾管長度取為5 m，再次進行驗算。

H=12.85+2+1.9+5=21.75 m,按22 m計，比初步確定的井深延長1 m。

Q=1 201 m3/d=0.013 9 m3/s;q=0.000 145；

L=Q/q=10 m；h0=9 m，符合nh0=(4×9=36)≥Q/q=10 m條件。

因此，采用加長濾水管長度，將有利于成本節省。

深井平面布置如圖1所示。

5)群井涌水量計算：

上式總涌水量與前式計算的總涌水量1 201 m3/d相近，故總涌水量、深井、井點數布置距離滿足本工程降水要求。

6)深井泵總揚程：H=1.1(H1+h)=1.1×(9.15+1.9+3)=15.4 m。

查《橋涵》200頁表5-39，深井泵選用JN90-19。

選用5臺每小時流量為32 m3/h，揚程21 m～16 m的真空潛水泵，備用1臺。抽水管采用內帶有鋼絲的塑料管或膠管，直徑為38 mm,單節長度為20 m，降水管共需240 m。

4　深井施工工藝

4.1　施工準備

1)選用GPS158循環鉆成孔、混凝土管和濾管、碎石等。

2)泥漿處理：成孔中形成的泥漿采用離心泵抽至環保車及時拉走，保持施工場地干凈。

3)現場供電、供水保持正常，場地平整。

4.2　施工工藝流程

定位→成孔→清孔→下濾管及井管→井壁外回填粗砂及封口→洗井→下泵→試驗抽水→正式抽水→觀測井水位檢測。

1)測量定位：用GPS、水準儀確定井位、井深，并嚴格按照設計井位成孔(井距基坑邊1 m～1.2 m)。

2)成孔:采用GPS158循環鉆進工藝。人工埋設鋼制護筒，護筒裝好后開始鉆進成孔。鉆孔采用膨潤土造漿護壁，重點控制成孔垂直度偏差小于1%。

3)清孔：探測孔深滿足設計深度后，進行清孔，采用φ15 mm～φ30 mm的膠管插入井點管底部進行注水清洗，直到流出清水為止。

4)下管：下管前仔細檢查濾網包扎質量(在濾管外圍采用兩層紗網和棕皮包裹，再用10號鉛絲扎緊)，開始向下落第一節，第二節與第一節接口，外側用竹板圍住，φ10鉛絲扎牢，開始安第三節、第四節……，為了保證井管不靠在井壁上，影響填濾料厚度，在井管上加設扶正器(門形鋼管架)。井口應高于地面20 cm以上。

在管底加焊5 mm厚鋼板，防止潛水泵在抽水時堵塞。

5)填濾料：井管吊放好后沿井管周圍均勻投放濾料，濾料為經篩選的由粗砂和細碎石(3 mm～8 mm)組成的濾水材料，濾料填至井口下0.8 m～1 m左右時用粘性土填實夯平。

6)洗井:采用空壓機和活塞聯合洗井，直至井口翻出清水為止。

成井后及時洗井，間隔時間不要超過8 h，防止泥砂土、礫料一起凝固后堵塞濾管上的濾孔，給洗井造成困難。

7)水泵:在下井前，專業人員必須對水泵本身和控制系統做一次檢查，在試轉3 min～5 min后，若無問題，再下井。安裝完畢進行試抽水，滿足要求再轉入正常工作。

5　降水監測

因基坑降水井周邊50 m范圍內有移動公司建筑物、重要地下管線，需要指定專人在現場監控。

1)降水開始后，必須對各降水井的水位、出水量、水質進行同步觀測。

2)降水未達到設計要求水位前，應每天進行3次水位、出水量觀測。當水位達到設計要求水位后，每天進行2次觀測，直至水位穩定。

3)根據連續觀測到的水位變化與時間的關系，繪制水位下降值與時間關系曲線，為下一步降水開挖提供參考。

4)加強對地表和地下管線沉降觀測，繪制沉降值和時間的關系曲線，預測沉降發展趨勢，為采取預防措施提供依據。

6　降水施工結論與體會

6.1　降水效果

交叉口基坑開挖前，先降水10 d。基坑分級開挖:第一級(0 m～3.5 m)開挖1 d；第二級(3.5 m～7.5 m)開挖2 d,土質含水率13%左右，降水效果滿足開挖條件；再開挖第三級(7.5 m～9.5 m)2 d;第四級(9.5 m～12.5 m)2 d，基底含水率達到15%左右。基本保證了基坑和溝槽開挖土體邊坡的穩定和深基坑作業的安全，確保了作業場地干燥，滿足基底防水層施工條件，為主體結構的快速施工創造了有利條件，也為工程及時回填，縮短降水時間和節約成本奠定了基礎。

通過細致觀測，基坑50 m范圍地面或道路路面未出現沉降裂縫，臨近建筑物墻體一切正常。

6.2　降水施工體會

1)降水效果好壞直接影響到綜合管廊施工質量和進度。因此井點降水施工應嚴格按24 h排班規范管理；控制好每段降水時間、降水深度等動態信息，為安全、順利、快速完成超深基坑施工創造條件。

2)基坑降水要與基坑支護和開挖方案同時設計考慮。交叉口段管廊降水時間盡量壓短，我們控制在45 d。在綜合管廊施工完畢，回填至自然水位后及時封井。

3)深基坑降水時，對降水井的降水時間、降水深度、降水范圍進行控制。根據施工進度和作業面土質的變化，以及對觀測數據的分析，選擇開啟降水井并確定降水時間，絕對不能為圖省事而全面降水，造成大面積地表下沉的病害。

4)在降水施工中必須設50 kW發電機組，預防施工中突然停電，保證降水正常連續進行。并配備小型潛水泵，明排雨季基坑積水。

5)深井抽出的混水，一律不允許排入道路雨水、污水管道，防止堵塞管道，同時要充分重視成孔泥漿的及時處理，防止污染施工環境。

7　結語

影響降水效果的因素較多，在實際施工時，我們既不能忽視理論計算，又不能盲目相信計算結果，而是一定要與現場實際情況相結合，通過實際觀測數據分析，因地制宜解決問題。

參考文獻：

[1]江正榮.建筑施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,2001.

[2]交通部第一公路工程總公司.橋涵(上冊)[M].北京：人民交通出版社,2005.