復雜條件下河道軟基超大深基坑潛水與地下承壓水降水技術*

鄧 淵，王帥軍，胡 敏，余 訊

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

北支江上游水閘及船閘基坑工程位于富陽主城區下游，深基坑均位于復雜的河道軟基之上。由于工程區域地下富含大量承壓水，嚴重阻礙了工程施工，因此開展復雜河道軟基超深基坑降水的研究尤為重要。

目前，國內許多專家學者對深基坑降水做了大量研究。例如，常旭東[1]探討了軟土基坑降水施工技術的要點；賀翀等[2]提出了軟土地區超大規模深基坑群承壓水降水時，基坑群同步或交叉懸掛式減壓降水存在明顯的疊加耦合效應；李光照等[3]總結了軟土地區施工全過程各階段可能產生的穩定與變形機理、危害及控制方法；陸建生等[4]提出了軟土地區深基坑抽灌一體化的控制設計流程和方法；章昕[5]提出了在砂層中含淤泥質黏性土的地層中運用明排、輕型井點降水和管井相結合的方法，能取得較好的降水效果；侯玉杰等[6]介紹了基于“連通器”效應的混合井降水技術和基坑降水自動維持控制系統的兩種基坑降水創新技術；李憑雨[7]和陳華等[8]對滯水、潛水和承壓水的處理和有效防治也進行過類似的研究等。

1 工程概況

水閘基坑工程及船閘基坑工程位于北支江上游，原上堵壩下游約50m位置，其中水閘基坑垂直于北支江，基坑長約210m、寬約30m，基坑底板高程為-5.100m；船閘基坑平行于北支江，位于北支江右岸，基坑長約106m、寬約31m，基坑底板高程為-6.600m。 水閘基坑位置現狀地面高程為0.000～1.000m，基坑需開挖5.1～6.1m；船閘基坑現狀地面高程約為2.000m，基坑需開挖約8.6m。

工程區承壓水含水層主要分布于下部的⑥4層卵石中。相對隔水層為上部的③淤泥質黏土夾粉砂層及⑤1淤泥質黏土層、⑤2粉質黏土層。詳勘區間對⑥4卵石承壓水觀測資料顯示，其承壓水穩定水位高程為4.260m。場區內承壓水水量豐富，隔水層為上部的黏土層(③，⑤，⑥1層)，承壓含水層頂板高程為-16.310～-8.280m，水閘位置基坑下伏隔水層厚度3.18～11.2m，其中在SZK09位置存在承壓水天窗。

由于基坑工程實施過程中需長時間抽降深層孔隙承壓水，特別是⑥粉砂+圓礫層，水量大，滲透性好，且工程要求地下水位降深大，因此在正式降水之前，需對承壓水進行減壓，根據設計要求，在基坑范圍內設置減壓井和觀測井。

2 降水目的

根據設計要求，基坑開挖前需對承壓水進行減壓處理，并進行實地抽水試驗，試驗主要目的為：確定承壓含水層的水位分布、水頭及水文地質參數；研究承壓水處理工序是否滿足設計要求及施工工效；提供設計抽水試驗數據；確定抽水設備參數及單井出水量；通過試驗檢驗井管施工工藝是否滿足設計要求；通過試驗確定合理的機械、人員配置方案；檢驗降水效果，驗證承壓水處理方案可行性。

3 降水井管設計

3.1 降水井布置

水閘區域在閘室段布設2排減壓井和1排觀測井，上游鋪蓋和下游護坦分別設置1排減壓井和1排觀測井，共計58口減壓井，15口觀測井。根據開挖降水情況，可適當調整降水井數量及平面位置，降水井直徑800mm，采用DN250降水井管，濾管入卵石層≥10m(不含沉淀管)。

3.2 井管構造

降水井管系統由潛水泵、無縫鋼管、橋式濾管和沉淀管組成，井管構造如圖1所示。井孔直徑800mm，卵石層以上采用DN250無縫鋼管及無縫鋼管橋式濾管，外包60目濾網2層，并用6目鉛絲網綁扎。

圖1 井管構造

4 降水施工關鍵技術

4.1 試驗井管施工工藝流程(見圖2)

圖2 試驗井管施工工藝流程

4.2 降水井管施工技術

本工程地下水及承壓水豐富，為保證試驗階段施工作業面及高大設備作業安全，須采取合理明排方式。沿施工便道設置100cm×100cm(深×寬)明溝，將水集中排入排水管線中。

工程區域位于河道軟基，地質條件特殊。承壓水試驗井管若采用常規泥漿護壁造孔，下濾管前進行清孔，清孔后泥漿密度降低，勢必會造成塌孔，無法進行濾料回填或致使濾管出水量不足影響施工質量。因此，初步擬定方案需下套筒至井底完成清孔工作，再下濾管和進行回填料等工作。試驗井管施工時，先施工基坑內、外觀測井，再依次從左岸往右岸方向施工，施工完成后統一進行抽水，及時查看觀測井水位及抽水量，將相關數據上報設計單位后，后續根據設計要求優化承壓水處理措施。

1)測量放線 依據設計所提供的井管位置，采用導線與三角測量相結合的方法進行放線。

2)鉆機就位 在平整后的地面上平穩安置鉆機，鉆頭中心及樁位中心在同一鉛垂線上，對中誤差<10mm；正式開鉆前應進行鉆機試鉆，穩定后再投入使用。

3)護筒埋設 護筒埋設的位置應與樁位相吻合，樁位采用全站儀極坐標法定位，并用十字線確定護筒的埋設位置。采用450型樁機下護筒，護筒用14mm厚鋼板制作，長11.5m，上端設排漿口。護筒結構如圖3所示。當埋設護筒時，護筒要高出地面≥30cm；當鉆孔內有承壓水時，應高出穩定后的承壓水位1.5～2.0m。

圖3 護筒及套管結構

4)泥漿制備與使用 本井管泥漿護壁以外購膨潤土為主。造孔過程中應經常測定泥漿密度、黏度、含砂率，泥漿質量檢查由現場試驗人員負責做好原始記錄，并將檢查成果通知有關人員，以便及時調整。

5)取土成孔 鉆機水平就位，樁位復核無誤后，進行鉆孔施工，鉆進時應先慢后快，開始進尺控制在0.4～0.5m/次。取土成孔時，應詳細記錄隔水層高程及卵石層高程，以便進行濾料、黏土球等回填高程控制。成孔達到設計標高后，對孔深、孔徑、孔壁垂直度等進行檢查。核驗進入卵石層厚度是否滿足設計要求，且進入的卵石層含泥量不能過大，否則影響出水量。

6)吊放套管 取土完成后，采用75t履帶式起重機下全套管，全套管采用φ610×14無縫鋼管，壁厚14mm，套管長度與孔深相同，孔口采用預先制作的法蘭盤進行套管拔設。套管結構如圖3所示。

7)清孔 井管下井前進行清孔作業，清孔采取注入清水置換，利用泥漿泵抽出沉渣，并測定孔深。

8)吊放井管 用75t汽車式起重機緩慢下放井管，確保吊放井管時處于垂直狀態且在孔中心，避免雜物落入井中，井管應高出地面至少20cm，井口加蓋。

9)填濾料、黏土 井管到達設計深度后，適當稀釋井內泥漿，然后立即在井管周圍灌填礫料，礫料為：中粗砂+10%瓜子片，礫料填筑為卵石層段，卵石層與隔水層相接區域1m采用黏土球回填，其余均采用黏土回填。濾料填筑完成后進行黏土球(外購)填筑，四周應均勻填入，填筑高度≥1m，填筑完成后進行黏土填筑。

10)洗井 利用污泥泵對井底不斷抽洗以確保滲水效果。

11)安裝抽水設備 抽水試驗應在洗井質量達到要求后進行，作最大降深抽水，用穩定流原理計算出水量，測出靜止水位和降深，每隔2h測量井管水位及圍堰上下游水位高程，并詳細記錄。安裝潛水泵及管路系統前，檢查電機和泵體，水泵功率P=7.5kW，揚程H=50m，流量Q=50m3/h，設備檢查無損后安裝。

在上下游分別設置30m×8m×2m的三級沉淀池，如圖4所示。為防止集水坑水滲流及渾水流入北支江，采用C25混凝土結構，因水流量較大，為加快沉淀，需向沉淀池中投入絮凝劑，上下游三級沉淀池各放置3個220kW水泵，2臺工作，1臺備用；水泵至主排水管考慮DN10cm鍍鋅鋼管，主管至集水坑段、集水坑至出水管段采用DN30cm鍍鋅鋼管。對井管進行單井試抽，若有異常情況發生，需要重新做抽水試驗。

圖4 沉淀池平面及斷面(單位：m)

12)井管封堵 對基坑進行安全蓋重，澆筑混凝土須達到標高-2.000m，底板兩側回填料須達到標高-1.000m，且至少保證4個相鄰區的減壓井同時運行，減壓井才能進行封堵。基坑封堵如圖5所示。

圖5 基坑井管封堵示意

5 質量控制措施

5.1 降水控制措施

當基坑開挖至-5.100m高程時，1～5區承壓水頭應降至-1.000m，6～9區承壓水頭應降至±0.000 高程。降水方向同基坑開挖方向。在每段基坑開挖前應進行降水，水頭降至設計要求時再進行開挖；降水施工過程中，做好各降水井的水位觀察工作，水位降至設計高程后，控制水位高程，基坑降水時間從基坑第1層開挖到閘底板達到蓋重標高后封閉結束，運行時間較長。在降水過程中，應注意降水管路及設備的保護，保證基坑降水正常運行。

5.2 井管降水施工質量問題及防治措施

1)濾管淤積的防治措施

由于卵石層具有較強的滲流能力，濾管一般可置于卵石層；井管孔直徑應較勻稱，且不應<80cm，橋式濾管出水量必須符合規定，井管孔的深度一般深于井管0.5m；井點下沉結束后，要及時檢驗井點的滲水能力；在砂濾料從井點管四周灌進井孔的過程中，有泥漿水沿井點管內流出，或者及時清水注入井點管內，水可以迅速滲透下去，即可認定井點管良好。若水無法向下滲透，應立刻妥善處理。

2)水質渾濁的防治措施

井管濾網要小心保護，下井管前，一定要仔細查驗濾網，一旦出現問題，要盡早處理；井管濾管和砂濾料要視土壤條件而定，濾料選擇中粗砂加10%瓜子片；灌砂量需由孔徑大小和深度決定，實際灌砂量須至少為計算量的95%；如果從井管內排出的水一直處于渾濁狀態，則不能再使用，應再次成孔。

3)井管出水量小的防治措施

濾清器、井管及總管等管路要做好清潔工作后才能投入使用；塑料連接短管一定要保證井管到集水總管之間的過水面積。

4)局部地段出現流砂和險情的防治措施

開挖基坑時，要注意臨近邊坡挖溝積水問題；基坑周圍不允許堆放過多土料，同時禁止機械振動過于劇烈；確保排出的承壓水不能于周圍回流進入土中。在穩定性不足一側，增加抽水機組，分擔部分井管的排量，提高該段井管的抽水能力。

6 結語

以北支江上游水閘及船閘基坑工程為例，研究復雜條件下河道軟基超大深基坑潛水與地下承壓水降水方法，設計了本工程的基坑降水施工方案，從測量放線、鉆機就位、護筒埋設、泥漿制備、成孔、吊放套管、清孔、吊放井管、填濾料及黏土、洗井、安裝抽水設備及井管封堵等角度詳細介紹深基坑降水施工工藝。此外，提出了井管降水施工質量問題及防治措施。