管井降水措施在深基坑施工中的應(yīng)用

鄭偉斌

(永同昌建設(shè)集團有限公司 福建福州 350002)

1 工程概況

該場地位于福州新店鎮(zhèn)，擬建6棟11～17層的住宅樓，設(shè)有一層聯(lián)體地下室，地下建筑面積為11 703m2。該工程±0.00相當于羅零高程30.60m，現(xiàn)有場地羅零標高為23.17m～29.60m，總體地勢南高北低，相當于-7.43m～-1.00m。地下室底板面相對標高為-6.24m及-5.44m，底板厚0.34m，墊層厚0.10m，基坑大部分開挖深度約為4.2m～5.90m。局部地表較低部位開挖約1.44m～4.20m。

周邊環(huán)境：擬建地下室南側(cè)距離紅線約7.7m，紅線外為市政道路；西側(cè)距離紅線約70m，紅線外為規(guī)劃路，現(xiàn)為臨時道路；北側(cè)為在建住宅項目；東側(cè)距離用地紅線約18m，場地外為市政道路。根據(jù)建設(shè)方提供資料顯示，場地內(nèi)未見有地下管線通過，如圖1所示。

2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)概況

地下水是引起基坑事故的主要因素之一，大多數(shù)發(fā)生的基坑事故都與地下水有關(guān)，特別當基坑處于砂土或粉土地層時，在地下水的作用下，更容易造成基坑坡面滲水、流砂、土粒流失，進而引起支護結(jié)構(gòu)失效，引起基坑坍塌。

(1)工程地質(zhì)概況：根據(jù)場地巖土工程勘察報告，基坑開挖影響范圍內(nèi)主要土層及參數(shù)如表1所示。

表1 基坑支護影響范圍內(nèi)主要巖土層物理力學參數(shù)

(2)水文地質(zhì)概況[1]：圖2顯示，該場地對工程有影響的地下水只有上部卵石④孔隙承壓水。④卵石為強透水層，滲透系數(shù)20.7m/d。水位隨地勢變化，北東側(cè)水位較高，穩(wěn)定水位標高基本在28m～30m，南西側(cè)水位較低，穩(wěn)定水位標高基本在27.5m～29.0m?；娱_挖范圍內(nèi)，地下水的水位埋深在基坑底下平均約0m～1.85m，基坑開挖時需進行降排水。水位降深設(shè)計在各級基坑底下0.5m處，因此，基坑開挖時水位降深達0.5m～2.35m左右。為保證地下室施工順利進行，根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》(第五版)中表9-5-1工程降水方法及適用條件，選用管井降水措施。

3 基坑支護設(shè)計情況

該基坑安全等級為三級，地形較開闊，淺部土層性質(zhì)較好，根據(jù)工程地質(zhì)及周邊環(huán)境等條件分析，基坑開挖采用放坡加素噴的支護型式，基坑邊坡坡度1∶1.0和1∶0.8，如圖3所示。

圖2 典型工程地質(zhì)剖面圖

圖3 典型基坑開挖及支護剖面圖

4 管井降水

管井降水法的優(yōu)點是降水速度快，能在較短的時間內(nèi)將基坑中的水降至基坑底部，并且能有效改善基坑邊坡土體的力學性質(zhì)，從而提高邊坡的穩(wěn)定性，工程造價低。

4.1 管井平面布置

(1)管井的數(shù)量：基坑范圍內(nèi)的涌水量(Q)和單個管井的出水量(q),計算1.1Q/q的比值從而得出管井的具體數(shù)量。

(2) 管井間距：根據(jù)經(jīng)驗公式和現(xiàn)場水文地質(zhì)條件綜合確定，經(jīng)驗公式：井距d=(15～25)2πr(r為過濾器半徑)，同時避開地梁、墻、柱位置合理確定。

根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJl20-2012)附錄E公式E.0.1，潛水完整井：

Q=πK(2H-Sd)Sd/lg〔(R+r0)/r0〕

式中:Q——基坑涌水量,m3/d;

Sd——基坑地下水位設(shè)計降深,m;

r0——基坑換算半徑,m;

K——含水層滲透系數(shù)，m/d;

R——引用影響半徑,m;

H——含水層厚度,m。

基坑開挖面積約14 098m2，平均降深約Sd=0.5m，平均基坑降水影響半徑R=13.14m，平均H=6m，K=12.1m/d，r0=(A/π)=67m，經(jīng)估算，基坑總涌水量約1220.6m3/d。

n=λQ/q=1.1×1220.6/23.2=57.9，取整為58口。

經(jīng)計算：該工程在基坑周邊及內(nèi)部共布置58口降水管井，井距平均約15.5m，管井孔徑400mm，管井采用焊接鋼管，管徑219mm(壁厚>1.8mm)，井深12m。為了減少降水對周邊環(huán)境影響，采用回灌井回灌，以減少周邊地面沉降。降水管井布置如圖4所示。

圖4 基坑降水井、回灌井平面布置圖

(3) 在基坑四周若干口井兼做回灌井功能，采取分段開挖、跳挖等方式支護基坑時，未開挖基坑邊降水作為回灌井功能。

4.2 施工技術(shù)措施[2]

4.2.1管井結(jié)構(gòu)

管井上、下部各有一節(jié)不透水管，中間為透水管。井壁外裹2層40目尼龍網(wǎng)作濾網(wǎng)，外纏1mm～1.5mm的鐵絲固定，井壁與井筒之間填充砂礫填料，上口用粘土封填，防止上層滯水流入。井管底與井底之間填300mm厚的20mm～40mm碎石，防止井管下沉，如圖5所示。

圖5 基坑降水管井結(jié)構(gòu)大樣圖

4.2.2定位、鉆孔定位

以定好的井位點為中心，800mm為直徑作圓，向下開0.50m作為井口，深度以見原狀土為準，確認無地下管線及地下構(gòu)筑物后放護筒，護筒外側(cè)填粘土封隔好表層素填土，以防鉆井沖洗液漏失。

4.2.3鉆孔

采用3臺ZL120工程鉆機進行降水井鉆孔作業(yè)。鉆進過程中，隨時觀察沖洗液的流損變化，水的補充隨沖洗液的流損情況及時調(diào)整，一般保持沖洗液面不低于井口下1m。通過加接鉆桿的數(shù)量和入水深度判斷鉆進深度，當達到設(shè)計深度并深入0.50m～1m時，停止鉆進。

4.2.4換漿

鉆孔至設(shè)計深度后(一般應(yīng)大于設(shè)計深度的0.5m～1.0m)，反循環(huán)鉆進時，將鉆頭提高0.5m左右，然后注入清水繼續(xù)啟動反循環(huán)砂石泵替換泥漿。沖擊鉆則用抽筒將孔底稠泥掏出，并加清水稀釋，直到泥漿密度接近1.05g/cm3，粘度為18～20s?，F(xiàn)場觀察一般以換漿后泥漿不染手為準。

4.2.5下管

井管采用φ219焊接鋼管，豎向連接采用對接焊接，并在接頭接不少于3根14mm的加強筋，過濾管的孔隙率不小于23%。吊裝時，焊接鋼管用鋼絲繩一頭固定在履帶式汽車吊上，另一頭套住管堵凹槽穩(wěn)定后下降。使井管居于井孔正中，避免傾斜，并固定，管頂部比自然地面高200mm左右。

4.2.6填料

井管下入后，及時在井管與土壁間填充砂礫填料。粒徑大于濾網(wǎng)的孔徑，一般為3mm～4mm的細礫石。不用裝載機直接填料，應(yīng)用鐵鍬下料，以防分層不均勻和沖擊井管，填料一次連續(xù)完成。

4.2.7洗井、試抽

沖擊成孔的降水井一般都采用泥漿鉆進，洗井在下管填礫后4h內(nèi)進行，以免護壁泥皮時間過長，逐漸硬化，難以破壞，影響降水效果。將空壓機空氣管及噴嘴放進井內(nèi)，工作壓力不小于0.7MPa，排風量大于6m3/min，利用管井內(nèi)外的壓力差，直至井管內(nèi)排出水由渾變清。洗井結(jié)束后，對單井進行試抽試驗檢查降水效果，水位下降速度和出水量。

4.2.8潛水泵安裝

潛水泵在安裝前，對水泵本身和控制系統(tǒng)作一次全面細致的檢查。合格后，用鋼絲繩吊放到設(shè)計位置，一般距孔底500mm～1000mm。

4.2.9降水管網(wǎng)、電網(wǎng)布設(shè)

單口降水井的排水，采用150 mm硬塑料管作為排水管路鋪設(shè)排水管網(wǎng)，排水管一端放置在基坑四周的排水溝內(nèi)，匯入集水井。

井點供電系統(tǒng)設(shè)有防止停電的應(yīng)急措施, 必要時設(shè)置能滿足施工要求的備用發(fā)電機組，保證降水工作的連續(xù)性。

4.2.10封井

地下室周邊的土方均回填完成且上部結(jié)構(gòu)的自重大于地下水產(chǎn)生的浮力后停止降水，進行封井。封井前，在地下室底板范圍內(nèi)(離墊層約150mm高處)的井管外壁焊接止水片(止水片外徑φ315、厚2mm)，止水片與井管的焊縫質(zhì)量要保證連續(xù)、密實，在止水片下沿設(shè)置橡膠止水條。降水施工結(jié)束后，提起水泵，管井下部用砂礫石填充至底板墊層底1.5m處，然后填充并搗實C35微膨脹混凝土，最后在地下室底板面標高處用厚2mm的φ219鋼板與井口滿焊并做好焊縫防腐處理。

5 降水對周圍環(huán)境的影響

采用管井降水法施工，由于降水會帶出部分細微土粒，降水后土體的含水量降低，使土壤產(chǎn)生固結(jié)，有可能使地面產(chǎn)生較大的沉降，從而影響到基坑和周邊建筑的安全，施工過程應(yīng)做好監(jiān)測[3]。該工程監(jiān)測點布置如圖6所示。

圖6 基坑監(jiān)測平面布置圖

(1)維護體系深層水平位移監(jiān)測(測斜管)

該基坑共布設(shè) 18 個維護體系深層水平位移監(jiān)測點，編號為 CX1～CX18。深層土體位移自 2017 年 06 月開始監(jiān)測，至 2018 年 08 月監(jiān)測結(jié)束，期間共監(jiān)測了 79 次，基坑圍護體系的深層位移變化量最大均在圍護體系頂部附近， 其中 CX1 深層位移最大為 7.5mm；CX2 深層位移最大為 2.1mm；CX3 深層位移最大為2.8mm；CX4 深層位移最大為 2.7mm； CX5 深層位移最大為 2.7mm ；CX6 深層位移最大為 3.0mm；CX7 深層位移最大為 4.0mm；CX8 深層位移最大為 3.5mm；CX9 深層位移最大為 1.9mm；CX10 深層位移最大為 2.2mm；CX11 深層位移最大為 1.5 mm；CX12深層位移最大為 1.7 mm；CX13 深層位移最大為 2.2mm；CX14 深層位移最大為 2.7mm； CX15 深層位移最大為 2.4mm；CX16 深層位移最大為 14.1mm；CX17 深層位移最大為9.2mm；CX18 深層位移最大為 11.5mm。由上述 CX1～CX18 變形情況可以看出，該支護深層水平位移變形量均小于設(shè)計預(yù)警值40mm。

(2) 基坑頂部水平位移觀測

基坑頂部水平位移監(jiān)測點共計35個，編號為SP01～SP35?；禹敳克轿灰票O(jiān)測自2017年06月12日開始，至2018年08月31日結(jié)束，期間共監(jiān)測了79次?；禹敳克轿灰谱冃瘟孔畲鬄?8mm(SP32)，最小為2mm(SP28)，基坑頂部水平位移監(jiān)測點變形量遠小于設(shè)計預(yù)警值30mm。

(3)基坑頂部豎向位移監(jiān)測

基坑頂部豎向位移點共計 35 個，編號為 CJ01～CJ35?；禹敳控Q向位移監(jiān)測自 2017 年 06 月 12 日開始，至 2018 年 08 月 31 日監(jiān)測結(jié)束，期間共監(jiān)測了 77 次?；禹敳控Q向位移變形量最大為 17.98mm(CJ33)，最小為1.36mm(CJ28)，基坑頂部豎向位移監(jiān)測點變形量遠小于設(shè)計預(yù)警值 30mm。

(4) 地下水位監(jiān)測

地下水位監(jiān)測點共計 8 個，編號為 SW01～SW08。地下水位監(jiān)測自 2017 年 06 月12 日開始，至 2018 年 08 月 31 日結(jié)束，期間共監(jiān)測了 79 次。地下水位移變化累計最大值為-261mm(SW01)，小于設(shè)計及規(guī)范允許值1000mm。

綜上：鄰近建筑物及周邊地表變形總體較小，巡視未發(fā)現(xiàn)異常情況及有害裂縫，說明基坑施工對周邊建筑及地表等的影響較小。且在基坑回填后，鄰近建筑物及周邊地表未明顯變形?？梢姡摴こ滩捎玫墓芫邓ㄔ诒ＷC地下室施工正常推進的同時，未對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利的影響，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。

6 結(jié)語

(1)管井降水法對于滲透系數(shù)較大、降水位置較深及具有承壓含水層的深基坑工程具有較好的適用性。

(2)井管降水的同時，應(yīng)采取措施，做到水資源的循環(huán)利用，做到綠色施工[4]。

(3)基坑采用井管降水施工，過程應(yīng)做好基坑周邊地表及建筑物的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)會同設(shè)計院等單位分析原因，及時采取回灌等措施，保證施工及周圍環(huán)境的安全。