多種技術(shù)手段在基坑地下水控制中的應(yīng)用

孫加永

(中鐵電氣化局西鐵工程公司,陜西西安 710032）

多種技術(shù)手段在基坑地下水控制中的應(yīng)用

孫加永

(中鐵電氣化局西鐵工程公司,陜西西安 710032）

通過一例基坑地下水控制的實(shí)例,介紹了多種手段在基坑地下水控制的綜合應(yīng)用,特別是在厚砂層中的帷幕施工及局部地下水的控制,對(duì)類似基坑有參考意義。

基坑工程;地下水控制;止水帷幕

1 工程概況

北京市設(shè)計(jì)師大樓工程,位于東北郊,為地下3層、地上6層公建,建筑物南北長(zhǎng)120 m,東西寬60 m,實(shí)際基坑開挖深度13.0 m,局部開挖深度15.0 m。由于工程所在地區(qū)地下水豐富,水位高,下部存在厚達(dá)3 m的粉細(xì)砂層,地下水的控制成為施工重點(diǎn),本文主要對(duì)工程中地下水的控制進(jìn)行論述。

2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程報(bào)告提供的資料,在25.0 m勘察深度內(nèi)的地層主要為人工土層及一般第四紀(jì)沉積層,根據(jù)其沉積年代、成因類型及巖性的不同,共劃分為7個(gè)大層,自上而下分述如下:

(1）人工填土層(Qml）

①大層:表層為粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土填土①層,房渣土①1層,該層厚度0.30～2.30 m。

(2）第四紀(jì)沉積層(Qal+pl）

②大層:層頂標(biāo)高32.08～33.50 m以下為褐黃色、中密、可塑～硬塑的粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土②層及褐色、中密、可塑的粉質(zhì)粘土②1層,該層厚度1.60～3.30 m;

③大層:層頂標(biāo)高29.29～31.00 m以下為黃色、灰色、中密、可塑的重粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土③層,黃色～灰色、中～中上密、可塑～硬塑的粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土③1層及灰色、中密、可塑的粘土③2層,該層厚度2.00～5.00 m;

④大層:層頂標(biāo)高25.08～28.90 m以下為灰～褐黃色、密實(shí)的細(xì)砂、粉砂④層及灰～黃灰色、中密、可塑的砂質(zhì)粉土,該層厚度6.00～9.90 m;

⑤大層:層頂標(biāo)高18.49～20.22 m以下為灰～黃灰色、中上密、可塑～硬塑的粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土⑤層及灰～黃灰色、中上密、可塑的砂質(zhì)粉土⑤1層,該層厚度1.20～2.90 m;

⑥大層:層頂標(biāo)高16.41～17.60 m以下為褐黃～灰黃色、中～中上密、硬塑的粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土⑥層及褐黃～黃灰色、中上密、硬塑的粘質(zhì)粉土⑥1層,該層最大揭露厚度為8.10 m;

⑦大層:層頂標(biāo)高9.08～9.23 m以下為褐黃色、密實(shí)的粉砂⑦層,該層最大揭露厚度為1.20 m。

2.2 水文地質(zhì)條件

第一層地下水靜止水位標(biāo)高為31.73～33.38 m(埋深0.40～2.40 m）,地下水類型為上層滯水。

第二層地下水靜止水位標(biāo)高為28.33～31.28 m(埋深3.00～6.00 m）,地下水類型為潛水。

歷年最高水位標(biāo)高:1959年接近自然地表;近3～5年水位標(biāo)高32.00 m。

3 地下水控制方案

3.1 基本方法

考慮到本工程地下水位較高,水量豐富的特點(diǎn),并滿足北京市2008年3月《北京市建設(shè)工程施工降水管理辦法》與《北京市建設(shè)工程施工降水管理辦法實(shí)施細(xì)則》限制基坑施工進(jìn)行地下降水的規(guī)定,本工程不得使用管井降水。

地下水控制的總體思路為:通過帷幕切斷地下水的補(bǔ)給,通過排水對(duì)所施工土體進(jìn)行疏干。

采用護(hù)坡樁+高壓旋噴樁的形式組成帷幕進(jìn)行隔水,切斷地下水的絕大部分補(bǔ)給;采用管井方式對(duì)開挖范圍內(nèi)土體中水進(jìn)行疏干,便于土方開挖作業(yè);基槽底部采用明溝排水,對(duì)坑內(nèi)水進(jìn)行匯集排出;對(duì)局部加深部位采用超輕型井點(diǎn)方式對(duì)地下水進(jìn)行強(qiáng)排,保證結(jié)構(gòu)施工的進(jìn)行(參見圖1）。

圖1 隔水及降水簡(jiǎn)圖

3.2 地下水控制方案

3.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)由護(hù)坡樁+高壓旋噴樁聯(lián)合組成,護(hù)坡樁及旋噴樁間重合部分為100 mm,通過兩種樁的咬合,組成閉合的圍護(hù)結(jié)構(gòu),阻斷地下水的補(bǔ)給。具體參數(shù)如下:

護(hù)坡樁樁徑600 mm,樁間距1.20 m,樁頂位于地表下4.5 m,樁長(zhǎng)16.00 m,保持樁端進(jìn)入相對(duì)的隔水層⑤粘土層不小于1.0 m,為達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的效果,護(hù)坡樁有配筋部分長(zhǎng)度為12.0 m。

高壓旋噴樁樁徑800,樁間距為1200 mm,兩側(cè)與護(hù)坡樁相切100 mm,樁頂標(biāo)高及樁底標(biāo)高與護(hù)坡樁頂標(biāo)高一致。

3.2.2 疏干措施

疏干部分針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的土體進(jìn)行,整體采用疏干井對(duì)土體進(jìn)行疏干,便于土方作業(yè)的進(jìn)行,在開挖至設(shè)計(jì)深度后,對(duì)殘留水采用明溝排水方式進(jìn)行,由于帷幕不具有降水的作用,針對(duì)基坑中局部加深部位,采用了超輕型井點(diǎn)方式進(jìn)行了地下水的抽排,保障了結(jié)構(gòu)施工的進(jìn)行。

疏干井主要布置在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)施工肥槽中線上,孔徑600 mm,井間距15.0 m,深度20.0 m,井管為直徑400 mm的水泥礫石濾水管,共設(shè)計(jì)疏干井20眼。井管外填入直徑為2～4 mm的礫石及中粗砂的混合料。為加快疏干速度,基坑中部也進(jìn)行布設(shè),深度12.0 m,避免擾動(dòng)地基土層。

在肥槽內(nèi)設(shè)置寬度500 mm、深度400 mm的排水明溝,排水溝坡度為1%,地層中滲出的地下水通過排水溝流入集水坑,用污水泵將水排出基坑。

圖2為地下水的控制系統(tǒng)剖面圖,止水帷幕起截水作用,疏干井對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)土體水進(jìn)行疏干,對(duì)地下水進(jìn)行控制。

圖2 地下水控制剖面圖

3.2.3 局部處理

由于基坑內(nèi)部存在局部加深的集水坑及電梯井(一般深度2.0 m）,為保證正常的結(jié)構(gòu)施工,采用超輕型井點(diǎn)進(jìn)行局部降水,超輕型井點(diǎn)的井間距為1.0 m,井點(diǎn)深度2.5 m,每組井點(diǎn)的數(shù)量不大于30個(gè),保證較好的真空度達(dá)到強(qiáng)制抽排的效果。參見圖3。

圖3 局部處理剖面圖

4 施工過程

總體施工順序?yàn)?排水井施工→護(hù)坡樁施工→高壓旋噴樁施工→土方開挖→基槽底部排水溝及局部超輕型井點(diǎn)施工。

4.1 排水井施工

采用反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行施工,在濾水管外包覆80目紗網(wǎng),濾料選用干凈石屑及中粗砂混合物,針對(duì)地層中粉細(xì)砂層較厚的特點(diǎn),要求濾料混合均勻,填料要連續(xù)均勻,達(dá)到較好的濾砂效果。在填料完成后及時(shí)洗井,保證成井質(zhì)量。

4.2 護(hù)坡樁施工

采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔,在提鉆過程中通過鉆桿中心泵送混凝土壓灌成素混凝土樁,然后通過振動(dòng)送籠裝置將鋼筋籠插入混凝土中形成護(hù)坡樁,在成樁過程中加強(qiáng)垂直度及壓灌混凝土質(zhì)量控制。主要工藝流程如圖4所示。4.3 高壓旋噴樁施工

圖4 護(hù)坡樁工藝流程

旋噴樁采用長(zhǎng)螺旋高壓旋噴方式施工,比傳統(tǒng)工藝,成樁直徑大(可達(dá)到800 m）,在砂卵石地層中成形理想。工藝為先采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)帶水鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度,使樁體部分土體松散,然后采用反轉(zhuǎn)鉆桿方式提鉆,將鉆頭提出后進(jìn)行通漿,然后反向轉(zhuǎn)動(dòng)鉆進(jìn)并噴射高壓水泥漿,如此反復(fù)進(jìn)行旋噴,形成樁體。高壓旋噴的主要施工要點(diǎn)為漿體壓力及垂直度及提鉆速度的控制,就本工程來說,較理想?yún)?shù)為:噴射壓力10～15 MPa,漿泵流量85～120 L/min,漿液配比0.6∶1～0.5∶1,提升速度0.05～0.25 m/min,旋轉(zhuǎn)速度10～25 r/min。

工藝流程如圖5所示。

圖5 高壓旋噴樁工藝流程圖

4.4 排水溝及超輕型井點(diǎn)的施工

排水溝位于預(yù)留肥槽內(nèi),由于地層為粉細(xì)砂層,在使用過程中易造成淤積影響排水效果,因此經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后在成形水溝底部及側(cè)面鋪80目紗網(wǎng),在水溝內(nèi)填入5～20 mm碎石緩解粉砂的淤積,達(dá)到排水的目的。在主體結(jié)構(gòu)施工回填肥槽前,在水溝上部采用塑料布覆蓋,有效保持填料的通水性,防止上部回填土造成淤積。

由于隔水帷幕縫隙的存在及地層中水的存在,局部加深部位采用超輕型井點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)處理,超輕型井點(diǎn)施工部位為局部加深的電梯井及集水坑,井管采用直徑20 mm鐵管,下部設(shè)濾水段,采用水沖法成孔,填入中粗砂作為濾料。集水管采用暗管埋入墊層下部,通過主管道接至真空泵,與傳統(tǒng)的大口井方式相比,超輕型井點(diǎn)具有不影響結(jié)構(gòu)的施工、排水系統(tǒng)便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。

5 實(shí)際效果

從基坑完成后的實(shí)際效果看,本體系能夠有效地控制地下水,土方開挖完成后基底干燥,局部加深部分無水,帷幕隔水效果良好,結(jié)構(gòu)施工能正常進(jìn)行,特別是由于采用了長(zhǎng)螺旋高壓旋噴工藝,隔水的同時(shí)使厚粉細(xì)砂層得到固化,解決了樁間土支護(hù)的流砂問題,提高了支護(hù)施工的進(jìn)度及安全性。

但也存在明顯的不足部分,主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面:(1）部分樁咬合不緊密,造成帷幕的滲漏,主要原因?yàn)闃都靶龂姌妒┕み^程中個(gè)別樁存在偏差,主要是垂直度的偏差造成咬合不好造成滲水及流砂; (2）由于地下水位較高,隨深度增加水壓增大,造成在錨桿施工過程中地下水從錨孔中流出,因此錨桿注漿過程有漿體流失現(xiàn)象,通過二次壓漿進(jìn)行了補(bǔ)償。

6 結(jié)語

隨著北京市《北京市建設(shè)工程施工降水管理辦法》與《北京市建設(shè)工程施工降水管理辦法實(shí)施細(xì)則》的實(shí)施,本工程多種手段控制地下水的方式可供類似工程的參考。

[1] 滕延京,等.地基基礎(chǔ)工程技術(shù)實(shí)踐與發(fā)展[M].北京:知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社,2008.

[2] 虎膽.吐馬爾白,等.地下水利用[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2008.

[3] GB50021-2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

Application of Several Technology Means in Foundation Pit Underground Water Control

SUN Jia-yong(CREC E-lectrification Bureau Xi’an Railway Engineering Co.,Ltd.,Xi’an Shaanxi 710032,China）

The paper introduced the comprehensive application of several technology means in foundation pit underground water controlwith an engineering case,the local underground water controlwith water-sealing curtain in deep sand forma-tion would be the reference to the similar engineering.

foundation pit engineering;underground water control;water-sealing curtain

TU46+3

:A

:1672-7428(2010）05-0067-03

2010-03-05;

2010-04-27

孫加永(1976-）,男(漢族）,江蘇徐州人,中鐵電氣化局西鐵工程公司機(jī)械化公司副總經(jīng)理,水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè),從事施工與管理工作,陜西省西安市東二環(huán)金花北路25號(hào),40070426@qq.com。