淤泥質(zhì)軟土高承壓水地層逆作深基坑降水施工

張濤

(中鐵十六局集團公司北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101100)

天津濱海于家堡地區(qū)屬淤泥質(zhì)軟土地層，具有地下潛水位高，承壓水頭高，淤泥質(zhì)軟土層含水量大且滲透系數(shù)小等特點，蓋挖逆作施工深基坑地下工程施工，對基坑淺層疏干降水和深層減壓降水施工技術(shù)提出了較高的要求，采用有效基坑降水技術(shù)是保證特殊水文地質(zhì)條件下整個基坑土方開挖和結(jié)構(gòu)施工階段基坑穩(wěn)定的關(guān)鍵。

1 工程概況

于家堡站交通樞紐土建四標總建筑面積約65 395.9 m2，包括位于Z1線北側(cè)的軌道交通B2線部分地下結(jié)構(gòu)工程及部分社會車停車場工程?；由罴s17 m，圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻;中間支撐樁柱采用鋼管柱和鉆孔灌注樁;主體結(jié)構(gòu)為地下2層多跨式框架結(jié)構(gòu)，采用蓋挖逆作地模施工工藝。天津濱海于家堡地區(qū)屬于沖海積平原，地質(zhì)條件復雜，地下約18 m以上為淤泥質(zhì)土層，塑性差，透水性差。地下約20 m～55 m范圍為細砂層，含水量大，具有微承壓性，埋深在18 m～20 m和55 m～60 m范圍為粘土層，可視為相對隔水板。根據(jù)場地地下水埋藏條件，可將地下水劃分為淺層地下水和深層承壓水。淺層地下水埋深淺，初見水位0.50 m～1.50 m，深層承壓水水頭高度高，約－9 m。

2 逆作地下工程深基坑降水意義

1)有效減少被開挖土體的含水量，防止土體在開挖過程中發(fā)生縱向滑坡，便于挖掘機挖土、土方外運和坑內(nèi)施工作業(yè)。

2)有效降低下部承壓含水層的水頭高度，防止基坑底板發(fā)生管涌、突涌等不良現(xiàn)象，確保基坑底板的穩(wěn)定性。

3)有效減少逆作結(jié)構(gòu)下部原狀土體含水量，為結(jié)構(gòu)施工提供足夠的豎向承載力，同時保證逆作結(jié)構(gòu)地模高程變化趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 降水方法選擇

降水井一般有電滲井點、輕型井點、噴射井點、大口徑井點等方法。1)電滲井點，較為貴重，一般性基坑不宜采用，適用于淤泥質(zhì)粘土。2)輕型井點，可降低水位，價錢較為便宜，但是有效深度不夠，適用于挖深較淺的基坑，布設(shè)在基坑外側(cè)，同時可起到加固土體的效果。粘土層不適用。3)噴射井點，含水量較高的土層，尤其是含砂土層適用，但出水量不大，一般用于輔助降水。4)大口徑井點，也就是常說的管井，適用于滲透系數(shù)較高的土體疏干，加上真空負壓后可用于粉土層、淤泥質(zhì)粘土層。針對于家堡交通樞紐工程基坑較深、淤泥質(zhì)粘土層、地下水豐富的特點，并結(jié)合經(jīng)濟效益方面因素考慮，綜合考慮選用大口徑井點降水方法。

4 降水井設(shè)計與布置

本工程降水井包括淺層疏干井和深層減壓井(見圖1)。

圖1 淺層疏干井與深層減壓井構(gòu)造圖（單位：m）

本基坑包括停車場基坑深16.0 m，B2基坑深17.0 m，根據(jù)計算，當開挖至基坑底時，承壓水靜止水位為9 m深時需要在坑內(nèi)布置9口深層降水井，另考慮備用井按降水井的40%布置，則需布置3口坑內(nèi)備用深層降水井，同時預(yù)留坑外觀測井2口(見表1)。

表1 基坑降水井工程參數(shù)表

5 成井施工

施工機械設(shè)備降水井選用工程地質(zhì)鉆機及其配套設(shè)備。成孔時采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進泥漿護壁的成孔工藝。

1)鉆進成孔。鉆進時輕壓慢轉(zhuǎn)，當鉆具全部進入粉土層及砂層后，可適當加壓，提高轉(zhuǎn)速。成孔施工采用孔內(nèi)自然造漿，鉆進過程中泥漿密度控制在1.05～1.20，當提升鉆具或停工時，孔內(nèi)必須壓滿泥漿，以防止孔壁坍塌。2)清孔換漿。鉆孔鉆進至設(shè)計標高后，在提鉆前將鉆桿提至離孔底0.50 m，進行沖孔清除孔內(nèi)雜物，同時將孔內(nèi)的泥漿密度逐步調(diào)低，返出的泥漿內(nèi)不含泥塊為止。3)下井管。按設(shè)計井深預(yù)先將井管排列、組合，下管時所有深井的底部按標高嚴格控制，并且保持井口標高一致。井管應(yīng)平穩(wěn)入孔，每節(jié)井管的兩端口要找平。為了保證井管不靠在井壁上和保證填料厚度，在濾水管上下部各加一組扶正器，保證環(huán)狀填料間隙厚度大于180 mm，外包一層30目～40目濾網(wǎng)。下管要準確到位。自然落下，稍轉(zhuǎn)動落到位，不可強力壓下，以免損壞過濾結(jié)構(gòu)。井管到位后下鉆桿泥漿稀釋，在稀釋泥漿時井管管口應(yīng)密封，使泥漿從過濾器經(jīng)井管與孔壁的環(huán)狀間返回地面，稀釋泥漿應(yīng)逐步緩慢進行。4)回填濾料。填濾料前在井管內(nèi)下入鉆桿至離孔底0.30 m～0.50 m，井管上口應(yīng)加悶頭密封后，從鉆桿內(nèi)泵送泥漿進行邊沖孔邊逐步調(diào)漿使孔內(nèi)的泥漿從濾水管內(nèi)向外由井管與孔壁的環(huán)狀間隙內(nèi)返漿，使孔內(nèi)的泥漿密度逐步調(diào)低，然后開小泵量按井的構(gòu)造設(shè)計要求填入濾料，并隨填隨測濾料的高度，直至濾料下至預(yù)定位置。填濾料時，根據(jù)孔口返水情況調(diào)整泵量。填濾料過程中要跟蹤濾料上返高度，當濾料密實到設(shè)計高度后，向井管與孔壁間投粘土球止水，粘土球上部用粘土塊填孔密實，防止泥漿及地表污水流入井內(nèi)。5)洗井。在提出鉆桿前利用井管內(nèi)的鉆桿接上空壓機抽水洗井，吹出管底沉淤，直到水清不明顯含砂為止。

6 抽水試驗

在全部降水井施工結(jié)束后，進行1次單井及群井抽水試運行，檢驗施工用電及排水情況，同時觀測各井水位，根據(jù)各井的實際位置和實際出水量，計算與確定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。根據(jù)基坑分段開挖和支撐的施工實際工況，對降水運行進一步細化，提出每個工況下開啟降水井的數(shù)量和井號，并計算出該工況下地下水位的安全深度，以指導降水運行。

7 降水運行

1)淺層降水井運行。a.淺層降水井降水應(yīng)在基坑開挖前15 d～30 d或更早進行，以保證有效降低開挖土體中的含水量，確?；娱_挖施工的順利進行;b.水位降至坑底設(shè)計標高以下至少0.5 m后，方可進行第一步土方開挖施工。

2)深層降水井運行。深層降水井的運行必須堅持“分層降水、按需降水、動態(tài)調(diào)整”，堅持運行過程的信息化施工管理;對于深層降水井，為減少降水對周圍環(huán)境的影響，必須按需降水，隨開挖深度的逐漸加大，逐步降低承壓水頭;降水運行時開啟減壓抽水井數(shù)量和抽水量大小，應(yīng)根據(jù)基坑開挖深度和對應(yīng)的安全承壓水頭埋深進行控制。降水運行時，隨開挖深度的逐漸加大，逐步降低承壓水頭，以盡量減少減壓降水引起的相鄰地面沉降(見圖2)。

8 信息化監(jiān)測

降水運行過程中需對降水抽水量、基坑內(nèi)外潛水位及承壓水位、地表沉降、基坑位移等進行監(jiān)測，并將各工況的進展情況及監(jiān)測資料報送各參建單位，以便掌握降水運行的過程，提高預(yù)警機制。

圖2 基坑開挖深度與安全承壓水位埋深關(guān)系曲線圖

9 逆作深基坑降水施工要點

針對淤泥質(zhì)軟土地層高承壓水工程條件，深基坑降水除應(yīng)滿足一般基坑降水要求外，重點是控制好基坑地下水處理與土方開挖、蓋挖結(jié)構(gòu)施工之間的關(guān)系。1)土方開挖前，宜提前20 d進行降水，將地下潛水位降至基坑底開挖面以下1 m。針對淤泥質(zhì)軟土地層含水率大、塑性差，且透水性差的特點，可采用一般大口井點降水與真空泵相結(jié)合的方式，通過真空負高壓將淤泥質(zhì)軟土水分有效疏干，為機械開挖土方提供基本的施工條件。2)土方開挖階段應(yīng)嚴格按照分層、分段、對稱放坡開挖的原則進行施工，確保開挖土體邊坡的穩(wěn)定。3)對于深層承壓水，宜重點處理好承壓水頭高度與土體開挖面的豎向位置關(guān)系，滿足“按需合理降水，動態(tài)信息化監(jiān)控”的基本原則，從而提高基坑穩(wěn)定性，防止基坑突涌、圍護結(jié)構(gòu)滲漏等風險發(fā)生。4)蓋挖結(jié)構(gòu)層板施工時，地模下部原狀土體應(yīng)為上部結(jié)構(gòu)施工提供足夠的豎向承載力，因此，基坑降水宜適度、合理，嚴禁過度降水。

10 結(jié)語

深基坑降水效果對基坑的施工安全和施工質(zhì)量有著重大的影響，在施工過程中應(yīng)采取更加積極有效的方法，確?；臃€(wěn)定。本工程針對淤泥質(zhì)軟土富水地層特殊水文地質(zhì)條件，總結(jié)提出了蓋挖逆作深基坑工程淺層疏干降水與深層減壓降水施工的關(guān)鍵技術(shù)，有效減少了土方開挖過程土體含水率，降低承壓水頭高度，同時為蓋挖逆作結(jié)構(gòu)提供可靠的地基承載力，確保了土方開挖和逆作結(jié)構(gòu)施工的基坑穩(wěn)定性，為類似工程的施工提供了可靠借鑒。

［1］ 趙志縉.簡明深基坑工程設(shè)計施工手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［2］ 張永波，孫新忠.基坑降水工程［M］.北京：地震出版社，2000.

［3］ 付志華.深井井點降水在管溝開挖中的設(shè)計與應(yīng)用［J］.山西建筑，2006，32(3)：122-123.

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