流砂地層深基坑集水坑明排水施工工法探究

趙津廷　賈欣媛　岳大昌　李明　侯倩

【摘 要】隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，地下空間的開(kāi)發(fā)和利用逐漸成為發(fā)展的新趨勢(shì)。相應(yīng)地，基坑工程正向著面積更大、開(kāi)挖深度更深的方向發(fā)展。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，地下水的滲透與降排都會(huì)對(duì)基坑本身及周圍土體產(chǎn)生影響，特別是基坑內(nèi)超挖的電梯井、集水坑成為降水的最薄弱點(diǎn)。當(dāng)基坑底部下存在強(qiáng)透水層時(shí)，極易發(fā)生涌水冒砂現(xiàn)象，因含砂量較高，濾網(wǎng)淤堵，無(wú)法進(jìn)行常規(guī)的基坑內(nèi)抽排水，進(jìn)而導(dǎo)致墊層、承臺(tái)、防水層等工序無(wú)法正常施工。鑒于此，文章提出一套處理此類問(wèn)題的新工法，僅需投入少量的成本，在不影響現(xiàn)場(chǎng)筏板澆筑施工的情況下，完成涌水冒砂險(xiǎn)情的處理，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，排水效果顯著，并多次成功應(yīng)用于工程實(shí)踐，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】流沙地層; 深基坑; 明排水; 鋼筋籠過(guò)濾裝置; 鋼水箱

【中圖分類號(hào)】TU46【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

1 集水坑明排水施工工法

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，高層建筑物不斷呈現(xiàn)，無(wú)論是在數(shù)量還是高度上，都得到了提高，相應(yīng)地，基坑工程正向著面積更大、開(kāi)挖深度更深的方向發(fā)展。眾所周知，基坑開(kāi)挖與地下水存在著緊密的關(guān)系，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，地下水的滲透與降排都會(huì)對(duì)基坑本身及周圍土體產(chǎn)生影響。因此，在施工的過(guò)程中難免會(huì)遇到各種基坑事故問(wèn)題，如基坑底部的涌水、涌砂，邊坡失穩(wěn)，地面變形以及地基承載力下降等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在已發(fā)生的基坑事故中，由于地下水處理不當(dāng)而引發(fā)事故約占22 %，可以說(shuō)地下水是引發(fā)基坑事故的重要影響因素之一，在富水地層施工基坑時(shí)，首要任務(wù)即是地下水控制。

地下水控制通常是根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、基坑周邊環(huán)境要求及支護(hù)結(jié)構(gòu)形式選用截水、降水、集水明排或其組合。考慮管井降水的漏斗效應(yīng)，基坑內(nèi)超挖的電梯井、集水坑成為降水的最薄弱點(diǎn)。當(dāng)基坑底部下存在強(qiáng)透水層時(shí)，極易發(fā)生涌水冒砂現(xiàn)象，因含砂量較高，濾網(wǎng)淤堵，無(wú)法進(jìn)行常規(guī)的基坑內(nèi)抽排水，進(jìn)而導(dǎo)致墊層、承臺(tái)、防水層等工序無(wú)法正常施工。

針對(duì)富水砂卵石地層中基底集水坑涌水冒砂的情況，通過(guò)多次試驗(yàn)改進(jìn)，形成了一套新的處理施工工法，即在基坑集水坑內(nèi)設(shè)置與集水坑尺寸相匹配的鋼制水箱，利用水箱壓砂;水箱下部設(shè)置帶有濾網(wǎng)的鋼筋籠，用于過(guò)濾水;在筏板澆筑完成后混凝土達(dá)28 d齡期后，采用水泥注漿，將鋼水箱底部及流砂空洞空隙填充密實(shí)。該工法旨在投入少量的成本，在不影響現(xiàn)場(chǎng)筏板澆筑施工的情況下，完成涌水冒砂險(xiǎn)情的處理，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，排水效果顯著，并多次成功應(yīng)用于工程實(shí)踐，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

2 工作原理

本工法在集水坑底進(jìn)行人工開(kāi)挖一定深度，將預(yù)制好周圍纏繞10 mm×10 mm鋼絲網(wǎng)和40目濾網(wǎng)的鋼筋籠過(guò)濾裝置放入坑內(nèi)，安裝水泵進(jìn)行降水;上部采用3 mm厚鋼板加工鋼水箱反壓，抑制砂土外流。采取抗浮措施，確保水箱不上浮。安排專人值守，確保正常降排水。筏板澆筑完成后混凝土達(dá)28 d齡期后，采用水泥注漿，將鋼水箱底部及流砂空洞空隙填充密實(shí)。

3 適用范圍

適用于地下水位較高、基底以下為強(qiáng)透水地層（特別是含較厚砂層），集水坑或電梯井等超深部位的地下水無(wú)法降低、坑底涌水冒砂情況。

4 施工工藝流程

本工法施工工藝流程如下：坑底開(kāi)槽→置入鋼筋籠過(guò)濾裝置→安裝水泵（安裝電路、安裝排水管等）→抽排降水→安放鋼水箱反壓→基礎(chǔ)施工→停止抽水→注漿封閉，詳見(jiàn)圖1。

5 操作要點(diǎn)

5.1 坑底開(kāi)槽

采用小挖機(jī)破除混凝土墊層及挖孔，人工輔助修整側(cè)壁、槽底整平（圖2）。

5.2 鋼筋籠過(guò)濾裝置

制作方形鋼筋籠（圖3），尺寸滿足可放入槽內(nèi)，鋼筋籠外纏繞10 mm×10 mm鋼絲網(wǎng)和40目濾網(wǎng)，防止砂涌入水泵中，加快水泵磨損。

5.3 鋼水箱加工

采用薄鋼板制作與集水坑形狀接近的水箱。鋼制水箱加工前需測(cè)量集水坑側(cè)壁凈距，根據(jù)測(cè)量結(jié)果確認(rèn)鋼制水箱的尺寸。安置出水管一側(cè)需預(yù)留出合適的距離，保證鋼制水箱能正常安置。

5.4 置入降排水裝置

將鋼筋籠過(guò)濾裝置放入槽內(nèi)，待水滲入過(guò)濾裝置后，檢測(cè)含砂量，滿足要求后下放水泵，接通排水管，進(jìn)行抽排水（圖4）。

5.5 置入鋼水箱

將鋼制水箱安置進(jìn)集水坑前需復(fù)核是否已經(jīng)堆積的砂清理至墊層底標(biāo)高以下，確保集水坑底板厚度滿足設(shè)計(jì)要求后將鋼水箱置入集水坑底，澆筑混凝土找平后進(jìn)行基礎(chǔ)施工（圖5）。

5.6 注漿封閉

筏板澆筑完成后混凝土達(dá)28 d齡期后，采用水泥注漿，將鋼水箱底部及流砂空洞空隙填充密實(shí)。

6 工程應(yīng)用

6.1 工程概況

中央廣場(chǎng)三期項(xiàng)目位于成都市成華區(qū)二環(huán)路東三段西側(cè)，設(shè)4層地下室。基坑分兩次修建，基坑北側(cè)、西側(cè)和南側(cè)支護(hù)樁及錨索于2015年施工完成，至今已使用四年;基坑?xùn)|側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)于2018年初修建完成，2019年底加固后繼續(xù)施工。整個(gè)基坑大面積開(kāi)挖深度為17.15～18.35 m，坑內(nèi)小基坑開(kāi)挖深度為5.15 m。

6.2 地質(zhì)條件

場(chǎng)地地貌單元屬岷江水系Ⅱ級(jí)階地，場(chǎng)地內(nèi)基底以下地層由第四系上更新統(tǒng)沖洪積（Q3al+pl）砂卵石層、白堊系灌口組泥巖（K2g）組成，基底范圍內(nèi)地層特征描述如下：

中砂：褐灰色，松散，濕—飽和。以長(zhǎng)石、石英及暗色礦物顆粒組成，含少量卵石、礫石等。該層呈透鏡體狀分布于卵石層中。

卵石：上部卵石以褐灰色為主，中下部卵石層多以褐黃色為主，稍濕—飽和。主要以花崗巖、砂巖、灰?guī)r及石英巖等組成，微—中等風(fēng)化，20 %卵石已強(qiáng)風(fēng)化，一般粒徑2～10 cm，大者可達(dá)15 cm以上;按N120動(dòng)探擊數(shù)，該層可分為松散、稍密、中密和密實(shí)四個(gè)亞層，隙間充填砂粒為主。

泥巖：紫紅、磚紅色，主要由黏土礦物成分組成，泥質(zhì)膠結(jié)，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀近水平，部分地段現(xiàn)砂質(zhì)泥巖。在鉆探深度范圍內(nèi)，根據(jù)其風(fēng)化程度，將其劃分為強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化兩個(gè)亞層。

場(chǎng)地地下水主要為賦存于第四系砂卵石層中的孔隙型潛水，其次為填土裂隙中的上層滯水及基巖裂隙水，主要受大氣降水及地表水滲透補(bǔ)給，水量豐富，以蒸發(fā)、地下徑流方式排泄。上層滯水與基巖裂隙水水量較小，無(wú)統(tǒng)一穩(wěn)定水位。勘察期間處于枯水期，受場(chǎng)地內(nèi)及周邊施工降水影響，場(chǎng)地地下水位變化較大，勘察時(shí)于鉆孔內(nèi)測(cè)得地下水穩(wěn)定水位在10.2～11.7 m之間，標(biāo)高為489.98～491.25 m，年變化幅度2.0 m左右。

6.3 施工重點(diǎn)、難點(diǎn)

因附近的7#、8#兩口井未降水，其中7#井從降水井施工完成后就未抽水（出砂量大），8#井從2020年5月開(kāi)始未抽水，水泵位于-19 m位置（基本與基底持平），導(dǎo)致基坑底東南角處集水坑出現(xiàn)涌水冒砂現(xiàn)象，此時(shí)基礎(chǔ)墊層及抗浮錨桿施工已完成。

初步方案考慮重新啟動(dòng)降水井抽水，但因洗井無(wú)法完成而放棄;附近筏板已完成施工，挖機(jī)無(wú)法吊進(jìn)場(chǎng)地施工，人工開(kāi)挖深度受限，通過(guò)多種方案對(duì)比，最終選擇采取人工開(kāi)槽后置入鋼筋籠過(guò)濾裝置，在過(guò)濾裝置內(nèi)用水泵抽水的方式，實(shí)施后取得了很好的降水效果（圖6）。

7 結(jié)束語(yǔ)

將該工法應(yīng)用于實(shí)踐工程中，成功解決了富水砂卵石地層集水坑涌水冒砂難題。對(duì)于墊層施工后集水坑涌水冒砂的現(xiàn)象，由于基底周邊砂大量流失，若不及時(shí)處理，輕則影響后續(xù)工序施工，延緩工期;重則影響基坑安全、周邊建筑及人民生命財(cái)產(chǎn)安全。一般情況下會(huì)采取人工或機(jī)械的在集水坑內(nèi)打井降水的方法，但當(dāng)涌水冒砂量過(guò)大，且機(jī)器無(wú)法進(jìn)場(chǎng)施工的情況下，僅采用人力在集水坑內(nèi)打井降水難以達(dá)到降水治砂的效果。采取鋼箱壓砂配合人工開(kāi)槽降水的方式可有效解決上述問(wèn)題。相對(duì)于常規(guī)治理涌砂的方法，本工法對(duì)集水坑底降水井的深度要求更低，治砂效果更強(qiáng)。同時(shí)工藝簡(jiǎn)單，投入人員、設(shè)備少，成本較低。

參考文獻(xiàn)

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[2]GB 50296-2014 管井技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JGJ 120-2012 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[定稿日期]2021-04-22

[作者簡(jiǎn)介]趙津廷（1986～），男，本科，工程師，從事巖土工程勘察、設(shè)計(jì)、咨詢、施工等工作。