富水強(qiáng)風(fēng)化砂巖地層基坑綜合降水技術(shù)應(yīng)用研究

靳高明 陳小楠

摘 要：在上卵石下強(qiáng)風(fēng)化砂巖地層的基坑施工中，降水較為困難。本文結(jié)合蘭州環(huán)球中心項(xiàng)目，針對(duì)富水強(qiáng)風(fēng)化砂巖地層采用綜合降水方案，取得較好的降水效果，為蘭州市同類地質(zhì)條件下的深基坑降水積累了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)風(fēng)化砂巖;深井降水;輕型井點(diǎn);止水帷幕

中圖分類號(hào)：U231.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）17-0103-03

Research on Application of Comprehensive Dewatering Technology

for Foundation Pit in Rich Water and Strong Weathered Sandstone Stratum

JIN Gaoming CHEN Xiaonan

（Gansu Construction Investment Construction Co.， Ltd.，Lanzhou Gansu 730050）

Abstract： In the construction of foundation pits in the upper pebble and lower strongly weathered sandstone formations， it is difficult to dewater. Combined with the Lanzhou Global Center project， this paper adopts a comprehensive precipitation scheme for the water-rich and strongly weathered sandstone formations， and achieves a good precipitation effect， which has accumulated experience for deep foundation pit dewatering under similar geological conditions in Lanzhou.

Keywords： strongly weathered sandstone;deep well dewatering;light well point;water-stop curtain

近年來，地下空間建筑正在朝更深方向發(fā)展，如地下交通樞紐、多層地下商城、地下車庫和地下人防工程等。在施工過程中，如果遇到富水紅砂巖地層，就會(huì)給基坑降水施工增加不小的困難。針對(duì)這種地質(zhì)情況，可采用綜合降水方案，以取得較好的降水效果。

1 工程概況

蘭州環(huán)球中心項(xiàng)目基坑開挖面積約為4萬m2，開挖深度約為16.5 m（局部19.5 m）。基坑北側(cè)為麥積山路，距離基坑邊13.0 m;基坑南側(cè)為民主路，距離基坑邊12.0 m;基坑西側(cè)為酒店（8層，框架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立基礎(chǔ)埋深4.0 m），距離基坑邊10.0 m;基坑?xùn)|側(cè)為住宅（31層，剪力墻結(jié)構(gòu)），距離基坑邊15.0 m;基坑?xùn)|側(cè)為賓館（8層框架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立基礎(chǔ)埋深4.0 m），距離基坑邊17.0 m，如圖1所示。

場(chǎng)地勘探深度范圍內(nèi)主要為第四系松散堆積物及第三系砂巖，自上而下依次為雜填土、卵石、砂巖。勘察結(jié)果顯示，本區(qū)域強(qiáng)風(fēng)化砂巖層厚度較大，成巖作用較差，若遇水?dāng)_動(dòng)、暴露地表，極易軟化或風(fēng)化崩解，擾動(dòng)后易破碎，巖芯呈短柱狀或散砂狀。場(chǎng)地地下水類型屬孔隙潛水，主要賦存于第四系卵石層中，接受大氣降水及側(cè)向徑流補(bǔ)給，流向?yàn)闁|北，水位埋深為3.2～3.7 m，卵石層滲透系數(shù)為40～50 m/d，單井涌水量為1 000～3 000 m3/d。

2 基坑支護(hù)方案

本工程基坑支護(hù)采用支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索，坡面掛網(wǎng)噴射混凝土。支護(hù)樁共有63根，樁徑為1 200 mm，樁間距為1 800 mm，樁長(zhǎng)為34.9 m。冠梁寬度為1 200 mm，高度為800 mm。基坑沿高度布設(shè)5排預(yù)應(yīng)力錨索，錨索孔徑為150 mm，長(zhǎng)度為18～20 m，傾角為15°，孔內(nèi)采用M30砂漿注漿。基坑坡面布設(shè)[Φ]6.5 mm@250 mm×250 mm鋼筋網(wǎng)片固定在支護(hù)樁上，噴射80 mm厚C20細(xì)石混凝土。基坑上部采用3排槽鋼，下部采用2～3排預(yù)應(yīng)力錨索，錨具采用雙向支座，預(yù)應(yīng)力錨索為4根直徑15.24 mm的鋼絞線。

3 基坑綜合降水方案

本工程基坑采用深井降水、輕型井點(diǎn)降水、止水帷幕、明溝與集水井組合的綜合降水方案。基坑分4段開挖，先開挖一段與三段，開挖面以下5 m含水卵石層采用深井降水。當(dāng)開挖一、三段時(shí)，二、四段卵石層裂隙水會(huì)涌入開挖面，無法繼續(xù)分層開挖，故采用明溝和集水井組合降水方式。當(dāng)開挖至人工清底操作面時(shí)，由于強(qiáng)風(fēng)化砂巖的微透水性，開挖后雖無明水，但隨著砂巖層裂隙水的滲入，操作面緩慢積水，影響墊層施工，故采用輕型井點(diǎn)降水。電梯井等局部開挖深度為3.5 m，采用止水帷幕止水[1]。

3.1 深井降水

3.1.1 深井降水方案設(shè)計(jì)。水位降深為11.0 m，過濾器半徑為0.18 m，水頭高度為12.0 m，滲透系數(shù)為50.0 m/d，單井出水量為180.0 m3/d，沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為1.0。根據(jù)相關(guān)規(guī)范可以確定，降水影響半徑為538.888 m，基坑等效半徑為126.269 m，基坑涌水量為11 819.542 m3/d。單井出水量按180.0 m3/d計(jì)算，需要設(shè)置73口降水井。但是，在開挖一段與三段的土方時(shí)，水的重力因素會(huì)使水流向開挖后的基槽，使得周邊深井降水出水量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，故深井布置需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

3.1.2 深井布置。經(jīng)計(jì)算分析，基坑周邊沿基坑開挖邊線向外1.5 m布設(shè)63口降水井，中心間距為16.0～18.0 m，降水井實(shí)際布設(shè)數(shù)量及位置宜參考周邊建筑物的降水經(jīng)驗(yàn)，略微進(jìn)行調(diào)整。由于理論計(jì)算所采用的計(jì)算參數(shù)部分為經(jīng)驗(yàn)值，而這些參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果起關(guān)鍵作用，為了確保降水工程安全合理，要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，復(fù)核理論計(jì)算結(jié)果，對(duì)不合理之處做必要調(diào)整。

3.2 明溝、盲溝與集水井組合降水

因開挖工作與深井降水同步進(jìn)行，開挖部位周邊的深井日出水量明顯下降，水的重力作用使裂隙水流向開挖面，影響開挖作業(yè)。當(dāng)開挖至基坑底時(shí)，其他未開挖側(cè)壁巖砂層的裂隙水和雨水會(huì)流向基槽，因此在基坑底及開挖面四周設(shè)置明溝、盲溝與集水井，將坡體滲入的地下水用明溝或盲溝導(dǎo)引至基坑底部集水井中，然后用污水泵將其排至基坑外[2]。

3.3 輕型井點(diǎn)降水

上述兩種降水方式基本可以解決卵石層的降水問題，但在強(qiáng)風(fēng)化砂巖地層降水效率特別低，滿足不了施工要求。使用輕型井點(diǎn)降水可以將砂巖層的水位降低到符合施工要求的位置，降水效率較高，機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)單，如圖2所示。

井點(diǎn)管方面，井點(diǎn)深度為6 000 mm，底部5 500 mm制作成花管，以縱橫間距2 000 mm方式布置，10～15個(gè)輕型井點(diǎn)降水為1組，真空泵功率為2.2～5.0 kW。在柱下墩位置，井點(diǎn)間距為1 000 mm。管線方面，井點(diǎn)管采用DN25三型聚丙烯（PPR）管或聚乙烯管，支管采用DN30 三型聚丙烯管或聚乙烯管，主管采用DN50蛇形高壓膠管。三型聚丙烯管采用熱熔連接。連接管采用膠皮管，將井點(diǎn)管和總管連接，采用8號(hào)鉛絲扎緊，以防漏氣。抽水設(shè)備有離心泵、真空泵、機(jī)組配件和水箱。蛇形高壓膠管壓力應(yīng)大于1.50 MPa。

輕型井點(diǎn)降水通過真空泵后排到三級(jí)沉淀池，再用水泵排出基坑，最后通過地表三級(jí)沉淀池排到市政管網(wǎng)。輕型井點(diǎn)降水電力線路布置應(yīng)避免與基礎(chǔ)施工沖突，防止損傷電纜，造成人員觸電、排水不暢等事故。輕型井點(diǎn)降水完成后，通過主管向井管內(nèi)注入水泥漿，待漿液初凝后，再注入聚氨酯，最后將主管焊接封死。正式施工前，應(yīng)做降水試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整井點(diǎn)間距及井點(diǎn)深度。

3.4 止水帷幕

電梯井基坑為強(qiáng)風(fēng)化砂巖層，開挖至地下19.2 m時(shí)有水滲出，無法進(jìn)行土方開挖。因此，在電梯井坑周邊采用高壓旋噴樁工藝增加一圈封閉的止水帷幕，并在坑底設(shè)置隔水層進(jìn)行坑內(nèi)止水。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

4.1 深井的成井、運(yùn)行

深井采用旋挖鉆機(jī)成井，要求勤換泥漿，勤撈巖粉，保持井內(nèi)清潔及井壁穩(wěn)定。礫粒一次填入量不宜過大，以免填料形成架空導(dǎo)致原地層中細(xì)粒土被抽走而使地面沉陷。井管下放要平直，井口應(yīng)高于地面0.3 m，防止地表污水、雜物滲入或掉入井內(nèi)，井管下放安裝后應(yīng)進(jìn)行洗井。在降水井井口設(shè)置明顯標(biāo)志，防止機(jī)械設(shè)備碰撞，造成降水井損壞;在排水管道區(qū)段，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置明顯標(biāo)志并采取適當(dāng)措施，并在其他工種施工時(shí)加強(qiáng)巡邏[3]。

4.2 輕型井點(diǎn)降水

利用履帶式潛孔鉆機(jī)成孔，成孔比濾管深0.5 m，成孔后立即插入[Φ]25 mm三型聚丙烯管，之后向孔內(nèi)灌入少量粗砂;接著，鋪設(shè)[Φ]32 mm三型聚丙烯管，集水管與井點(diǎn)管之間采用熱熔連接，嚴(yán)防漏氣;最后，連接真空水泵進(jìn)行抽水，并檢查接頭質(zhì)量、井點(diǎn)出水狀況和真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如發(fā)現(xiàn)漏水、漏氣現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行加固或采用黃泥封堵處理。井點(diǎn)降水期間，應(yīng)不間斷連續(xù)抽水，真空泵旁必須配有備用發(fā)電機(jī)。一旦停電，應(yīng)立即啟動(dòng)發(fā)電機(jī)供電。降水過程應(yīng)由專人觀測(cè)水的流量，對(duì)井點(diǎn)降水系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)[4]。

4.3 明溝與集水井組合降水

在基坑底部設(shè)置寬度與深度均為300 mm的明溝，表面采用M5防水砂漿抹面。當(dāng)條件限制時(shí)，在基坑底部設(shè)置盲溝，盲溝內(nèi)填充粒徑為30～50 mm的干凈卵石，適當(dāng)拍實(shí)（能透水），將坡體滲入的地下水用明溝或盲溝導(dǎo)引至基坑底部集水井中，再采用污水泵抽排至基坑外。基坑內(nèi)設(shè)置排水盲溝，排水坡度為3%，集水井間距為50 m，集水井深度為0.7 m，集水井上半部采用卵石顆粒填充，下半部采用濾料填充，集水井間距根據(jù)基坑底部抽水量情況調(diào)整。

4.4 止水帷幕

采用高壓旋噴工藝施工，首先利用鉆機(jī)把注漿管鉆進(jìn)土層的預(yù)定位置，然后利用高壓脈沖泵通過鉆機(jī)下端的裝置將水泥漿噴射成高速射流，噴入四周土體，利用射流強(qiáng)大的動(dòng)力破碎土體。同時(shí)，利用鉆桿將土體和水泥漿充分?jǐn)嚢瑁纬蓤A柱狀的水泥土固結(jié)樁體。樁體之間互相咬合200 mm，形成一道密閉的止水屏障，起到止水帷幕的作用[5]。

5 應(yīng)用效果分析

本工程采用綜合降水方案后，基坑實(shí)際施工期比計(jì)劃提前2個(gè)月左右，經(jīng)測(cè)算，綜合降水相對(duì)于單一降水，費(fèi)用節(jié)省了近30%。基坑開挖期間，卵石層與砂巖層基本干燥，施工順利。輕型井點(diǎn)設(shè)置在強(qiáng)風(fēng)化砂巖層內(nèi)，真空泵出水量大，降水速度快，基本一周左右即將坑底以上土體水分排干，基坑挖土全過程基本處于無水作業(yè)狀態(tài)，基坑內(nèi)的地下水位始終維持在規(guī)范允許范圍內(nèi)[6]。本工程基坑綜合降水技術(shù)施工方便，施工成本較低，縮短了工期，對(duì)周圍環(huán)境影響較小，安全可靠，具有推廣價(jià)值。

6 結(jié)語

實(shí)踐表明，在富水強(qiáng)風(fēng)化砂巖地質(zhì)條件下，根據(jù)不同土層含水量、滲透性及現(xiàn)場(chǎng)施工情況，針對(duì)性地選擇降水工藝與降水設(shè)備進(jìn)行綜合降水，既經(jīng)濟(jì)又高效，可為蘭州市同類地質(zhì)條件下的基坑降水提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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