蘭州市某體育場館基坑降水方案設計與施工

唐致龍 金兆鑫

（1甘肅華成建筑安裝工程有限責任公司，甘肅 蘭州 730070；2蘭州石化職業技術學院 土木工程學院，甘肅 蘭州 730060）

1 工程概況

本工程為體育運動場館，總建筑面積39500m2，建筑基底面積7600m2，其中地上建筑面積16500m2，地下建筑面積23000m2，管道設備層面積2700m2，主館地上一層（局部三層），副館地上兩層，地下一層，建筑高度23.95m，室內外高差0.15～0.9m。建筑結構形式為現澆混凝土框架結構、鋼結構屋蓋體系，基礎為人工挖孔灌注樁承臺基礎，建筑設計使用年限50年，抗震設防烈度為八度、防水等級為一級、地下耐火等級均為一級、地上耐火等級均為二級，室內環境控制級別為Ⅱ類，采用降水后的人工挖孔灌注承臺樁基礎+300厚防水底板，地基基礎設計等級為甲級，建筑樁基設計等級為甲級。

2 基坑周邊環境及場地地層巖性

2.1 基坑周邊環境

1）東側：大綠化用地，南部緊鄰校園馬路，沒有建筑物。

2）西側：緊鄰體育場馬路，約18米外為籃球場、排球場。

3）北側：距基坑邊6.00米（最近處）有鋼筋砼圍墻一道，磚墻采用井樁基礎，坐落在持力層上，樁端位于基坑底部以下。圍墻外為T571#路，路面與現場自然地坪高差為2.3m。

4）南側：緊鄰校區馬路，約13米外為給水泵房。

2.2 場地地層巖性

雜填土（Q4ml）：雜色，稍濕，松散，主要成分為粉質粘土及碎石土，土質不均勻，含粉細砂、碎磚塊、混凝土塊、塑料袋、偶含植物根系等，本層在勘探場地范圍內均有分布，厚度0.50-7.30m，平均2.14m。層底高程1536.95-1544.85m，平均1541.89m。

層細砂（Q4al）：淺黃色，稍濕，松散，砂質較均勻，含碎石及少量粉質粘土，局部與粉質粘土以互層形式發育。本層土在場地范圍內局部分布，厚度0.20-1.00m，平均0.57m。層頂埋深1.00-3.80m，平均2.22m，層頂高程1540.75-1543.66m，平均1541.90m。

3 管井降水計算

3.1 降水井深度計算

HW=HW1+HW2+HW3+HW4+HW5=3.27+3.16+1.0+6.5+1=14.93m

式中：

HW-降水井點深度(m)；

HW1-降水水位距離基坑底要求的深度(m)=3.27m；

HW2-可按i*r0取值，i為水力坡度，在降水井分布范圍內宜為1/10-1/15，r0為降水分布范圍的等效半徑或降水井并排間距的1/2(m)，HW2=95/2/15=3.16m；

HW3-降水期間的地下水位變幅(m)=1.0m；

HW4-降水井過濾器工作長度(m)=6.5m；

HW5-沉沙管長度(m)，宜為1m。

3.2 分區計算降水

1）井點管長度計算

H1=8.00m

H0=H1 +h1 +IL=8.00+1.00+0.10×64.24=15.42＞14.9 3m

2）基坑涌水量計算

降低水位深度：S=-3.27+8.00+1.00=5.73m

含水層厚度：H=-3.27+12.16=8.89m

等效半徑：r0=0.29×(110.20+95.30=59.60m

涌水量計算公式如下：

計算得：R=241.61m；Q=6701.95m3/d

3）計算單井出水量

q=120×3.14×0.125×2.50×3.68=434.01m3/d

4）計算井點管數量

n=1.1×Q/q=1.1×6701.95/434.01=17根（兩個區共設29根管井）

5）井點間距D

D=L/n=2×(110.20+95.30)/16.99=24.20m

考慮到井管間距應符合0.4m的模數，且四角井管應加密，可取井點管間距在四周中間部分為24.00m，角部分適當加密至23.60m。

6）校核基坑中心點降深

計算公式如下：

計算得：S=6.35≥5.73m，滿足要求。

4 方案設計

4.1 降水方案設計

1）區域劃分

現場基坑開挖尺寸長220.4m，寬95.3m，根據現場實際情況，井樁進行分區施工，降水也進行分區降水，總共布置29口降水井。A軸～10/0A軸為第一區，A軸～1/T軸為第二區，A軸～H軸交5～1/10軸為第三區（見圖1），根據工程樁施工先后順序進行分區分段降水，以減少降水費用。

圖1 基坑降水平面布置圖

2）排水管布置

基坑開挖區面積大，除基坑北側外，坡頂至圍墻的距離較小（2m左右），降水井的排水管道將沿基坑頂四周圍墻邊布管，總管為直徑DN200的焊管，每隔24m設一個三通，支管DN65，并設置一個DN65的止回閥，所有降水井的橡膠排水軟管直接連通到總排水管的三通支管上，經DN200的總排水管匯集到一起后，在市政雨水井口設二個3m3的三級沉淀池，沉淀后排入市政雨水管，市政雨水收集井位于基坑西側的中間和基坑東南角，其主要技術參數見表1。

表1 技術參數表

4.2 基坑工程監測方案設計

1）基準點布置在基坑變形影響不到的穩定地點，不少于三個，以確保觀測點數據的準確、可靠。每次測量應對基準點進行校核，誤差不大于2mm。

2）根據《建筑基坑工程技術規范》7.0.3條的規定，結合現場基坑實際開挖及支護情況，本基坑的監測頻率見表2。

表2 監測項目監測頻次表

3）基坑支護噴錨段水平位移預警值為30～35mm，控制值為3%H～4%H，變化速率5～10mm/d；噴錨段豎向位移預警值為20～40mm，控制值為3%H～4%H，變化速率3～5mm/d。基坑周圍建筑物預警值：位移累計值為10.0～60.0mm，變化速率1～3mm/d；基坑周邊地表裂縫寬度預警值：累計值為10～15mm，變化速率為持續發展。

4）挑選基坑長邊中心位置處支護段和地質情況復雜處為重點監測對象。

5 降水施工

5.1 工藝流程

施工流程如下：井點測量定位-鉆孔定位-鉆孔-清孔-吊放降水管-回填砂礫過濾層-封口-洗井-安裝水泵及控制器-試抽水-降水井正常工作-降水完畢拔井管-封井。

5.2 施工方法

5.2.1 鉆孔定位

以定好的井位點為中心、800mm為直徑作圓，向下開0.50m作為井口，深度以見原狀土為準，確認無地下管線及地下構筑物后放護筒，護筒外側填粘土封隔好表層雜填土，以防鉆井沖洗液漏失。

5.2.2 成孔

成孔施工采用泥漿護壁沖擊成孔，鉆孔前在井一側設排泥溝和泥漿坑，鉆孔直徑比濾水管井外徑大200mm以上，在施工中若發現地層泥漿不能滿足護壁要求，須選擇護壁性能好的紅粘土或進行人工造漿。井徑不小于600mm，井孔應保持圓正垂直，孔深與設計井深誤差小于300mm。管井成孔后，應立即安放井點管，并填入豆石濾料，以防塌孔。

5.2.3 吊放井管

降水井井管采用無砂混凝土管，在混凝土預制托底上安放井管，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，接上節并管，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30mm寬竹條固定井管。為防止上下節錯位，在下管前將井管順方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，為防雨水泥砂或異物流入井中，井管高出地面200mm，井口加蓋。

5.2.4 填料

井孔成型后，為防砂石或雜物掉入，管井與土壁之間用3-15mm粒徑礫石填充作為過濾層，含水層以上、地面以下用粘土填充夯實。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，不得用裝載機直接填料，應用鐵鍬下料，以防不均勻或沖擊井壁。

5.2.5 洗井

沖擊成孔的降水井一般采用泥漿鉆進，洗井應在下管填礫后8h內進行，以免時間過長影響降水效果。成孔達到設計孔深后用高壓水沖洗鉆孔，稀釋泥漿，將含水層段的護壁泥漿用高壓水沖洗掉，待置換水清澈時視為沖洗干凈。管井下沉前應沖洗干凈洗濾井，沖除沉渣，可灌入稀泥漿用吸水泵抽出置換或用空壓機洗井法將沉渣清出井外，保持濾網暢通，用污水泵反復進行恢復性抽洗，直至水清砂凈。

5.2.6 抽降

降水井施工完成后，根據工期安排，應提前于挖孔前15天開始降水，且必須保證抽水的連續性，不得長時間停頓。抽水開始后，在水位未達到設計降水深度以前，每天觀測三次水位；水位達到設計降水深度后，可每天觀測一次水位（水位觀測允許誤差±5cm），使降水符合設計要求。在降水開始的第一個月，應每天定時測量水中的含砂量，并作好記錄，含砂量可采用專用測砂量杯測量，控制值為1/10000，否則須采取相應措施。

5.2.7 廢井封堵處理

使用完畢的廢棄管井，施工底板前先封井：可使用起重設備將井管管口套緊，徐徐撥出井管和濾水管，拔出后可洗凈再用以降低施工成本，若回收難度大不能拔起、拔管時拔斷在底層內，亦可直接廢棄，所留孔洞用砂礫填實，距離井口上部500mm用粘土填充夯實。

6 結語

基坑降水是復雜工程，降水質量影響整個工程的安全，選擇合理的降水方法至關重要。本文基于工程現場的水文地質參數，對基坑降水井深度、井點管長度、基坑涌水量、井點管數量進行計算，設計具體的施工方法，在實際開挖過程中取得了較好的降水效果。