深基坑粉土地層降水工程特點及技術(shù)分析

張明海

（河南省鄭州市新鄭市龍王鄉(xiāng)梁州大道中國電建五處，河南 鄭州 451199）

近幾年來隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度的不斷加快，尤其是道路設(shè)施變得更加完善，在一些地形比較復(fù)雜的地區(qū)遇到深大基坑的可能性越來越大，其中以沿海地區(qū)的深基坑工程居多[1-2]。當(dāng)?shù)叵滤宦癫氐谋容^淺時，在開挖基坑的過程中需要采用專門的降水措施確保基坑足夠干燥，減少基底隆起，避免流砂等，還可以使土體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度提升，為施工提供保障[3]。本文主要針對鄭州航空港經(jīng)濟(jì)綜合實驗區(qū)（鄭州新鄭綜合保稅區(qū)）新港十一路跨梅河支流橋梁工程的降水工程進(jìn)行分析論證。

1 工程基本情況

1.1 工程簡介

鄭州航空港經(jīng)濟(jì)綜合實驗區(qū)（鄭州新鄭綜合保稅區(qū)）新港十一路跨梅河支流橋梁工程位于航空港經(jīng)濟(jì)綜合實驗區(qū)（鄭州新鄭綜合保稅區(qū)）南水北調(diào)總干渠以東新港十一路位置。結(jié)合新港十一路跨梅河支流橋承臺工程設(shè)計及實際情況，由于河道暫未施工，根據(jù)施工圖紙設(shè)計橋臺承臺頂標(biāo)高112.449 m，墩柱承臺頂標(biāo)高108.369 m，原地面高程116.34 m～116.97 m，橋臺承臺基坑挖深大于6.1 m；墩柱承臺基坑挖深大于10.2 m,平均開挖深度約10.5 m。結(jié)合場地水文地質(zhì)等情況，以及基坑開挖深度情況，該施工場地地層穩(wěn)定、預(yù)計基坑開挖受地下水影響較大。

1.2 地質(zhì)條件

1.2.1 氣候及地形條件

氣候條件：新鄭市屬典型的中緯度暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，雨熱同期。年平均日照2114.2 h，日時數(shù)多，總輻射量大。7、8、9 三個月的降雨量占全年降雨量的55%。本地區(qū)多年平均氣溫14.4℃，極端最高氣溫43℃，極端最低氣溫-17.9℃。多年最大風(fēng)速：2.1 m/s。

地形條件：地貌單一，地形較平坦，地貌單元屬山前沖洪積平原，適宜進(jìn)行工程建設(shè)，絕對高程115.65 m～116.97 m（85 國家高程基準(zhǔn)）。有兩條十字交叉寬6 m 鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路兩條，場地范圍內(nèi)主要為耕地。

1.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

本工程近場區(qū)內(nèi)大面積被第四系沉積物覆蓋，斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，以北西、近東西向斷裂為主。由于斷裂大多展布于平原區(qū)，地表出露很少，多數(shù)為隱伏斷裂。

1.2.3 地下水條件

據(jù)調(diào)查本區(qū)域內(nèi)地下水位年變幅1.0 m～2.0 m左右，近3 年～5 年最高水位埋深約2.0 m（標(biāo)高114.0 m 左右），歷史最高水位1.0 m（標(biāo)高115.0 m 左右）。屬第四系松散巖類孔隙潛水，地下水的補給主要為大氣降水，環(huán)境類型為Ⅱ類。

2 降水目標(biāo)和特點

2.1 目的

勘測設(shè)計院所提供的關(guān)于本工程的勘察報告對于水文特征當(dāng)中的水位線進(jìn)行了專門的描述，通過計算可以得到，水位線的絕對標(biāo)高在112.0 m～112.5 m 之間。按照施工圖紙設(shè)計可以發(fā)現(xiàn)承臺底的標(biāo)高為106.369 m。通過對比發(fā)現(xiàn)施工范圍內(nèi)地下水位線均高于施工底面高程，不能滿足承臺施工的條件要求，故需要進(jìn)行現(xiàn)場降水施工。另外通過降水施工來確保后期的施工安全。

2.2 降水工程特點和對策

當(dāng)?shù)叵滤宦癫匚恢帽容^淺時，基坑開挖過程中應(yīng)當(dāng)采用降水措施，從而確?；犹幱诟稍餇顟B(tài)，為施工提供便利[4]。在粉土地層中，深基坑降水對于地層變形穩(wěn)定性和對于降水范圍的影響，都是深基坑工程在實際設(shè)計和施工開展過程中的關(guān)鍵問題。粉土地區(qū)所發(fā)生的很多基坑失穩(wěn)問題都是與地下水之間有著密不可分的關(guān)系。工程降水會使得地下水位降低，發(fā)生滲流現(xiàn)象，影響到周圍地層的變形以及基坑的性狀等[5]。

就本次工程來看，墩柱承臺頂標(biāo)高108.369 m，原地面高程116.34 m～116.97 m，橋臺承臺基坑挖深大于6.1 m；墩柱承臺基坑挖深大于10.2 m,平均開挖深度約10.5 m。結(jié)合場地水文地質(zhì)等情況，以及基坑開挖深度情況，該施工場地地層穩(wěn)定、預(yù)計基坑開挖受地下水影響較大，承臺基坑開挖時采取適當(dāng)?shù)慕邓胧?，以保證承臺正常施工，質(zhì)量可靠。

結(jié)合降水工程的特點，制定完善的施工流程和方案，同時為了確保施工方案的有效落實，還需要制定與其配套的相關(guān)措施。

3 深基坑粉土地層降水技術(shù)

3.1 降水設(shè)計

（1）計算基坑井間距以及單井的數(shù)量?；庸芫狞c數(shù)方法及結(jié)果：管井?dāng)?shù)量為：n=1.1Q/q=40.7；井點間距d=2×（90+120）/40.7=10.3 m。綜上取管井點數(shù)41 個，井點間距取10 m，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，并在拐角處適當(dāng)加密。

（2）降水井施工的相關(guān)設(shè)計。采用管井降水方案，在基坑周邊布置41 眼降水井，降水井采用混凝土無砂管井，管井施工孔徑為650 mm，管井內(nèi)徑400 mm，降水井深度20 m（在相鄰兩排承臺中心線上設(shè)置6 眼降水井，待第一層土方開挖完成后施工，井深16 m，間距15 m），降水井間距平均10 m（拐角處適當(dāng)加密按8 m 布置）；并布置2 口15 米深觀測井，便于日常觀測、檢查降水高程。共設(shè)置井61 眼，其中20 m 深降水井41 眼，16 m深降水井18 眼，15 m 深觀測井2 眼。

3.2 降水方案

降水井采用混凝土管井，高出地面30 cm，管井內(nèi)徑400 mm，壁厚60 mm、管井施工孔徑為650 mm，井壁外通填濾料，降水井間距10 m，均勻布置在基坑四周；因本次降水井是在河道土方開挖一層后布置，第一層初擬開挖3.42 m，基坑設(shè)計邊坡1∶0.75，布置的降水井在施工紅色范圍線內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場實際情況布置在基坑周邊。

本次基坑在土方開挖過程中采用分段和分層開挖方法，將降水施工和土方開挖工作緊密結(jié)合。

第1 層作業(yè)段開挖3.42 m，同步施工降水井（降水井可提前施作，計劃投入4 臺鉆井設(shè)備，每臺設(shè)備配備4 名作業(yè)人員）、排水管布設(shè)；

第2 層開挖3 m（依據(jù)降水效果和高程指導(dǎo)開挖）；

第3 層開挖4.08 m（做好第二次開挖后的安全防護(hù)和地面排水設(shè)施）。

降水井通過潛水泵抽水后采用φ50 輸水管，將水導(dǎo)入φ800 的波紋排水管。φ50 輸水管與排水波紋管采用三通接頭的方式連接。波紋管布置在基坑設(shè)計邊線外1.5 m～3 m 的位置，以免太靠近開挖邊線，存在滑塌危險；具體位置可根據(jù)場地實際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，波紋管設(shè)計縱坡比為0.1%，東南角低于西北角。在將地面清理干凈之后，直接將波紋管坐落在地面上時必須單獨設(shè)置管座?，F(xiàn)狀河道右岸與規(guī)劃雁鳴路相鄰，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，現(xiàn)狀路邊未設(shè)置市政雨水井，現(xiàn)場東側(cè)有一條舊河道，可用于排除降水井抽出來的水。經(jīng)現(xiàn)場踏勘，舊河道滿足排水要求，施工現(xiàn)場距離梅河距離較近，擬采用波紋管連接至舊河道。為減少排水管下游排水設(shè)施的淤積，擬在排水管路徑上每隔50 m 設(shè)置一座沉砂池，沉砂池尺寸為1 m×1 m×1.5 m，池壁厚0.2 m。潛水泵長期工作時要定期上下活動，防止?jié)撍孟萑肽嗌扯鵁o法拔出。當(dāng)降水深度達(dá)到施工要求水位時，適當(dāng)減少降水井運行，防止抽水過多破壞環(huán)境，以滿足現(xiàn)場實際需求為準(zhǔn)。

3.3 深基坑降水施工

（1）管井設(shè)計。圖1 為管井抽水孔鉆孔的基本情況，設(shè)計井深為20 m；井斜：孔斜率＜1%；井孔結(jié)構(gòu)：降水井采用混凝土管井，管井內(nèi)徑400 mm，壁厚60 mm，管井施工孔徑為650 mm，井壁外通填濾料，成井后加蓋井蓋。

圖1 管井抽水孔鉆孔的基本情況

（2）設(shè)備安裝。選擇水源100 型鉆機(jī)成套設(shè)備進(jìn)行施工，設(shè)備安裝周正且水平；所有的電器均有接地設(shè)置。鉆塔注意水平，受力部位應(yīng)避免雨水和泥漿浸泡。按照規(guī)定安裝相關(guān)設(shè)備，泥漿泵和鉆機(jī)等確保穩(wěn)固；施工現(xiàn)場布置管材、工具等應(yīng)當(dāng)整齊，不得隨意擺放。開鉆之前必須要得到相關(guān)部門驗收合格。

（3）泥漿性能指標(biāo)的設(shè)計以及具體施工。比重：1.10～1.15；粘度：20 s～22 s；失水量：小于15 ml/30 min；含砂量：小于1%；pH 值：8～9；抗溫性：70°C；膠體率：大于97%。泥漿配置流程：開鉆之前配置15 m3～20 m3左右——清水和鉆土粉混合攪拌均勻——加入純堿，攪拌成基漿——加入CMC，用于控制失水的情況，讓泥漿的性能能夠滿足需求。同時還需要做好泥漿的護(hù)理和維護(hù)，發(fā)現(xiàn)變壞立刻調(diào)整，避免性能變化太大。同時對沉淀池進(jìn)行定期清理，確保泥漿凈化。制定完善的規(guī)章制度，安排專人進(jìn)行維護(hù)。

（4）施工程序。圖2 為降水施工的具體程序。

圖2 降水施工示意圖

3.4 深基坑降水相關(guān)保障措施

（1）資源保障。根據(jù)工程實際需求隨時增加施工力量，盡可能采用平行作業(yè)施工辦法，減少施工周期，做好施工工序的銜接與轉(zhuǎn)換，避免施工中斷；做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，如準(zhǔn)備充足的設(shè)備和材料；采用分班制模式，確保24 h 施工。

（2）技術(shù)保障。合理安排施工順序，確保流水和平行作業(yè)能夠合理開展；編制詳細(xì)的施工進(jìn)度計劃，做好分部分項相關(guān)工作，選擇質(zhì)量更高、工期更短的方案，確保施工進(jìn)度不受影響；采用動態(tài)分析和管理模式，確保工期；建立完善的質(zhì)量保障體系，采用新材料、新工藝，以及當(dāng)前社會比較先進(jìn)的現(xiàn)代化施工器械，促進(jìn)生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提升。

（3）質(zhì)量保障。深基坑降水開挖風(fēng)險較大，發(fā)生基坑塌方等質(zhì)量事故的可能性更大。所以必須要把好質(zhì)量關(guān)[6]，組織素質(zhì)高，技術(shù)強(qiáng)，團(tuán)結(jié)的項目部，建立健全相關(guān)的質(zhì)量保障體系，全面管理施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

本深基坑降水具有排水量大、降深大、排水效果好、對平面布置干擾小等優(yōu)點。降水施工完畢后，對該工程進(jìn)行了群井降水試驗，通過測定降壓井單井實際涌水量、檢驗降水水位等，結(jié)果證明本文中的降水施工設(shè)計方案是可行的、合理的，可以達(dá)到工程及規(guī)范要求。