濕地軟土地基深挖基坑降水施工工藝

摘 要：哈爾濱松花江避暑城排水（污水）工程（一期工程）施工，位于哈爾濱市松江避暑城區(qū)域內(nèi)，該項(xiàng)目主要管線分布為東環(huán)路兩側(cè)，共計(jì)17946m。由于濕地設(shè)計(jì)施工常水位標(biāo)高為112.2-114.5米，設(shè)計(jì)管道埋深2～9m，平均埋深均在8-9m左右，地質(zhì)條件差，并且臨近已完道路及雨排管線，大部分排水管均低于地下水位標(biāo)高，在施工過(guò)程中均要降水處理。若采用明排方式降水，抽水量小于涌水量，降水效果不明顯，不能保證設(shè)計(jì)要求的干槽施工。為保證施工安全和對(duì)鄰邊道路及管線的保護(hù)，本工程采用鋼板樁圍護(hù)開(kāi)槽法施工；設(shè)計(jì)要求管線需干槽施工，并且兩側(cè)水位較高，為達(dá)到較好的降水效果有利于施工，現(xiàn)采用槽內(nèi)安置污水泵明排坑槽內(nèi)積水，在鋼板樁外設(shè)置降水井的降水工藝。

關(guān)鍵詞：軟土地基；深基坑；降水

1 概述

哈爾濱松花江避暑城工程是哈爾濱市政建設(shè)和經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)工程，松花江避暑城地區(qū)大部分位于松花江畔濕地范圍內(nèi)，該地層具有含水量高，孔隙比大，承載能力低等缺點(diǎn)，因此在前期的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程中要對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，例如在道路工程建設(shè)過(guò)程中采用了吹填砂施工技術(shù)完成了軟土地基處理，效果比較理想。

由于松花江建設(shè)管理單位的協(xié)調(diào)不一致，導(dǎo)致基礎(chǔ)道路已經(jīng)建設(shè)完成后，才開(kāi)始進(jìn)行污水和雨水排水的設(shè)計(jì)和施工，且污水和雨水排水的設(shè)計(jì)幾經(jīng)修改，污水管的平均設(shè)計(jì)埋深在8-9m左右，開(kāi)挖工程量巨大，且根據(jù)設(shè)計(jì)文件，污水管和雨水管均沿著道路鋪設(shè)。由于污水和雨水排水管埋深已經(jīng)低于路床，且遠(yuǎn)低于該地區(qū)地下水位，在路基開(kāi)挖過(guò)程中，將會(huì)有大量的地下水滲入，尤其是沿著原有路基的地下水滲入，將導(dǎo)致原有路基的損壞。且該地區(qū)環(huán)境比較復(fù)雜，可借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)較少，且工期緊，任務(wù)量大，尤其是夏季降雨對(duì)深挖工程有著重要影響，因此在深挖污排和雨水排施工過(guò)程中如何有效控制原有路基穩(wěn)定，降低施工擾動(dòng)，采取有效的降水工藝使本工程順利完成是關(guān)鍵。

2 工程概況

本項(xiàng)目為哈爾濱松花江避暑城排水（污水）工程（一期），主要管線分布為東環(huán)路兩側(cè)，共計(jì)17946m，南起櫻花路（起點(diǎn)K2+596.366），中心南北路環(huán)島（終點(diǎn)K10+720），一期工程四個(gè)路段的地下水位標(biāo)高在112.5-114.5m之間，根據(jù)設(shè)計(jì)文件，雨水管道沿道路鋪設(shè)，結(jié)合地形和道路坡度，盡量依靠重力流來(lái)排放雨水，除部分路段外，大部分路段均需要深挖處理，最大挖深9.5m，由此可知，大部分排水管均低于地下水位標(biāo)高，在施工過(guò)程中均要降水處理。由于避暑城占地面積較大，大部分處于濕地軟土條件下，內(nèi)部水系眾多，因此給污水管的深挖鋪設(shè)工程帶來(lái)較大難度。

根據(jù)勘察結(jié)果及區(qū)域性地下水資料，本工程區(qū)域地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水，含水層主要由中粗砂組成，系由粉細(xì)砂②層、中砂③層、粗砂④層、中砂⑥層、中砂⑦-1層、中砂⑧層、粗砂⑩層、礫砂 層和細(xì)砂 -1層組成的含水巖組，地下水類(lèi)型為孔隙潛水，含水層總厚度20-30m，靜水位埋深1.30-5.70m，標(biāo)高111.47-115.15m，水位變幅大于3米，該含水層與松花江水力聯(lián)系密切。本工程位于濕地中，緊鄰松花江支流，雨季施工期間水位變化大，最高水位116.5m，最低水位114.5m。

避暑城東環(huán)路位于松江濕地內(nèi)，填筑方式為吹填砂及人工填砂路基，路基兩側(cè)水位較高，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)水位統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1，實(shí)測(cè)水位較設(shè)計(jì)水位均高出1m左右，由此將導(dǎo)致施工降水困難。

污排管線中心線距離東環(huán)路瀝青路面外側(cè)邊線11m，距離東環(huán)路雨水管線中心線9.5m。分部如圖1所示。

避暑城工程大部分位于濕地環(huán)境，地下水位高，大部分路段都存在著軟土路基，污排深挖施工時(shí)的地下水滲透，路基邊坡滲流等影響需要考慮。因此施工降水成為全線施工重點(diǎn)工藝。

3 降水工藝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段施工情況可知，如果不進(jìn)行降水作業(yè)，那么將出現(xiàn)從基坑底部向上涌水、涌砂現(xiàn)象，極不利于路基的穩(wěn)定和無(wú)法下管施工。若采用明排方式降水，抽水量小于涌水量，降水效果不明顯，不能保證設(shè)計(jì)要求的干槽施工。

本標(biāo)段污排施工開(kāi)挖深度較深，平均深度為8～9m，地質(zhì)條件差，且施工水位較高，并且臨近已完道路及雨排管線，為保證施工安全和對(duì)鄰邊道路及管線的保護(hù)，本工程采用鋼板樁圍護(hù)開(kāi)槽法施工；設(shè)計(jì)圖紙要求管線需干槽施工，并且兩側(cè)水位較高，為達(dá)到較好的降水效果有利于施工，現(xiàn)采用槽內(nèi)安置污水泵明排坑槽內(nèi)積水，在鋼板樁外設(shè)置降水井的降水工藝。具體如下：

放線→定井位→挖泥漿坑→挖探坑→鉆機(jī)就位→鉆孔→換漿→下井管→填濾料→粘土封井→洗井→下潛水泵試抽水→鋪設(shè)排水總管及沉砂池→聯(lián)網(wǎng)抽水→降水維護(hù)。

3.1 準(zhǔn)備工作

落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)的施工條件，解決“三通一平”，先期進(jìn)行井管及濾料的選購(gòu)和試驗(yàn)工作，檢修設(shè)備，合理調(diào)配人力，編制施工方案及審批等，各種施工材料、設(shè)備、人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。

3.2 測(cè)量放線

根據(jù)提供的基坑開(kāi)挖頂邊線，側(cè)放出管井井位并作保護(hù)。放線時(shí)井室編號(hào)1-1、1-2、1-3……，為保證安全，各井點(diǎn)距基坑上開(kāi)口線2.0米以上。

3.3 挖泥漿池

據(jù)場(chǎng)地條件在基坑內(nèi)距降水井3m處挖泥漿池，每1～3口井共用一個(gè)泥漿池。泥漿池大小為3000×3000×1500mm。

3.4 挖探坑

為清除井位下障礙物，應(yīng)在井位處挖探坑，場(chǎng)地東側(cè)的井位挖直徑800mm，深1.0～1.5m，當(dāng)井口土質(zhì)松散時(shí)，須設(shè)置護(hù)筒，避免泥漿侵泡沖刷導(dǎo)致孔口坍塌。

3.5 下井管

井管下入前注入清水置換全井孔內(nèi)泥漿，泥漿泵抽出孔內(nèi)沉渣并測(cè)定孔深。換漿過(guò)程中務(wù)必安排好泥漿及渣土的清運(yùn)工作。大口徑降水井井管采用無(wú)砂砼濾管，在預(yù)制混凝土管鞋上入置井管，在底部中間設(shè)導(dǎo)中器，四周栓8號(hào)鐵絲，緩緩下放，當(dāng)管口與井口相差200mm時(shí)，接上節(jié)井管，接頭處用玻璃絲布粘貼，以免擠入混砂淤塞井管，豎向用2～4條長(zhǎng)2～3米，30mm寬竹條2道鐵絲固定井管。為防止上下節(jié)錯(cuò)位，在下管前將井管依方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，為防止雨水泥砂或異物流入井中，井管要高出地面300～500mm井口加蓋。

3.6 填濾料

井管下入后立即填入濾料。濾料沿井孔四周均勻填入，宜保持連續(xù)，將泥漿擠出井孔。填濾料時(shí)，應(yīng)隨填隨測(cè)濾料填入高度，當(dāng)填入量與理論計(jì)算量不一致時(shí)，及時(shí)查找原因，不得用裝載機(jī)、手推車(chē)直接填料，應(yīng)用鐵鍬下料，以防不均勻或沖擊井壁。如遇蓬堵可用水沖。填料完成在洗井過(guò)程中發(fā)現(xiàn)礫料下沉過(guò)大，應(yīng)補(bǔ)填至井口下2000mm處。

3.7 水泵安裝

潛水泵用絕緣通電源，鋪設(shè)電纜和電閘箱，安裝漏電保護(hù)系統(tǒng)。

3.8 抽降

聯(lián)網(wǎng)抽降后應(yīng)視水位變化情況，有效的合理的啟動(dòng)水泵。

3.9 記錄

做好觀測(cè)記錄，每天中午上報(bào)一次，定降水井?dāng)?shù)量及降水時(shí)間。

4 降水計(jì)算書(shū)

取單個(gè)井段作為計(jì)算單位，井段按長(zhǎng)40m，寬2米計(jì)算

單井深度：18m

土層滲透系數(shù)：K=8.0×10-5cm/s=0.7m/d

原靜止水位標(biāo)高：116m

降水后水位標(biāo)高：111m

水位降深：S=5m

基坑面積： A=40*2=80m2

基坑等效半徑：r0=η（L+B）/4=1.06（40+2）/4=42.24m

降水影響半徑：R=2SHK=2*6.2*12*7.0=34.78m

R0=R+r0=34.78+19.875=54.66m

基坑用水量計(jì)算：

Q=1.366K*{[（2H0-S0）S0]/log（R0/r0）}=1.366*0.7*{[（2*12-6.2）*6.2]/log（54.66/19.875）}=105.526/0.439=240.38m3/d

單口管井極限出水能力：

q=24*’’adl=24* 130 165*5.1=45.69m3/d

設(shè)計(jì)降水井?dāng)?shù)：1.1×Q÷q=1.1×240.38÷45.69=8.7≈9口

井間距為40/（9-1）=5米

5 降水井結(jié)構(gòu)及布置

降水管井設(shè)計(jì)開(kāi)孔口徑Φ500mm，一徑至終孔深度。鉆進(jìn)工藝采用反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝，地面泥漿需作排放處理。降水管井安裝PE濾水管Φ300mm。要求井管必須垂直，不能錯(cuò)位。礫料選擇Φ3～Φ5mm，四周均勻投礫，填至距地表2.0m時(shí)用粘土封井止水。井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

降水井鋪設(shè)在不影響基坑開(kāi)挖的基礎(chǔ)上，按照開(kāi)挖段落單排布置（40m為一個(gè)開(kāi)挖段）， 降水井間距5m，按照降水標(biāo)高，來(lái)合理選擇降水井的深度，根據(jù)計(jì)算書(shū)計(jì)算確定，井深應(yīng)為18m，局部根據(jù)土方開(kāi)挖的情況略有調(diào)整，開(kāi)挖時(shí)需提前24小時(shí)降水直至管溝回填結(jié)束。

6 井點(diǎn)降水通病及預(yù)防措施

6.1 現(xiàn)象

抽出的地下水始終不清，水中含砂量較多，基坑附近地表沉降較大。

6.2 原因

井管濾網(wǎng)破損，井管濾網(wǎng)孔徑和砂濾料粒較大。失去過(guò)濾作用。土層中的大量泥砂隨地下水被抽出，濾層厚度不足。

6.3 預(yù)防措施

下井管必須嚴(yán)格檢查濾網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)破損或包扎不嚴(yán)密應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)，井管濾網(wǎng)和砂濾料應(yīng)根據(jù)土質(zhì)條件選用。當(dāng)始終抽出渾濁的井點(diǎn)，必須停止使用。

7 降水注意事項(xiàng)及防護(hù)措施

（1）抽水設(shè)備的電器部分必須做好防止漏電的保護(hù)措施，嚴(yán)格執(zhí)行接地接零和使用漏電開(kāi)關(guān)三項(xiàng)要求，施工現(xiàn)場(chǎng)電線應(yīng)架空布設(shè)，用三相五線制。每臺(tái)水泵配置一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，主電源線路要沿深井排水管路設(shè)置。

（2）嚴(yán)禁非機(jī)械工操作現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械。

（3）夜間施工保持足夠的亮度。

（4）健全質(zhì)量保證體系，及時(shí)做好相關(guān)施工記錄。

（5）工作區(qū)域內(nèi)井管同時(shí)抽水，使水位差控制在要求限度內(nèi)。

（6）井管安放應(yīng)力求垂直并位于井孔中間，井管頂部應(yīng)比自然地面高0.5m。

（7）井管與土壁之間填充的濾料應(yīng)一次完成，從井底填到井口下1.0m左右，上部采用不含砂石的粘土封口。

（8）大口井成孔直徑，必須大于濾管外徑50cm以上，確保濾管外圍的過(guò)濾層厚度。

8 結(jié)束語(yǔ)

由于本工程位于濕地環(huán)境中，地下水位較高，且現(xiàn)有路基是通過(guò)吹填砂施工工藝完成的軟土地基處理，在溝槽開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)吹填砂路基的擾動(dòng)破壞尚不清楚，由于挖深較大，土體壓力將會(huì)隨著挖深逐步增加，開(kāi)挖時(shí)溝槽底部和邊坡處必將由于壓力差出現(xiàn)大量滲水，滲水過(guò)大將會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，從而導(dǎo)致既有路基的大面積沉降和坍塌破壞，因此有必要對(duì)污排深過(guò)程中的滲流狀況進(jìn)行研究，提出有效的降水措施，優(yōu)化施工工藝和施工過(guò)程，保證路基的穩(wěn)定性。通過(guò)本項(xiàng)目的施工，確定高水位軟土地基的污排深挖的施工方案，指導(dǎo)施工，為今后的類(lèi)似工程提出建議。

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