紅砂巖地層地鐵車站深基坑輕型井點(diǎn)降水施工方法

雷萌源

中鐵二十一局集團(tuán)軌道交通工程有限公司 山東 濟(jì)南 250000

引言

蘭州市軌道交通 1 號(hào)線省政府車站基坑規(guī)模和深度較大，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)挖深度達(dá)30m，為蘭州市首次開(kāi)挖如此深度基坑。開(kāi)挖地層中存在著第三系富水紅砂巖，紅砂巖本身為相對(duì)不透水層，其強(qiáng)度在未風(fēng)化。未遇水狀態(tài)下強(qiáng)度較高，風(fēng)化、遇水后迅速崩解，成散落狀或泥狀。基坑開(kāi)挖至紅砂巖地層時(shí)，出現(xiàn)了形似蘑菇狀的滲水現(xiàn)象。隨著開(kāi)挖深度的增加，冒水量增多、股數(shù)增多，充分表明紅砂巖中含有豐富的裂隙水。如不對(duì)紅砂巖裂隙水和坑內(nèi)積水進(jìn)行處理則會(huì)使坑內(nèi)紅砂巖一直處于泥化狀態(tài)，開(kāi)挖施工困難、地基承載力不足，底板難以澆筑。本文以蘭州地鐵1 號(hào)線省政府車站深基坑為例，提出該地層地下水處理真空降水技術(shù)，為同類型車站深基坑的設(shè)計(jì)和施工提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

省政府站：省政府站為蘭州市城市軌道交通1號(hào)線一期工程的中間站，本站位于城關(guān)區(qū)張掖路與酒泉路十字東南象限地塊內(nèi)。車站主體長(zhǎng)度為170.75m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.90m，總高27.47m，結(jié)構(gòu)底板埋深約30.0m，采用明挖法施工。車站起點(diǎn)里程YDK24+943.027～YDK25+013.877計(jì)70.85米為地下四層結(jié)構(gòu)，基坑寬度23.5m，基坑深度30.0m；車站里程YDK25+013.877～YDK25+113.787計(jì)99.91m與在建中央商務(wù)區(qū)結(jié)合，該區(qū)域車站基坑位于在建中央商務(wù)區(qū)大基坑負(fù)10.5m深度位置，基坑寬度24.1m，從負(fù)10.5m算起基坑深度18.46m；該車站因特殊原因，采用“先隧后站”方式，基坑開(kāi)挖過(guò)程中伴隨降水、拆除盾構(gòu)管片，難度加大。

2 工程水文地質(zhì)概況

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)地勘察，勘查后發(fā)現(xiàn)表層均為第四系新黃土，且全部為人工填充的土層。下部則主要是粉砂巖和第三系的砂巖，礦物成分則主要是石英和部分云母，所以整體上該區(qū)域的地層穩(wěn)定性較差，如果遇水則容易垮塌或者陷落。但是在沒(méi)有外界強(qiáng)力作用時(shí)，整體強(qiáng)度尚可。施工時(shí)會(huì)對(duì)周圍產(chǎn)生擾動(dòng)，因此要注意做好安全防護(hù)工作。

勘查區(qū)的地下水位為1514-1516m之間，該區(qū)域均為潛水，主要在砂巖、雜填土層賦存，最主要的含水層在卵石層，該層的通透性強(qiáng)所以不容易存留大量的水分，加之潛水主要受外界降雨與河流補(bǔ)給，所以該區(qū)域地下水的季節(jié)性變化明顯。地下水會(huì)因人工開(kāi)采和排泄等方式逐漸消退，年平均水位變化不大，所以相對(duì)穩(wěn)定且無(wú)復(fù)雜的水文地質(zhì)條件。

根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件，結(jié)合西關(guān)什字車站水文地質(zhì)勘察成果（本區(qū)間場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)相似），降水設(shè)計(jì)綜合滲透系數(shù)按K=22.0m/d，影響半徑R＝200.0m。（根據(jù)鴻運(yùn)金茂抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果：建議水文地質(zhì)參數(shù)如下：K＝44.8 m/d，R＝42m）。

3 輕型井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)

（1）地面段上部卵石層采用集水明排的方法對(duì)卵石層地下水進(jìn)行明排處理。進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化砂巖層后，車站范圍內(nèi)全部采用真空井點(diǎn)進(jìn)行逐層分級(jí)降水，最終確保地下水位低于基底標(biāo)高1.0m以上。

（2）車站基坑砂巖層面支撐施工及土方開(kāi)挖過(guò)程中，進(jìn)行分塊分層分級(jí)真空井點(diǎn)降水，在基坑開(kāi)挖至底面并施作基底墊層前設(shè)置最后一級(jí)真空井點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)降水，直至站廳層施工完成后方可停止抽水， 避免基底砂巖高度軟化及地下水上漲淹沒(méi)底板，保證基地承載力及底板順利施工。分級(jí)降水時(shí)間根據(jù)實(shí)際降水效果、土方開(kāi)挖速度、支撐施工及結(jié)構(gòu)抗浮施工需求時(shí)間進(jìn)行確定。

（3）為保證導(dǎo)墻施工，在導(dǎo)墻兩側(cè)4.0m范圍內(nèi)設(shè)置真空井點(diǎn)持續(xù)抽水，排間距3.0m，共設(shè)置8排，車站內(nèi)管片上部真空井點(diǎn)采用橫向均勻布置，排間距3.0m，管片下部位置布置真空井點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)管片，待管片拆除后可采用均勻布置。

花樣跳繩的形式較為多樣，教師可以根據(jù)小學(xué)生的運(yùn)動(dòng)能力為其開(kāi)展合適的跳繩活動(dòng)。單人跳的形式主要包括將跳繩進(jìn)行左右甩、開(kāi)合跳、交叉跳以及雙腳交替等。不同的跳法在難度以及運(yùn)動(dòng)量方面也存在一定的差異，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生從簡(jiǎn)單的動(dòng)作開(kāi)始練習(xí)，逐漸融入難度較大的動(dòng)作，從而使學(xué)生接受到循序漸進(jìn)的過(guò)程。

（4）每套集水總管長(zhǎng)10.0m，總管管徑為φ63mm的PP-R管，井點(diǎn)管長(zhǎng)5.0m，管徑為φ25mm的PE-RT管，井點(diǎn)管管壁梅花狀布置出水眼，孔眼直徑8-10mm，間距30-50mm（或孔隙率大于15%），管壁外包纏兩層濾網(wǎng)，濾網(wǎng)采用60目尼龍絲網(wǎng)包纏固定，每套井點(diǎn)管10根，濾管長(zhǎng)3.0m，井點(diǎn)管的間距為1.0m，最后一級(jí)降水管底應(yīng)嵌入在底板下4.0m以上，井點(diǎn)間距為3.0m(屆時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出水情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整參數(shù)），連接軟管一般采用PVC或橡膠管與真空泵連接。

4 輕型井點(diǎn)降水施工工藝

4.1 真空井點(diǎn)降水

施工流程： 放線定位——鋪設(shè)總管——沖孔——安裝井點(diǎn)管——上部填粘土密封——用彎聯(lián)管將井點(diǎn)管與總管接通——安裝集水箱——開(kāi)動(dòng)水泵抽水——測(cè)量觀測(cè)井中地下水位變化。

定位：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在基坑內(nèi)采用分排布置方法實(shí)施降水。根據(jù)基坑開(kāi)挖寬度，確定井點(diǎn)管的布置位置。施工時(shí)先放線開(kāi)挖線，沿開(kāi)挖線開(kāi)挖寬、深0.5～1.0m的溝槽，以便沖孔時(shí)多余水的排放。

成孔：采用水沖法進(jìn)行成孔，成孔孔徑不小于80mm，成孔達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后，應(yīng)加大泵量、沖洗鉆孔、稀釋泥漿，返清水3min～5min后，方可向孔內(nèi)安放井點(diǎn)管。

置管：成孔后放后直徑25mm的PE-RT抽水管，水管長(zhǎng)5.0m，管徑25mm，支管管壁，入土深度為4.5m，外露0.5，梅花狀布置出水跟，孔眼直徑8-10mm，間距30-50cm（或孔隙率大于15%），管壁外包纏兩層60目尼龍絲網(wǎng)，每套總管長(zhǎng)度為10-20.0m，總管上布置井點(diǎn)管10-20根，慮管長(zhǎng)3.0m，井點(diǎn)支管的間距為1.0m。

封口：井點(diǎn)管放入在檢查滿足設(shè)計(jì)長(zhǎng)度后，井點(diǎn)管上部空隙用水沖法進(jìn)行封孔以防井點(diǎn)管漏氣。

安裝：井點(diǎn)管和總管用三通熱融連接，兩端用鐵絲扎緊，總管和機(jī)組連接。排水管排放口設(shè)沉淀池，通過(guò)二級(jí)泵站提抽將水抽出坑外。

抽水：所有的抽水管道及配件安裝完成后，進(jìn)行抽水試驗(yàn)，主要是接通電源后利用真空泵進(jìn)行抽水，抽水后檢查是否存在漏氣或者是堵塞的情況，如果能正常排水則保持真空狀態(tài)加壓，確認(rèn)整個(gè)系統(tǒng)密閉性完好后繼續(xù)抽水，如果出現(xiàn)異常則關(guān)閉設(shè)備后檢查異常部位，修復(fù)后重新實(shí)驗(yàn)，直至試驗(yàn)成功。通常情況下持續(xù)抽水一周即可形成穩(wěn)定的區(qū)域型降水漏斗。

由于真空泵為垂直吸程，所抽出的地下水無(wú)法直接排入地面，需在坑內(nèi)就近位置設(shè)置二級(jí)集水池（二級(jí)泵站，1*1.5*1.5m鋼板水箱），將水匯入集水池，在集水池內(nèi)放置潛水泵，將水輸送至地面排水管網(wǎng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置二級(jí)集水池，每組集水池內(nèi)放置2臺(tái)功率為5.5KW的潛水泵，直至真空降水全部停止2日后，方可停止抽水，要將二級(jí)集水池內(nèi)水全部輸送至地面后方可停泵。

降水運(yùn)行：真空泵運(yùn)行過(guò)程時(shí)應(yīng)定時(shí)檢查各井管出水的含砂量≤0.5‰，當(dāng)發(fā)現(xiàn)含砂量異常時(shí)，及時(shí)修復(fù)漏砂井點(diǎn)管。

井點(diǎn)拆除：采用分級(jí)降水的井點(diǎn)，待上一級(jí)井點(diǎn)降水達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，立即組織土方開(kāi)挖或砼支撐施工，井點(diǎn)管為軟質(zhì)采暖管，無(wú)法進(jìn)行循環(huán)使用，開(kāi)挖過(guò)程中將井點(diǎn)管直接挖除報(bào)廢，最后一級(jí)降水井點(diǎn)，待車站站廳層施工完成或區(qū)間結(jié)構(gòu)施工完成并進(jìn)行土方回填后，方可停止抽水系統(tǒng)，對(duì)預(yù)留孔洞進(jìn)行專業(yè)防水、防滲處理。

5 降水效果

車站坑中坑位置開(kāi)挖至-10.50m時(shí)，根據(jù)土方開(kāi)挖要求及各工序施工進(jìn)度，采用分塊分層的方法呈U形狀布置真空井點(diǎn)（每塊長(zhǎng)度、寬度均為20.0m)，對(duì)砂巖層裂隙水進(jìn)行疏干，直至開(kāi)挖至基底標(biāo)高，根據(jù)站內(nèi)支撐及土方開(kāi)挖次序，共設(shè)置7級(jí)真空井點(diǎn)進(jìn)行降水。井點(diǎn)排間距3.0m，列間距1.5m，井點(diǎn)管間距1.0m，每層降水周期5天、開(kāi)挖深度為3米。通過(guò)實(shí)際降水效果良好，基底梳干、無(wú)擾動(dòng)。

圖1 .降水前狀況圖

圖2 .降水后效果

6 結(jié)論

1)第三系紅砂巖屬于相對(duì)不透水層，但其含有豐富的裂隙水，甚至形成流沙通道。紅砂巖膠結(jié)程度弱，易崩解，遇水迅速軟化，受開(kāi)挖擾動(dòng)及水作用極易泥化成砂糊狀，因此，基坑開(kāi)挖施工中必須處理降水問(wèn)題。

2)紅砂巖中豐富的裂隙水及施工擾動(dòng)會(huì)對(duì)整個(gè)車站的結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的影響，所以施工過(guò)程中要持續(xù)的進(jìn)行排水作業(yè)，形成穩(wěn)定的區(qū)域降水漏斗，從而降低周邊巖層的含水量，進(jìn)而疏干巖層后進(jìn)行混凝土澆筑，提高基礎(chǔ)工程的穩(wěn)定性。

3)紅砂巖地層深基坑開(kāi)挖，采用多種方式綜合治理，“圍護(hù)采用地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，坑外管井降水、坑內(nèi)集水明排、輕型井點(diǎn)降水”等綜合處理方案，可以成功解決該地區(qū)深大基坑地下水問(wèn)題。