基坑降水技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用分析

李 濤

（山西工程職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030011）

建筑工程基坑降水施工的有效進(jìn)行有利于改善現(xiàn)場(chǎng)施工條件，為工程后續(xù)工作的開展打好基礎(chǔ)。而建筑基坑降水具有復(fù)雜性，需要遵循因地制宜的原則，根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行計(jì)算和分析，確定基坑降水的參數(shù)，制定一套完善的基坑降水方案，并以科學(xué)的施工技術(shù)將基坑降水工作落實(shí)到位，諸如計(jì)算、設(shè)計(jì)、施工等環(huán)節(jié)的工作方法均要合理，為此，下文就相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探討。

1 工程概況

某建筑工程項(xiàng)目位于某東西兩道路交叉口東南處，建筑地下1 層、地上10 層，總高度為42.8m，建設(shè)規(guī)模10 113m2。建筑設(shè)計(jì)合理，使用年限為50 年，抗震設(shè)防烈度為7 度，耐火等級(jí)為一級(jí)，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面防水等級(jí)為Ⅰ級(jí)，防水層耐用年限為25 年。

2 地質(zhì)、水文條件分析

擬建場(chǎng)地的地貌屬?zèng)_擊平原地帶，最大相對(duì)高差0.1m，場(chǎng)地平整性良好。按自上而下順序，場(chǎng)地巖土層分別為粉質(zhì)黏土、粉土、含砂漿粉土、含砂漿粉質(zhì)黏土等。地下水以潛水為主，大氣降水和地下水徑流側(cè)向補(bǔ)給是地下水的主要補(bǔ)給形式，水位深度穩(wěn)定在1.9～2.2m，受季節(jié)降水量的控制，水位變化幅度約為1m。

3 基坑降水關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算

3.1 基坑涌水量計(jì)算

基坑遠(yuǎn)離邊界，布設(shè)位置如圖1 所示。在本建筑工程中，基坑屬均質(zhì)含水層潛水完整井基坑。

圖1 基坑位置

基坑涌水量計(jì)算方法：

式中：Q 為基坑涌水量，m3/d；k 為滲透系數(shù)，取1.50；H 為潛水含水層厚度，取18.00m；S 為基坑水位降深，取8.12m；R 為降水影響半徑，取108.94m；r0為基坑等效半徑，取18.27m。

經(jīng)計(jì)算，得：Q=550.40m3/d。

3.2 降水井?dāng)?shù)量計(jì)算

按如下方法計(jì)算，確定降水井的適宜數(shù)量：

式中：n 為降水井?dāng)?shù)量；q 為單井允許最大進(jìn)水量，m3/d；rs 為過(guò)濾器半徑，取200.00mm；l為過(guò)濾器進(jìn)水部分長(zhǎng)度，取1.30m；k 為含水層滲透系數(shù)，取1.50m；其他符號(hào)在上述已經(jīng)作出說(shuō)明，故此處不再贅述。

經(jīng)計(jì)算，得：n=6 個(gè)。

3.3 水位降深計(jì)算

按如下方法計(jì)算，確定水位降深：

式中：R 為降水影響半徑，取84.39m；R0為基坑等效半徑與降水井影響半徑之和，取102.66m；r1，r2……rn為各井距基坑中心或各井中心處的距離；其他符號(hào)在上述已經(jīng)作出說(shuō)明，故此處不再贅述。

經(jīng)計(jì)算，得：水位降深yo=9.34m。

4 基坑降水總體方案

以基坑內(nèi)最大坑深為降水設(shè)計(jì)目標(biāo)，采取適應(yīng)于基坑地質(zhì)條件和水文條件的降水方法，保證降水配套設(shè)施順利建設(shè)和降水的有效進(jìn)行。地基局部存在軟弱層時(shí)，為保證地基的穩(wěn)定性，在地基處理時(shí)增加開挖深度，因此，要考慮此特殊性，確保水頭降低深度在降水設(shè)計(jì)中得到有效控制，同時(shí)留有余地。根據(jù)工程進(jìn)度安排可知，留給基坑降水的時(shí)間相對(duì)較少，存在工期緊、任務(wù)重等特點(diǎn)，需要以較快的速度保質(zhì)保量疏干基坑內(nèi)的地下水。此外，由于基坑降水活動(dòng)持續(xù)進(jìn)行，周邊土體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，地下水由靜置轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，水位下降迫使土體自重應(yīng)力增加。在基坑降水設(shè)計(jì)中，要充分考慮前述羅列的各項(xiàng)特殊條件，秉承安全、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的基本原則，提出輕型井點(diǎn)與管井降水的綜合基坑降水方案，要求管井有足夠深度，同時(shí)基坑內(nèi)部的輸干井點(diǎn)數(shù)量要充足，以借助豐富的疏干井點(diǎn)快速促進(jìn)土體中地下水的疏干。經(jīng)過(guò)各類降水設(shè)施的設(shè)置后，一次全面降水。

5 基坑降水施工技術(shù)應(yīng)用

5.1 施工工藝流程

基坑降水的施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 基坑降水施工工藝流程圖

5.2 設(shè)備和材料配置

為輕型井點(diǎn)降水配置排水量為25m3/h 的2BL-6 型的JSJ60 射流泵，共4 臺(tái)；井點(diǎn)立管采用長(zhǎng)度為7.9m、直徑38mm 的鋼管，底段1.2m 的濾管；配套直徑38mm 的橡皮管，作為連接管使用；集水管由多個(gè)節(jié)段共同組成，單個(gè)節(jié)段均為長(zhǎng)度4m 的100mm 鋼管，立管按照1.2～1.6m 的間距依次布設(shè)到位。

5.3 井點(diǎn)管安裝

沖孔時(shí)，沖孔用水可能向四周飛濺，為避免此現(xiàn)象，在基坑開挖坡頂線外50m 的部位開挖深度約為1.0m 的溝槽。以水沖法埋設(shè)井點(diǎn)管，具體方式是用高壓水沖刷土體，期間沖管配合，將土層沖成圓孔，進(jìn)而埋設(shè)井點(diǎn)管。成孔直徑為300～350mm，沖擊期間適度搖動(dòng)沖水管。管壁與井點(diǎn)管間流出適量空隙，井點(diǎn)管安裝后，向該部位填充砂石，使空隙具有密實(shí)性。井點(diǎn)管要埋設(shè)至淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土上部，確保布設(shè)到位的井點(diǎn)管可切斷外圍水，避免水向基坑內(nèi)持續(xù)流動(dòng)。在井點(diǎn)管外側(cè)50cm 位置布設(shè)總管，首先開挖溝槽，整理槽底并清理雜物，將提前準(zhǔn)備好的管段逐根有序放入，形成完整的管道，隨后在端頭法蘭穿螺栓，墊橡膠密封圈，擰緊法蘭螺栓，保證細(xì)節(jié)部位的嚴(yán)密性。井點(diǎn)管埋設(shè)到位后，將其與抽水設(shè)備和總管連接，各連接部位必須嚴(yán)密、穩(wěn)定。試抽水，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)井點(diǎn)管是否存在漏氣、淤塞等問(wèn)題，若有要隨即采取疏通或其他處理措施，確保各井點(diǎn)管均可有效使用。此外，組織沖洗井點(diǎn)管試驗(yàn)，操作方式是向井點(diǎn)管底部插入Φ15～30mm 的膠管，持續(xù)注水清洗，直至流出的水為清水為止。

5.4 管路安裝

井點(diǎn)總管鋪設(shè)完成后，先用吸水膠管將其與總管連接，然后用8 號(hào)鐵絲綁扎，以保證連接部位的穩(wěn)定性，最后連接至抽水設(shè)備。管道連接結(jié)束后，接通電源試抽水，判斷管道是否存在漏氣、淤塞等問(wèn)題，同時(shí)，重點(diǎn)檢查管道連接部位的接頭是否有漏氣現(xiàn)象，若有異常隨即檢修。試抽水期間，壓力表讀數(shù)達(dá)到0.15～0.20MPa、真空度超過(guò)93.3kPa，同時(shí)管道各部位均無(wú)異常時(shí)，表明管路安裝質(zhì)量良好，可投入使用。

5.5 井點(diǎn)降水

井點(diǎn)降水遵循連續(xù)性原則，抽水作業(yè)持續(xù)進(jìn)行。首先試抽水，若與降水相關(guān)的各類設(shè)施均無(wú)異常，進(jìn)入正式抽水階段。抽水期間，每日觀測(cè)3 次水位，結(jié)果顯示水位被控制在設(shè)計(jì)深度以內(nèi)，同時(shí)具有穩(wěn)定性后，將觀測(cè)頻率調(diào)整為每日1 次，所有的觀測(cè)數(shù)據(jù)均要記錄，用于反映降水過(guò)程中水位的下降趨勢(shì)，為降水控制提供參考。降水時(shí)，由專員定期檢查抽水設(shè)備及配套管路，若有故障隨即進(jìn)行處理；同時(shí)，定期安排抽水設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，防微杜漸，確保抽水設(shè)備始終保持正常運(yùn)行狀態(tài)，為井點(diǎn)降水作業(yè)提供可靠的硬件支持。除現(xiàn)場(chǎng)水位觀測(cè)外，井點(diǎn)降水過(guò)程中周邊建筑物的沉降觀測(cè)也尤為關(guān)鍵。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果判斷建筑物是否由于井點(diǎn)降水而出現(xiàn)大幅度沉降或水平位移現(xiàn)象，若有需隨即采取防護(hù)措施，并評(píng)估當(dāng)前井點(diǎn)降水方法的可行性，加以優(yōu)化，按照優(yōu)化后的井點(diǎn)降水方法進(jìn)行施工。

6 基坑降水的檢查與控制措施

6.1 周邊地面沉降的控制措施

基坑施工存在擾動(dòng)性，可能導(dǎo)致周邊地面發(fā)生沉降，如何有效控制基坑周邊地面的沉降至關(guān)重要。在基坑工程中，地下管道的分布缺乏均勻性，在此條件下若以回灌法進(jìn)行施工，易產(chǎn)生漏斗狀的降雨曲線，其突出問(wèn)題在于破壞周邊環(huán)境，因此，出現(xiàn)周邊建筑物沉陷、傾斜等問(wèn)題，同時(shí)，基坑自身的穩(wěn)定性也難以得到保障。針對(duì)這一問(wèn)題，需要建立回流體系，其運(yùn)行機(jī)理是灌水井向基坑底部土層注水，從而產(chǎn)生水幕，在此條件下縮小降雨面積，在一定程度上放慢地下水的流失速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水的有效控制，減小地下水引起的不良影響?；刈Ⅻc(diǎn)的設(shè)置是回流體系建設(shè)中的重點(diǎn)內(nèi)容，施工人員需要注重以下幾點(diǎn)：

（1）有針對(duì)性地增設(shè)回注水箱和閘閥。若抽水點(diǎn)的水均流至主管后仍有多余的水，可見(jiàn)該部分水經(jīng)由溝渠流出，基于此特點(diǎn)，在配置回灌點(diǎn)的濾管時(shí)，通常按照長(zhǎng)度略大于抽水點(diǎn)濾管長(zhǎng)度的方式進(jìn)行。對(duì)于井壁與井筒間的空隙，以填充的方法加以處理，材料采用粗砂，經(jīng)過(guò)填充后保證空隙得到嚴(yán)密的填充，使井筒維持穩(wěn)定。

（2）注水時(shí)存在沉淀現(xiàn)象，而產(chǎn)生的沉淀物具有難溶解的特性，受此影響，隨著注水時(shí)間的延長(zhǎng)，注水管線中的積累物將逐步增加，從而引起管道堵塞，降水效率逐步降低。為清理管道，注水時(shí)適度加壓，借助壓力作用推動(dòng)沉淀物從管道排出。

6.2 降水速度的控制措施

基坑降水時(shí)，要合理控制井口之間的距離，否則排水速率偏低影響排水效果。建筑所在部位的地層為厚度較大、滲水性差的黏土地層，可用套管鉆進(jìn)的方法充填。準(zhǔn)備適量粗砂，用此類材料建設(shè)砂樁，以維持底水流動(dòng)的順暢性。抽水期間加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，如判斷井口是否堵塞、管線表面是否有潮氣等，針對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)的異常情況及時(shí)進(jìn)行成因分析、應(yīng)對(duì)措施的制定及落實(shí)。若死井?dāng)?shù)量超過(guò)10%，用高壓水清洗，保證降水作業(yè)的正常進(jìn)行，避免由于死井?dāng)?shù)量過(guò)多而導(dǎo)致降水異常。

6.3 降水效果檢查與控制

對(duì)建筑地下室基坑進(jìn)行井點(diǎn)降水后，可減少含水量、維持基坑的干燥度、提高基坑的承載性能，保證工程后續(xù)施工活動(dòng)順利進(jìn)行和建成后的穩(wěn)定使用。為保證降水的有效性，在降水過(guò)程中要加強(qiáng)檢查，如檢查邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)，要求位移速度不大于2mm/d；檢查地面沉降，以不超過(guò)0.5m 為宜。同時(shí)地下室各層均要保持干燥狀態(tài)，若地下室的部分區(qū)域頗為潮濕，需要分析原因，妥善處理，使該部位恢復(fù)干燥狀態(tài)。

6.4 基坑降水井運(yùn)行階段的檢查與控制

除了降水井建設(shè)階段的檢查與控制外，降水井使用期間的檢查與控制也尤為重要。根據(jù)檢查結(jié)果判斷降水井的使用效果，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題采取應(yīng)對(duì)措施，保證降水的有效性，減小降水對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的不良影響。因此，需要由專員在降水井運(yùn)行階段進(jìn)行全方位監(jiān)控，如監(jiān)控泵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，若監(jiān)控結(jié)果顯示該裝置運(yùn)行過(guò)程中存在水位異?，F(xiàn)象，說(shuō)明泵機(jī)存在故障，應(yīng)由專員維修，必要時(shí)進(jìn)行換新。抽水泵運(yùn)行階段，水位觀察周期為24h，此階段的觀察時(shí)間以7d 為宜，必要時(shí)視實(shí)際觀察結(jié)果適當(dāng)延長(zhǎng)觀察時(shí)間，觀察過(guò)程中獲取到的各項(xiàng)信息均要完整記錄，利用觀察信息如實(shí)反映抽水泵的運(yùn)行狀態(tài)。降水時(shí)，若因水位降低而導(dǎo)致周邊環(huán)境受到影響，要立即暫停施工，根據(jù)地下水的實(shí)際情況采取隔絕措施，避免因降水而產(chǎn)生不良影響。對(duì)于排水系統(tǒng)，其在基坑降水全過(guò)程中均要保持暢通，否則，將導(dǎo)致降水時(shí)水的流動(dòng)缺乏順暢性，不利于高效降水，為此，需要定期檢查排水系統(tǒng)，適時(shí)疏通，防止堵塞。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過(guò)本文關(guān)于工程實(shí)例的分析，提出基坑降水施工技術(shù)的應(yīng)用策略，諸如施工準(zhǔn)備、井點(diǎn)管安裝、管路安裝及檢查、井點(diǎn)降水等均是基坑降水施工中的重點(diǎn)內(nèi)容，各項(xiàng)工作需要由專員落實(shí)到位。同時(shí)，施工期間和降水期間必須加強(qiáng)檢查，判斷是否存在周邊環(huán)境因基坑降水而受到干擾、管路堵塞、抽水泵異常運(yùn)行等問(wèn)題，若有則盡快處理，保證基坑降水的安全性和有效性。作為施工單位，在后續(xù)的基坑降水施工中除了遵循基本的流程和方法外，還要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、水文等條件靈活優(yōu)化作業(yè)方法，并加強(qiáng)對(duì)各環(huán)節(jié)施工質(zhì)量的管控，以提高基坑降水技術(shù)的應(yīng)用水平。