淺談基坑降水

段武奎

1 工程概況

1.1 基本概況

太原警備區(qū)2號(hào)住宅樓及地下車庫(kù)工程位于太原市南宮南街與南宮西路交叉口的西南角,工程由1幢地上32層高層住宅及地下車庫(kù)組成,設(shè)有兩層地下室,地下車庫(kù)均連通?；A(chǔ)采用鋼筋混凝土后壓漿鉆孔灌注樁(筏板基礎(chǔ))。

基坑底標(biāo)高為775.1m,現(xiàn)自然地坪平均相對(duì)標(biāo)高取783.7 m,則基坑實(shí)際開挖深度為8.6 m,電梯井坑局部挖深,2號(hào)住宅樓及地下車庫(kù)東西向長(zhǎng)度約73.1 m,南北向長(zhǎng)度目前深度還未確定。基坑平面形狀呈不規(guī)則長(zhǎng)方形周長(zhǎng)約238.6 m;2號(hào)住宅樓基坑與同時(shí)正在施工的3號(hào)住宅樓基坑的地下車庫(kù)相互連通,兩樓基坑總周長(zhǎng)約424 m。

1.2 周邊環(huán)境條件

警備區(qū)2號(hào)住宅樓北側(cè)距基坑邊線9.2 m現(xiàn)有一棟地上3層磚混住宅樓,西側(cè)距基坑邊線7.4 m有一棟地上3層住宅樓及一座平房,這兩棟住宅樓及這座平房暫時(shí)不能拆遷,原設(shè)計(jì)的車庫(kù)受到影響,目前先考慮車庫(kù)做到距已有住宅樓約2.5 m,以后再外擴(kuò)到原設(shè)計(jì)尺寸,東側(cè)、南側(cè)距離基坑邊線約9 m,均為地上5層住宅樓。

基坑四周的建筑物均為磚混結(jié)構(gòu),均設(shè)一層地下室,基礎(chǔ)埋深約3 m,地基處理僅為簡(jiǎn)單的灰土地基,且建筑年代較長(zhǎng)。

1.3 工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件

1)該場(chǎng)地屬于汾河?xùn)|岸Ⅰ級(jí)階地地貌單元,現(xiàn)場(chǎng)地地形較為平坦,地面標(biāo)高介于783.21 m～784.05 m之間,相對(duì)高差為0.84 m。經(jīng)勘察鉆探險(xiǎn)揭露,在基坑開挖影響深度范圍內(nèi)的地基土主要由雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)中砂等組成。2)場(chǎng)地內(nèi)主要含水層及其性質(zhì)：場(chǎng)地地下水類型淺層地下水為孔隙潛水,含水層主要為①2素填土層,主要由大氣降水及側(cè)向徑流補(bǔ)給;第③層粉質(zhì)黏土以下地下水為承壓水,以④,⑥層為主要含水層,勘察期間實(shí)測(cè)穩(wěn)定混合水位埋深為地表下1.32 m～2.10 m,根據(jù)汾河沖積平原地區(qū)地下水位,每年12月～次年1月為枯水期,7月～9月為豐水期,地下水位變幅為0.8m～1.4 m,勘察期間為豐水期。

2 基坑降水方式的選用

基坑降水方法主要有：明溝加集水井降水、輕型井點(diǎn)降水、噴射井點(diǎn)降水、電滲井點(diǎn)降水、深井井點(diǎn)降水等等。各種降水方法有其特點(diǎn)和適用情況,比較如下：1)明溝加集水井降水。明溝加集水井降水是一種人工排降法。它具有施工方便,用具簡(jiǎn)單,費(fèi)用低廉的特點(diǎn),在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的最為普遍。在高水位地區(qū)基坑邊坡支護(hù)工程中,這種方法往往作為阻擋法或其他降水方法的輔助排降水措施,它主要排除地下潛水、施工用水和天降雨水。2)輕型井點(diǎn)降水。輕型井點(diǎn)降水(一級(jí)輕型井點(diǎn))是國(guó)內(nèi)應(yīng)用很廣的降水方法,它比其他井點(diǎn)系統(tǒng)施工簡(jiǎn)單、安全、經(jīng)濟(jì),特別適用于基坑面積不大,降低水位不深的場(chǎng)合。3)噴射井點(diǎn)降水。噴射井點(diǎn)系統(tǒng)能在井點(diǎn)底部產(chǎn)生250 mm水銀柱的真空度,其降低水位深度大,一般在8 m～20 m范圍。它適用的土層滲透系數(shù)與輕型井點(diǎn)一樣,一般為0.1 m/d～50 m/d。但其抽水系統(tǒng)和噴射井管很復(fù)雜,運(yùn)行故障率較高,且能量損耗很大,所需費(fèi)用比其他井點(diǎn)法要高。4)電滲井點(diǎn)降水。電滲井點(diǎn)適用于滲透系數(shù)很小的細(xì)顆粒土,如黏土、亞黏土、淤泥和淤泥質(zhì)黏土等。這些土的滲透系數(shù)小于0.1 m/d,用一般井點(diǎn)很難達(dá)到降水目的。利用電滲現(xiàn)象能有效地把細(xì)粒土中的水抽吸排出。它需要與輕型井點(diǎn)或噴射井點(diǎn)結(jié)合使用,其降低水位深度決定于輕型井點(diǎn)或噴射井點(diǎn)。在電滲井點(diǎn)降水過程中,應(yīng)對(duì)電壓、電流密度和耗電量等進(jìn)行量測(cè)和必要的調(diào)整,并做好記錄,因此比較繁瑣。5)管井井點(diǎn)降水。管井井點(diǎn)適用于滲透系數(shù)大的砂礫層,地下水豐富的地層,以及輕型井點(diǎn)不易解決的場(chǎng)合。每口管井出水流量可達(dá)到50 m3/h～100 m3/h,土的滲透系數(shù)在20 m/d～200 m/d范圍內(nèi),降低地下水位深度約3 m～5 m。這種方法一般用于潛水層降水。6)深井井點(diǎn)降水。深井井點(diǎn)是基坑支護(hù)中應(yīng)用較多的降水方法,它的優(yōu)點(diǎn)是排水量大、降水深度大、降水范圍大等。

針對(duì)本工程地質(zhì)情況以及周邊環(huán)境狀況,采用管井降水,并結(jié)合深井降水,外側(cè)布設(shè)注水井、觀測(cè)井。該建筑場(chǎng)區(qū)勘察報(bào)告揭示,地面下16 m(個(gè)別鉆孔14 m)為細(xì)砂層,砂層底20 m～23 m,由于機(jī)械能力要全部封堵砂層,困難較大,故采用深層攪拌樁帷幕止水,高壓旋噴樁封堵砂層,止水帷幕深度確定為自然地面下17 m,高壓旋噴樁深度為自然地面下25 m,深層攪拌樁與高壓旋噴樁在樁頂處搭接,并相互咬合200 mm。

3 降水設(shè)計(jì)及施工要求

1)止水帷幕：基坑西側(cè)、北側(cè)采用在鉆孔灌注樁外側(cè)設(shè)2排深層攪拌樁作止水,東側(cè)、南側(cè)在兩排灌注樁中間設(shè)2排深層攪拌樁作止水,攪拌樁深度為自然地面下17 m。攪拌樁有效樁長(zhǎng)：東側(cè)、南側(cè)為14.7 m(-18.2 m～-3.5 m),西側(cè)、北側(cè)為16.5 m(-18.2 m～-1.7 m);東側(cè)、南側(cè)圍墻加固段有效樁長(zhǎng) 6 m(-7.2 m～-1.2 m),保護(hù)長(zhǎng)度均為0.5 m,樁徑 500 mm,樁距、排距均為 300 mm,水泥采用 P.S32.5水泥,水灰比0.5～0.6,水泥用量65 kg/m。止水帷幕外,緊貼攪拌樁,采用1排高壓旋噴樁封堵砂層,高壓旋噴樁樁頂標(biāo)高在自然地面下14 m,旋噴樁樁頂與攪拌樁樁底搭接長(zhǎng)度3 m,樁與樁相互咬合200 mm,旋噴樁樁底標(biāo)高位于自然地面下25m,有效樁長(zhǎng)11m(-26.2 m～-15.2 m),樁徑500 mm,搭接長(zhǎng)度200 mm,采用P.S32.5水泥,水泥用量大于300 kg/m。2)降水井采用管井降水。降水井布設(shè)以密布小降深抽水為原則,相距12 m布井,井深14 m(井深度以不抽第④層水為原則),孔徑600 mm,井徑300 mm,無砂管做井管,0.5～2碎石作濾料,管外纏2層40目紗網(wǎng),防止細(xì)砂流入,施工時(shí),降水井井深為16 m,底下2 m為實(shí)管,上部為花管,另外為減少第④層水頂柱補(bǔ)給、基坑底隆起及考慮電梯井施工等因素,在基坑內(nèi)另設(shè)19 m的管井抽取第④層水,管井參數(shù)與降水井相同。3)注水井、觀測(cè)井施工要求?；觾?nèi)觀測(cè)井與降水井一致?；油庥^測(cè)井、注水井井深10 m,其他要求與降水井一致。抽水時(shí),水泵放在基坑下0.5 m～1.0 m處,不得過深。當(dāng)降水井不滿足要求時(shí),采用明排措施,在基坑內(nèi)合適的位置挖集水坑進(jìn)行大泵量強(qiáng)制抽水。

4 實(shí)測(cè)結(jié)果及分析

為了全面了解及掌握基坑降水的效果,以及對(duì)基坑本身及周邊建筑物的影響,在基坑內(nèi)設(shè)置了兩眼觀測(cè)井,在基坑的周邊布置了相當(dāng)數(shù)量的沉降觀測(cè)點(diǎn),從基坑開挖到回填土施工進(jìn)行了全過程安全監(jiān)測(cè)。

經(jīng)過監(jiān)測(cè),最大水位移點(diǎn)位W3,W7,其位移值分別為10 mm,14 mm,在允許變形范圍內(nèi)。

周邊建筑物沉降實(shí)測(cè)結(jié)果分析：實(shí)測(cè)結(jié)果表明,施工前期,隨著基坑降水時(shí)間的延長(zhǎng),沉降逐漸增加,后又逐漸反彈,之后沉降和變形便趨于穩(wěn)定,最大沉降值9 mm,滿足規(guī)范要求。說明基坑降水方案合理、經(jīng)濟(jì)、可靠。

地下水位觀測(cè)結(jié)果：監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,隨著基坑開挖的加深,地下水位逐漸變深,基坑開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),地下水位最終基本穩(wěn)定在-12 m左右。

5 結(jié)語

深攪帷幕止水與坑內(nèi)降排水聯(lián)合方案,雖然在該工程得到成功應(yīng)用,比預(yù)定工期提前15 d完成,施工造價(jià)控制在預(yù)算范圍以內(nèi)。但它不是深基坑降排水施工技術(shù)的唯一方案,深攪帷幕止水與坑內(nèi)降排水聯(lián)合施工技術(shù)方案也不是萬能的。各個(gè)工程的具體降排施工方案必須依其水文地質(zhì)資料和周圍環(huán)境情況,認(rèn)真進(jìn)行深入細(xì)致地分析論證和設(shè)計(jì),方可得出合理、可行的深基坑降排水施工技術(shù)方案或措施。

實(shí)施深基坑降排水的工程項(xiàng)目,不管其降排水方案多么周密、完善,在基坑土方開挖與支護(hù)的過程中,出現(xiàn)局部地質(zhì)變異性大、局部流砂或涌水、積水現(xiàn)象也是在所難免的,應(yīng)先充分考慮相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案或處理措施也是很有必要的。降排水方案是否妥當(dāng),在很大程度上也是決定著深基坑施工技術(shù)方案是否成功的主要因素之一。

[1]王 君.基坑降水方案的選型與實(shí)施[J].山西建筑,2009,35(23)：117-118.