建筑工程基坑支護降水技術方案分析

王彥德

(甘肅第二建設集團有限責任公司，甘肅 蘭州 730050)

針對面積較大的深基坑開展降水施工，考慮到基坑的面積較大，可以結合實際情況應用多樣化的降水方案，如果降水速度太快，會對周圍邊坡和環境產生不利的影響。因此，可以采取周邊輕型井點與坑內管井降水相結合的降水措施進行降水。

1 工程項目概況

該工程由3#樓、4#樓及停車庫三部分組成。工程總用地面積為8 798.90m2，總建筑面積為43 594.78 m2。地上建筑面積為37 835.27 m2，地下一層建筑面積為5 759.51 m2。3#樓、4#樓分別為32層，地下一層為停車庫，地上一層為商業服務網點，2～32層為住宅，局部33層為電梯機房及樓梯間。建筑高度為95.0m。主樓采用鋼筋混凝土剪力墻結構，地下一層采用框架結構。基礎采用樁-筏聯合基礎[1]。項目開挖支護包括3#、4#樓及部分地下車庫基坑，北側與一期相鄰處已支護完成。基坑實際深度為6.500m，基礎為樁筏基礎。基坑長約76.2m、寬約71.0m。

根據該工程《基坑支護設計施工圖》，工程正負零相對標高為960.72m，基坑周邊自然地面標高為 959.65～960.20m，基坑底絕對標高953.02m，考慮地下室柱外邊線，基坑四周外擴1 000mm為基坑下口線。根據工程基坑深度及基坑周邊環境，設計工程基坑周邊深度約為6.20～6.50m[2]。

2 基坑降水方案

2.1 降水目的

首先，加固基坑與坑底的土體，從而減少坑底隆起和圍護結構的變形量，防止坑外地表過量沉降；其次，有利邊坡穩定，防止縱向滑移；再次，及時降低地下水水頭高度，將其降至基底以下一定深度，方便挖掘機和工人在坑內施工作業。

2.2 地下水影響分析

擬建建筑物基礎采用樁基基礎，基礎持力層為泥質砂巖層，根據勘察報告及現場調查，水位高程為 957.50m左右，基底標高為952.10m，同時需將地下水降至基坑底面以下1.00m，即設計水位最大降深6.40m，降低后高程為951.10m。擬采用井點法(大口徑管徑)降水措施[3]。

2.3 方案選擇

首先，管井降水。施工工序簡單，機械設備對場地要求不高；造價低，適宜各種地質條件；工期易控制，對地下水位的控制靈活。

其次，明坑降水。施工工序簡單，機械設備對場地無要求，造價低，適宜各種地質條件，工期較易控制，對地下水位的控制比較靈活[4]。

再次，結合擬建場地現狀及水文地質情況，本場地建議采用管井降水法配合明坑降水法，集水坑采用坑內布井共同降低地下水位。基坑內排水溝設在施工作業面內，在基坑內坡腳內側0.50m處設置30cm×30cm排水溝，溝底2%找坡，排水溝底部及兩側采用C20細石混凝土抹平。排水溝每20m設置一處集水井，共布置12口坑內集水井，集水井深1.5m，直徑0.50～0.60m，井壁采用硬塑料管護壁，將基坑底面排水溝內水匯入集水井，然后用水泵抽走[5]。

2.4 降水井設計

本工程降水井采用潛水非完整井計算，依據為勘察報告、地區經驗及JGJ 120-2012 7.3、7.4和附E。

2.4.1基坑涌水量(Q)

Q=πk(H2-h2)/[ln(1+R/r0)+(hm-l)/

l×ln(1+0.2hm/r0)]=892.43m3/d

hm=(H+h)/2=11.9m

2.4.2單井出水能力

式中，rs為過濾器半徑，采用rs=0.15m；l為過濾器進水部分長度，l=2.0m。

2.4.3井點數(n)

n=1.1Q/q=15.25

式中，q為單井設計流量≤單井出水能力q0。

2.4.4群井抽水時各井點單井過濾器進水長度

y0>l

y0=[H2-0.732Q/k×(lgR0-lg(nr0n1rw)/n]1/2

式中，l為過濾器進水長度；r0為基坑等效半徑；rw為管井半徑；H為潛水含水層厚度；R0為基坑等效半徑與降水井影響半徑之和；R0=R+r0；R為降水井影響半徑；通過以上計算，取過濾器進水長度為3.0m。

2.4.5降水井深度

單井深度建筑場地現地面高程為959.60m，基坑平均水位高程為957.50左右，基底標高為952.10m，同時需將地下水降至基坑底面以下1.00m，即設基坑中點計水位最大降深6.40m，降低后井水位高程為951.10m。

(1)含水層厚度：H=4.0m。

(2)管井深度：依據為JGJ111-2016《建筑與市政工程地下水控制技術規范》。

(3)井點管深度為：

HW=HW1+HW2+HW3+HW4+HW5+HW6

式中，HW為降水井深度，m；HW1為基坑深度，取7.5m；HW2為降水水位距離基坑底要求的深度，取1.0m；HW3為水力坡度作用基坑中心所需增加的深度，由于基坑等效半徑r=32.25m，考慮到圓礫層滲透性大，水力坡降i按0.01考慮，若降水井影響到基坑中心，所需的降水管井深度HW3=r×i=1.04，取HW3=1.0m；HW4為降水期間地下水位幅度變化，根據地質資料，HW2取1.0m；HW5為降水井過濾器的工作長度，取0.5m；HW6為沉砂管長度，取2.0m。

代入上式：

HW=7.5+1.0+1.0+1.0+0.5+2.0=12.0m

降水井按照潛水非完整井進行設計計算，管井深度取12.0m。

降水井的布設基坑周長約250m，考慮到周圍情況比較復雜，井間距取15.0m，n=16>15.25滿足要求。即沿基坑外側共布置16口、井深12.0m的管井。降水井數量依據經驗數據計算而來。

2.5 降水井構造與設計要求

(1)降水井施工順序：井位放線→設置井位→鉆機就位→鉆進→放置混凝土井壁管→投放礫料→洗井→鋪設排水管→安裝潛水泵和供電設備→試抽→降水運行→觀測。

(2)降水施工技術措施和質量控制：①成孔。采用沖擊鉆機，泥漿護壁，孔徑為600mm，井深為12.0m；②提漿。鉆孔完畢后馬上提漿，泥漿不再黏附提筒后，測量孔的深度，保證濾水管下到提前確定的地點；③下管。成孔后立即下井壁管，井管外徑360mm，內徑300mm，下管前把井管固定好，下管時垂直居中，施工必須保證井管接頭質量；④井管的連接。管井井口高于現地面0.2～0.3mm，自井口下部1.5m處安裝濾水管，上部安裝實管，確保含水層全部下入濾水管；⑤填礫。在井口四周均勻回填礫料，填礫環狀厚度應大于100mm，填礫高度從水面到孔底，填礫數量不小于計算量的95%，井管與孔壁之間填充的濾料宜選用硬質巖石成分的圓礫，填料粒徑為10～20mm；⑥機械洗井。用活塞、提筒聯合洗井，若降水井水量處于較小水平時，剖析成因，若是由于成孔存在缺陷所致，應當增多孔內清潔頻次，一直到水與沙都達到標準；⑦抽水洗井。用潛水泵抽水，水泵下至距降水井底0.5m處抽水。

3 降水對周邊環境的沉降控制措施及其他應急預案

3.1 降水對周圍環境產生的影響和沉降管控手段

因為大范圍降水，為此會對周邊的環境產生較大程度的影響。第一，因為大范圍的基坑挖掘，不再承受土的壓力，導致基坑底部與周圍土出現回彈現象，部分情況下回填程度能夠高達兩三米。第二，坑中大范圍的抽水，導致土體中應力發生改變，在降水程度較為顯著的時候，在基坑周圍構成降水漏斗曲線，這種情況下構筑物便會出現變形情況，從而引發路面開裂、管線開裂、周圍建筑出現裂紋等現象。為此，使用井點降水應當格外謹慎且采用恰當的策略。

(1)在基坑開挖降水之前，施工企業配合第三方監測企業調研周圍水文、地質狀況，評估或許受到的影響，并對道路管線、建筑物等加以測量，并進行拍照與完整記錄，用于今后評估是否可能會因此次施工導致形狀改變。

(2)在降水運行期間，伴隨挖掘深度的增加逐漸下調水頭，未抽水的井能夠用來當做觀測孔，對上面覆蓋的壓力和水頭進行管控，以讓開挖基坑穩固性達到相關要求，這會在一定程度上減小降水對周圍環境的負面影響。

(3)在基坑掘進的過程中，井點降水以最高的抽水量進行；在地下室底板、墊層建設完工后，可以對抽水量進行恰當調節，確保基坑外部的降水曲面盡量管控在最小范圍，然而應當在坑外部與內部設立水位觀測井，對水位進行恰當管控。

(4)運用網絡化設施，對周邊環境加以監控，若發現異常第一時間解決，對抽水井和抽水量進行調節，引導降水運行與掘進作業。

(5)建設單位及時整理基坑開挖和降水時的水位資料，并及時送交現場項目部，繪制相關的圖表、曲線。

(6)如果在抽水期間出現周邊構筑物與道路下沉程度在預警數值以上的情況，則將臨近的降水井當做回灌井，不間斷地灌水，讓此位置的地下水得到充分補充，讓降水井點所影響的范圍在回灌井點的范圍以內，避免回灌井點外部構筑物地下水大量喪失，確保地下水不發生大的變化。回灌水應當使用清水，以避免井點發生阻塞問題。一方面要發揮隔水功能，另一方面要避免回灌水溢出對基坑內的施工活動產生不良影響。

3.2 降水中的其他應急預案

對于無法清除干凈的上層滯水，配備相應的排水管，采用明排的手段，利用排水管將水引入軟管，然后依托軟管將水引到基底排水溝，之后依托集水井統一將水抽出。滯水排水管使用型號為φ25的塑料花管，外層以窗紗覆蓋。滯水排水管伸到土壤的深度大概在1m，外面露出300mm左右。排水管與排水孔的間隔以較小半徑的石粒進行充填，外面的口使用黏土封住，排水管的布設根據基坑滯水的實際狀況確定。

3.3 降水運行操作要求

3.3.1試運行

(1)在施工前，對全體施工及管理人員做好技術交底，關鍵節點作詳細交底，使全體人員明確本工程的技術要點。

(2)在試運行前，準確測定各井口和地面標高、靜止水位，以檢查抽水設備、抽水與排水系統能否滿足降水要求。沿基坑周邊布設鋼管或塑料主排水管，坑內管井及明排水抽入主排水管，主排水管尺寸為325鋼管，根據水流量確定是否布置雙管，經沉淀池沉淀后排入城市下水管網或現場可利用的排水通道。

(3)沉淀池1～3個，沉淀池尺寸為2.5m×2.5m×2.0m，可為鋼板制作，也可為37磚墻，沉淀池具體尺寸和位置根據抽水量和排水口位置確定。

(4)降水設備(主要是潛水泵)在施工前要及時做好調試工作。

(5)在降水井的成井施工階段應邊施工邊抽水，及時降低圍護結構內基坑中的地下水位。

3.3.2降水運行

(1)基坑外的降水井應當在基坑掘進之前的7d開始運行，確保在規定時間將基坑的地下水位下降到距坑底0.5m以下。

(2)坑外降水井抽水時，潛水泵的抽水間隔時間由短及長，每次抽水井內水抽干后，應立即停泵，對于出水量較大的降水井，每天抽水的次數要相應增多。

(3)降水井的運行數目，應當依據基坑掘進作業情況及時調節。

(4)作業現場應當準備充足的潛水泵數量，其通常要比井數的四分之一多。運用的潛水泵應當進行充分的保養，若發現存在異常的潛水泵，應當馬上修理，不能修理的應當第一時間替換。

(5)降水運行過程中，作業現場采用24h值班制，值班工作人員應當將各種質量問題記錄備案。

(6)降水運行過程中應對出水量、運行時間做好記錄，并及時分析整理，繪制各種圖表，以合理指導降水工作。降水運行記錄每天提交1份，對停抽的降水井及時測量水位，每天1～2次。

3.4 降水運行的注意事項

(1)應做好基坑內的明排水準備工作，以便遇降雨時能及時將基坑內的積水抽干。

(2)應經常檢查泵的工作狀態，一旦發現不正常，應及時調泵并修復。

(3)應保證電源供給，如遇電網停電，有關單位須提前2h通知降水施工人員，以防止停電造成基坑抽水停止，本項目部擬準備滿足負荷要求的柴油發電機組。

(4)根據開挖順序、開挖進度等情況及時調整降水井的運行數量。

3.5 降水井井管保護措施

(1)井位盡可能靠近支護邊，沿基坑坡頂水平向約80～100cm。

(2)井管口設置醒目標志。

(3)協同總包單位與挖機施工人員做好井管保護工作。

3.6 注意事項

土方開挖施工至水位前，應提前15d預降水，預降水應控制降水速率，并采取逐級控制措施，以保證疏干效果，水位降至坑底以下1m左右處才可進行基坑開挖工作，降水深度不得過深，以盡量減輕對周圍建筑的影響。

管井降水期間，定期取樣測試含砂量，含砂量不應大于0.1‰。同時重視埋設井管時的成孔和回填砂濾料的質量；管井礫料采用米石，填礫前應徹底換漿，然后向井管四周填礫，開始時速度不宜過快，待井管內出水后，再加快填礫速度。

降水井開始工作后，應注意以下幾個問題：①派專人在工地值班，巡回檢查抽水運行情況，發現含沙率超標，應及時采取措施；②做好降水井水位的測量并記錄；③要積極配合基坑土方開挖，基坑內部的降水井因開挖需要停止降水時，要做好井口維護，開挖停止后要立即恢復降水；④要保證不間斷供電，必要時現場提供雙回路電源，不因停電而長時間間斷降水。

4 結語

綜上所述，在深基坑工程項目施工過程中，選擇合適的降水方案對提升工程項目整體的建設質量具有重要意義。本文結合實際的工程項目施工案例，選擇了科學的降水方案，并對其降水施工階段的各類注意事項進行分析和研究，在保障工程項目施工質量的同時，節約了工程項目的施工成本，也減少了施工過程對周圍邊坡和環境所產生的不良影響，收到了較好的施工效果，值得其他工程項目借鑒和參考。