深井降水在寶鋼某基坑工程中的應(yīng)用

錢 靜

(1.中國煤炭地質(zhì)總局江蘇煤炭地質(zhì)局，江蘇 南京 210046;2.江蘇長(zhǎng)江機(jī)械化基礎(chǔ)工程公司，江蘇 常州213018)

上海寶鋼集團(tuán)投資建設(shè)的寬厚板軋機(jī)工程加熱爐區(qū)漩流池，其基坑的平面形狀為直徑約25 m的圓形，開挖深度32 m，采用地下連續(xù)墻做圍護(hù)結(jié)構(gòu)，由于建筑場(chǎng)地內(nèi)深度53 m以下分布一由⑦層砂質(zhì)粉土和⑨層粉細(xì)砂組成的承壓含水層，其水頭高度為43.50 m，基坑開挖后，承壓含水層對(duì)基坑底板的水頭壓力大于基坑底板以下土體的自重，因此總體設(shè)計(jì)要求采用降水法降低場(chǎng)地承壓含水層的水位，使其絕對(duì)標(biāo)高保持在－16 m以下，以避免基坑發(fā)生突涌破壞，確保安全開挖。

1 地質(zhì)與水文地質(zhì)條件［1］

1.1 地質(zhì)條件

建筑場(chǎng)地屬長(zhǎng)江三角洲河口淤積平原，地面標(biāo)高4.00 m左右，地形平坦，建設(shè)場(chǎng)地上部為人工填土，其下為第四系全新統(tǒng)濱海～河口相，濱?！珳\海相以及更新統(tǒng)濱?！涌谙嗟瘸练e物組成(見表1)。

表1 場(chǎng)地地質(zhì)情況一覽表

1.2 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地內(nèi)的地下水根據(jù)其賦存條件可劃分為淺水和承壓水。

潛水:賦存于人工填土(地層編號(hào)①)和粉質(zhì)粘土層中(地層編號(hào)②、③)，水位深度一般在 1.0～1.5 m，由于基坑開挖前已修建了地下連續(xù)墻對(duì)基坑開挖影響小。

承壓水:賦存于砂質(zhì)粉土(地層編號(hào)⑦)、粉細(xì)砂(地層編號(hào)⑨1)、中細(xì)砂層(地層編號(hào)⑨2)，砂層總厚40 m以上，水位埋深8～9 m，根據(jù)文獻(xiàn)［1］資料含水層水文地質(zhì)參數(shù):導(dǎo)水系數(shù) T=123 m2/d，滲透 =3.07 m/d，越流因素 B=70.0 m，越流系素 K’/m’=1.4×10－2。

2 初步降水設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

(1)水文地質(zhì)參數(shù):文獻(xiàn)［1］中的成果并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)。

(2)降水井流量:Q=50～140 m3/h。

(3)水位降深:根據(jù)場(chǎng)地內(nèi)承壓含水層的水位深度和基坑開挖要求控制的承壓含水層地下水位絕對(duì)標(biāo)高，確定水位降深s≥12 m。

2.2 水位預(yù)報(bào)

降水時(shí)含水層各點(diǎn)水位降深按式(1)進(jìn)行預(yù)報(bào)［2］。

2.3 初步降水方案

2.3.1 降水井結(jié)構(gòu)

降水井井深77 m，井孔直徑500 mm，井管直徑219 mm，過濾管總長(zhǎng)20 m，位于井深55～75 m處，過濾管以下2 m為沉淀管，過濾管以上為井壁管;觀測(cè)井井深64 m，井孔直徑350 mm，井管直徑108 mm，過濾管總長(zhǎng)4 m，安裝于井深55～57 m和61～63 m兩處，63～64 m處為1 m長(zhǎng)的沉淀管，其余部位為井壁管。降水井、觀測(cè)井井管外深度0～50 m用粘土材料回填，50 m以下采用1～2 mm人工砂回填。

2.3.2 降水井布置

根據(jù)式(1)在基坑外布置6口井，抽水時(shí)單井流量按50 m3/h計(jì)算，兩小時(shí)內(nèi)可以將基坑中的地下水位降低到20 m以下，考慮到降水過程中水泵可能發(fā)生故障，設(shè)計(jì)施工降水井10口，同時(shí)為了解基坑及周圍承壓含水層的水位變化情況在基坑中心和基坑外布置觀測(cè)井兩口(見圖1)。

圖1 降水(觀測(cè))井點(diǎn)布置示意圖

2.4 施工順序設(shè)計(jì)

為保證降水達(dá)到預(yù)期效果，對(duì)降水施工作如下要求:

1)根據(jù)初步的降水設(shè)計(jì)方案，先期施工2口觀測(cè)井和2口試驗(yàn)降水井，然后進(jìn)行抽水試驗(yàn)，驗(yàn)證初步降水方案的預(yù)期效果。

2)根據(jù)抽水試驗(yàn)成果，調(diào)整降水設(shè)計(jì)方案，確定降水時(shí)選用的泵型。

3)按調(diào)整后的降水設(shè)計(jì)方案施工降水井。

4)降水井施工完成后，進(jìn)行降水試運(yùn)行，觀測(cè)基坑內(nèi)、外承壓含水層的水位下降情況，驗(yàn)證降水效果。

5)根據(jù)基坑的挖土計(jì)劃，制定降水運(yùn)行方案，并按挖土的實(shí)際進(jìn)度控制降水作業(yè)。

3 施工工藝

3.1 成井施工

成井施工工序?yàn)?成孔→一次換漿→安放井管→二次換漿→回填濾砂(動(dòng)水)→回填止水粘土材料洗井抽水。成孔鉆進(jìn)過程中，尤其是進(jìn)入承壓含水層后，泥漿的粘度控制在20 s以下，以防止泥漿進(jìn)入砂層，形成泥皮，造成含水層堵塞，降低水井的出水量，從而影響降水效果。為保證孔壁的穩(wěn)定性，施工過程中始終使孔內(nèi)的水位保持在初見水位2 m以上。安放井管時(shí)，井管底部安裝了扶正器，保證了井管位于井孔中央，過濾管外包扎尼龍紗網(wǎng)2層，防止抽水時(shí)降水井涌砂，并按設(shè)計(jì)要求回填了濾砂，降水井濾砂層厚度一般不小于150 mm，投置濾砂前用清水置換孔內(nèi)的泥漿，以防泥砂混和，影響過濾層的透水性。成井結(jié)束后，先進(jìn)行活塞洗井，然后用空壓機(jī)洗井至水清砂盡。

3.2 降水試驗(yàn)與降水方案調(diào)整

先期按降水初步設(shè)計(jì)施工了觀測(cè)井和2個(gè)降水井(見圖1中試1、試2井)。分別用單井定流量非穩(wěn)定流試驗(yàn)方法進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)資料(見表2)，調(diào)整了初步降水設(shè)計(jì)方案，將井身結(jié)構(gòu)調(diào)整為孔徑700 mm，井管直徑325 mm，降水泵型選用揚(yáng)程80 m，流量為140 m3/h的潛水深井泵。

表2 抽水試驗(yàn)成果資料

3.3 降水效果驗(yàn)證

按調(diào)整后的降水方案，所有的降水井施工結(jié)束后采用抽水試驗(yàn)對(duì)降水效果進(jìn)行了驗(yàn)證，抽水采用單井和多井抽水，均用用定流量非穩(wěn)定流方法，每次抽水均觀測(cè)了基坑中心和基坑外觀測(cè)孔中水位變化情況，為確定降水效果和制定降水運(yùn)行方案提供了依據(jù)，結(jié)果表明:采用單井降水可以將基坑中心的承壓含水層水位降低1.64～3.62 m，采用多井降水可以使基坑中心的地下水位降低到 15.23 ～29.9 8 m(見表 3、表 4)。

3.4 降水運(yùn)行方案

根據(jù)降水試驗(yàn)資料，按工作井土方開挖時(shí)不發(fā)生基坑隆起為原則確定降水運(yùn)行方案如下:

1)降水方式。采用跟蹤法降水即隨著土方開挖深度的增加逐步降低含水層的水位，在盡可能減少降水井流量的情況下滿足土方的開挖，最大限度地降低降水對(duì)周邊環(huán)境的影響。

2)水位控制措施。降水作業(yè)時(shí)水位的控制是通過控制降水井的流量來實(shí)現(xiàn)的。采取的措施是在每個(gè)降水井水泵的出水口處安裝回流裝置，當(dāng)?shù)叵滤黄?降深偏大)時(shí)，可以增加回流量，使水位回升;反之，減少回流量，使地下水位下降，以滿足土方安全開挖的要求。

3)降水運(yùn)行方案。根據(jù)多井抽水實(shí)驗(yàn)資料和場(chǎng)地的地質(zhì)條件，基坑開挖深度15 m以淺時(shí)可不進(jìn)行降水作業(yè)，在割除基坑內(nèi)觀1孔的井管時(shí)，可啟動(dòng)1～2口降水井臨時(shí)抽水;基坑開挖深度15～20 m時(shí)，可啟動(dòng)2～3口降水井;開挖深度20～25 m啟動(dòng)3～4口;開挖深度達(dá)25 m后為安全起見啟動(dòng)5～6口降水井。

表3 單井降水試驗(yàn)成果資料

4 安全保證措施

降水存在的風(fēng)險(xiǎn)有:(1)降水運(yùn)行過程中水泵發(fā)生故障，使降水井停止運(yùn)行;(2)降水過程中出現(xiàn)意外的停電，整個(gè)系統(tǒng)臨時(shí)停止降水。針對(duì)上述情況降水設(shè)計(jì)采用了增加降水井的數(shù)量;在降水作業(yè)運(yùn)行前，施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備好250 KW的發(fā)電機(jī)組，采用雙路供電，確保萬無一失。

5 對(duì)降水引起地面沉降的控制

基坑降水引起的地面沉降主要是由抽水造成的水土流失及地下水位下降使土體固結(jié)等原因造成的［3］，針對(duì)上述原因采取措施如下:

土砂流失的控制，根據(jù)含水介質(zhì)的顆粒級(jí)配，選擇合適的濾層填料，經(jīng)驗(yàn)證明［4］針對(duì)上海地區(qū)的第⑦、第⑨層砂土層采用1～2 mm的人造砂作為過濾層并保持濾層厚度在150 mm以上，能夠保證抽水時(shí)含砂量在十萬分之一以下。

采用跟蹤法降水:隨基坑開挖深度的增加，逐步增加降水深度，減少含水層中抽出水量，減少降水的影響范圍和影響程度，從而降低地下水位下降引起的土體固結(jié)沉降。

6 降水效果評(píng)價(jià)

本次降水從基坑開挖到15 m后開始降水，降水持續(xù)時(shí)間120 d，按照確定的降水運(yùn)行方案進(jìn)行降水作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了安全開挖，觀測(cè)資料表明在基坑開挖、降水運(yùn)行的共同作用下，基坑周邊累計(jì)的最大沉降量為26 mm，保證了周邊建筑物的安全，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效應(yīng)。

表4 多井降水試驗(yàn)成果資料

［1］冶金部武漢勘察研究總院.上海寶鋼集團(tuán)寬厚板軋機(jī)工程加熱爐區(qū)漩流池基坑降水水文地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.2002.10.

［2］薛禹群.地下水動(dòng)力學(xué)原理［M］.北京:地質(zhì)出版社.1986.

［3］龔曉南，高有潮.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社.1998.

［4］袁修錦，等.某越江隧道頂管工作井基坑降水方法應(yīng)用［J］.中國煤田地質(zhì).2002.2.