基坑施工中變頻恒壓回灌裝置技術(shù)應(yīng)用

司家鑫/SI Jia-xin

（廣東華隧建設(shè)股份有限公司，廣東 廣州 510520）

基坑施工中變頻恒壓回灌裝置技術(shù)應(yīng)用

司家鑫/SI Jia-xin

（廣東華隧建設(shè)股份有限公司，廣東 廣州 510520）

[摘 要]回灌井是通過將基坑降水回灌到基坑周邊土體從而達(dá)到相對(duì)循環(huán)穩(wěn)定的工藝。由于地質(zhì)條件、地表管路等因素影響導(dǎo)致普通常壓回灌無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果，在這里開發(fā)啟用一種變頻恒壓回灌裝置并在實(shí)際工程過程中得到有效利用。利用變頻器調(diào)控水泵提供恒定壓力對(duì)地層進(jìn)行注水，順利解決回灌量不足的問題。

[關(guān)鍵詞]基坑施工；降水；加壓回灌；變頻；恒壓

1 工程概況

廣州市軌道交通十三號(hào)線首期工程（魚珠至象頸嶺段）施工六標(biāo)22#盾構(gòu)井兼風(fēng)機(jī)房位于新塘大道西路上，基坑兩側(cè)開挖深度27．364m，標(biāo)準(zhǔn)開挖深度26．334m，長(zhǎng)度為56．1m，寬度為24．9m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)為1 000mm厚地下連續(xù)墻+四道鋼筋砼內(nèi)支撐支護(hù)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)共含28幅連續(xù)墻，連續(xù)墻進(jìn)入中風(fēng)化巖層不小于3m?；幽?、北兩側(cè)臨近新墩村下基市場(chǎng)3～5層框架結(jié)構(gòu)居民樓，其中基坑距離南側(cè)民居樓凈距約8．8m，距離北側(cè)居民樓10．1m，基坑?xùn)|側(cè)臨近水南涌截污箱涵，基坑距離箱涵最小凈距約48m。

基坑開挖深度約27．9m，開挖范圍內(nèi)地層主要為<1>回填土、<2-1A>淤泥、<2-1B>淤泥質(zhì)土、<2-2>粉細(xì)砂、<2-3>中粗砂、<2-4>粉質(zhì)粘土、<5Z-1>砂質(zhì)粘性土和<7Z>強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，底板主要處于<7Z>強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖和<8Z>中風(fēng)化混合花崗巖中，局部處于<9Z>微風(fēng)化混合花崗巖。

基坑開挖至基底標(biāo)高時(shí)，基坑?xùn)|北側(cè)位置發(fā)現(xiàn)一處基底涌水點(diǎn)，該冒水點(diǎn)特征表現(xiàn)為水壓高、水量大，通過基坑抽排水統(tǒng)計(jì)日涌水量達(dá)到450m3（如圖1）。通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)檢測(cè)、基坑監(jiān)測(cè)、周邊房屋沉降監(jiān)測(cè)等一系列綜合分析認(rèn)定：基坑連續(xù)墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定基坑安全、周邊建筑物因基坑抽排失水導(dǎo)致地基沉降，需采取措施對(duì)周邊建筑沉降進(jìn)行控制。

圖1 22#盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)圖及滲水點(diǎn)位置

2 防范措施及實(shí)施

鑒于周邊房屋密集建筑物眾多、基坑降水井封堵不能立刻實(shí)施、降水周期長(zhǎng)等因素，項(xiàng)目部按照建設(shè)方意見立即對(duì)基坑周邊采取控制沉降措施。通過房屋監(jiān)測(cè)、房屋鑒定等第三方技術(shù)分析得到：臨近基坑的房屋均為均勻沉降、房屋自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全。因?yàn)閳?chǎng)地狹小、民房密集，大型注漿機(jī)等地基加固設(shè)備無(wú)法進(jìn)入到房屋周邊區(qū)域；項(xiàng)目部決定采用在基坑周邊布置一排回灌井，通過將基坑抽排上來(lái)的水回灌進(jìn)周邊土體達(dá)到水土相對(duì)平衡。同時(shí)該做法可以人為制造形成一道阻滲水幕，使基坑降水的影響范圍不超過回灌范圍，阻止地下水向基坑抽水點(diǎn)附近流失，也能達(dá)到保持建筑物所在地原有水位穩(wěn)定、土壓力相對(duì)平衡的效果。

工程前期，項(xiàng)目部采用常規(guī)簡(jiǎn)單的自由注入法進(jìn)行回灌處理。該方法為利用井內(nèi)水位高于地下水位之間的壓力差，使水靠自流通過井壁進(jìn)入含水層。該方法適用于埋藏較深的潛水含水層或上部具有較厚的弱（不）透水層的深層承壓含水層（壓力水頭不高）。該施工方法對(duì)地層要求、含水層厚度等有要求，本工點(diǎn)因淤泥質(zhì)土層厚、場(chǎng)地狹小可布降水井點(diǎn)數(shù)量有限等原因?qū)е滦Ч患选?/p>

經(jīng)過研究地質(zhì)資料、對(duì)比以往工程實(shí)例，項(xiàng)目部決定采用一種新型變頻恒壓回灌施工裝置解決加壓回灌難題。通過利用機(jī)械動(dòng)力設(shè)備（本工程根據(jù)變頻恒壓原理研制出一種專用恒壓離心式水泵套件）對(duì)水頭進(jìn)行持續(xù)加壓，促使水流通過恒定壓力較快補(bǔ)給地下水。

3 變頻恒壓回灌裝置

加壓回灌的基本原理是將基坑降水抽上來(lái)的水通過增壓系統(tǒng)提高水壓向回水井注水，使基坑周邊地下水位重新建立水系循環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)從而達(dá)到周邊建筑物等沉降可控的目的。為了減少不均勻壓力分布造成的不良影響，通過啟用變頻器調(diào)控達(dá)到壓力恒定的工法稱之為變頻恒壓回灌。

本工程采用8200B型水泵變頻器配1臺(tái)4kW離心式清水泵組成變頻恒壓裝置核心套件，變頻器為多功能變頻配置可復(fù)合調(diào)控，變頻器相關(guān)主控電路及控制端子連接示意如圖2。

圖2 主電路與控制端子連接示意

其中◎表示主回路端子、O表示控制回路端子；選擇控制電壓為220V時(shí)，連接RT即可。

變頻-水泵-恒壓系統(tǒng)連接示意如圖3。

圖3 恒壓變頻系統(tǒng)示意圖

在變頻恒壓回灌系統(tǒng)中，集水箱作為回灌的控制系統(tǒng)，從基底抽上來(lái)的水進(jìn)入集水箱，集水箱中的水通過變頻恒壓水泵加壓將抽上來(lái)的水通過回灌井重新注入到土體中。集水箱內(nèi)設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)抽水量超過控制液位時(shí)，變頻恒壓水泵自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以平衡抽水量與回灌量。通過調(diào)節(jié)變頻器設(shè)定壓力參數(shù)值，尋找到抽排水量與回灌量之間平衡。簡(jiǎn)易而言，恒壓回灌過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，而變頻器-水泵組成的核心組件是平衡的關(guān)鍵。

4 工藝總結(jié)

1）加壓回灌井口布置 回灌井按照6m間距嚴(yán)基坑長(zhǎng)邊方向布置，本工程一共布置6口回灌井?；毓嗑诘慕Y(jié)構(gòu)布置也要參照地層含水量等因素，貫徹有利于注入的水向降水深度內(nèi)滲透，濾水管有效開孔長(zhǎng)度自水位線向下應(yīng)布置過濾層，必要時(shí)適當(dāng)增大回填礫石厚度或加固過濾器。經(jīng)過本工程成功實(shí)施總結(jié)出加壓回灌井?dāng)?shù)可根據(jù)下式計(jì)算：

N=1．5Q/q

式中N——最優(yōu)回灌井?dāng)?shù)量；

Q——基坑抽排水總量；

q——單井回灌量。

式中1．15為修正系數(shù)?；映榕趴偭扛鶕?jù)基坑降水平衡水量而定，也可參照井流理論計(jì)算。單井回灌量決定于水文地質(zhì)條件、加壓泵壓力、回灌井鉆孔深度等因素，一般應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)先行試驗(yàn)總結(jié)參數(shù)而定。

2）加壓回灌操作管理①關(guān)閉變頻恒壓泵、進(jìn)水閥門、回流閥門，打開出水閥門；②開泵回?fù)P至清水，放水3～5分鐘（根據(jù)泵流量而定），做到定期回?fù)P，回?fù)P時(shí)詳細(xì)記錄和測(cè)定靜水位、動(dòng)水位、壓力值、回灌水量、出砂量等參數(shù)，回?fù)P后務(wù)必要放氣；③停泵，打開出水閥門；④開進(jìn)水閥門和控制閥門，注意灌水量與壓力要由小到大，逐步調(diào)節(jié)到適宜壓力；⑤開水泵灌水、放氣，待水溢出，關(guān)放氣孔，再開回流閥門；控制回灌壓力、定期記錄。注意放氣時(shí)要先從泵內(nèi)進(jìn)水，以排除井內(nèi)空氣，當(dāng)水從放氣孔大量排除后，才可打開回流閥門。

3）加壓回灌監(jiān)測(cè) 回灌時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際地下水位的變化及時(shí)調(diào)節(jié)、保持相對(duì)平衡。在基坑周邊以基坑出水點(diǎn)為圓心，分別以1/2基坑深度H/2、基坑深度H為半徑設(shè)置水位觀測(cè)孔，水位觀測(cè)孔深度保證達(dá)到透水層；在基坑周邊建筑物、構(gòu)筑物布置相應(yīng)的沉降點(diǎn)，沉降點(diǎn)要均勻、針對(duì)性布置。在加壓回灌過程中，根據(jù)水位情況、沉降反饋調(diào)整回灌壓力，找準(zhǔn)黃金壓力平衡點(diǎn)防止過壓回灌和欠壓回灌。

5 應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益

1）經(jīng)過變頻恒壓回灌施工，回灌量達(dá)到普通常壓回灌3～4倍，基坑抽排水基本能通過加壓回灌回周邊土體，開挖范圍周邊水系重新建立了相對(duì)平衡；基坑周邊房屋沉降得到有效控制，保證了盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行。

2）原設(shè)計(jì)圖紙要求房屋注漿加固及管線遷改，需遷改管線有?600mm雨污管、PE300煤氣管和6孔電信光纜，耗資約205萬(wàn)元，房屋注漿加固所需要占地費(fèi)用、施工費(fèi)用約105萬(wàn)元，總耗資約310萬(wàn)元；而采用變頻恒壓回灌裝置進(jìn)行基坑降水回灌無(wú)需管線遷改和占地費(fèi)用，其施工費(fèi)、設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用總價(jià)約35萬(wàn)元，大大節(jié)省了施工成本同時(shí)減少業(yè)主等單位協(xié)調(diào)難度。

6 結(jié) 語(yǔ)

地鐵幾乎都在繁華的市區(qū)進(jìn)行施工，施工場(chǎng)地往往存在大量管線或者建（構(gòu)）筑物，建筑物拆遷、管線遷改難度大、費(fèi)用高。本次變頻恒壓回灌裝置的成功應(yīng)用，對(duì)豐富軌道交通基坑降排水工法具有重要意義，為解決軌道交通施工過程中的建（構(gòu)）筑物保護(hù)、管線遷改難的問題增加又一法寶，對(duì)今后類似工程中的應(yīng)用具有重要指導(dǎo)作用。

[參考文獻(xiàn)]

[1]TB10049-2014，鐵路工程水文地質(zhì)勘查規(guī)范[S]．

(編輯 吳學(xué)松）

Application of foundation pit construction frequency constant pressure recirculation device technology

［中圖分類號(hào)］U46+3

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1001-1366(2015)12-0063-03

［收稿日期］2015-10-25