蘭州市某體育場館基坑降水方案設(shè)計(jì)與施工

唐致龍 金兆鑫

（1甘肅華成建筑安裝工程有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730070；2蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730060）

1 工程概況

本工程為體育運(yùn)動場館，總建筑面積39500m2，建筑基底面積7600m2，其中地上建筑面積16500m2，地下建筑面積23000m2，管道設(shè)備層面積2700m2，主館地上一層（局部三層），副館地上兩層，地下一層，建筑高度23.95m，室內(nèi)外高差0.15～0.9m。建筑結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系，基礎(chǔ)為人工挖孔灌注樁承臺基礎(chǔ)，建筑設(shè)計(jì)使用年限50年，抗震設(shè)防烈度為八度、防水等級為一級、地下耐火等級均為一級、地上耐火等級均為二級，室內(nèi)環(huán)境控制級別為Ⅱ類，采用降水后的人工挖孔灌注承臺樁基礎(chǔ)+300厚防水底板，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級，建筑樁基設(shè)計(jì)等級為甲級。

2 基坑周邊環(huán)境及場地地層巖性

2.1 基坑周邊環(huán)境

1）東側(cè)：大綠化用地，南部緊鄰校園馬路，沒有建筑物。

2）西側(cè)：緊鄰體育場馬路，約18米外為籃球場、排球場。

3）北側(cè)：距基坑邊6.00米（最近處）有鋼筋砼圍墻一道，磚墻采用井樁基礎(chǔ)，坐落在持力層上，樁端位于基坑底部以下。圍墻外為T571#路，路面與現(xiàn)場自然地坪高差為2.3m。

4）南側(cè)：緊鄰校區(qū)馬路，約13米外為給水泵房。

2.2 場地地層巖性

雜填土（Q4ml）：雜色，稍濕，松散，主要成分為粉質(zhì)粘土及碎石土，土質(zhì)不均勻，含粉細(xì)砂、碎磚塊、混凝土塊、塑料袋、偶含植物根系等，本層在勘探場地范圍內(nèi)均有分布，厚度0.50-7.30m，平均2.14m。層底高程1536.95-1544.85m，平均1541.89m。

層細(xì)砂（Q4al）：淺黃色，稍濕，松散，砂質(zhì)較均勻，含碎石及少量粉質(zhì)粘土，局部與粉質(zhì)粘土以互層形式發(fā)育。本層土在場地范圍內(nèi)局部分布，厚度0.20-1.00m，平均0.57m。層頂埋深1.00-3.80m，平均2.22m，層頂高程1540.75-1543.66m，平均1541.90m。

3 管井降水計(jì)算

3.1 降水井深度計(jì)算

HW=HW1+HW2+HW3+HW4+HW5=3.27+3.16+1.0+6.5+1=14.93m

式中：

HW-降水井點(diǎn)深度(m)；

HW1-降水水位距離基坑底要求的深度(m)=3.27m；

HW2-可按i*r0取值，i為水力坡度，在降水井分布范圍內(nèi)宜為1/10-1/15，r0為降水分布范圍的等效半徑或降水井并排間距的1/2(m)，HW2=95/2/15=3.16m；

HW3-降水期間的地下水位變幅(m)=1.0m；

HW4-降水井過濾器工作長度(m)=6.5m；

HW5-沉沙管長度(m)，宜為1m。

3.2 分區(qū)計(jì)算降水

1）井點(diǎn)管長度計(jì)算

H1=8.00m

H0=H1 +h1 +IL=8.00+1.00+0.10×64.24=15.42＞14.9 3m

2）基坑涌水量計(jì)算

降低水位深度：S=-3.27+8.00+1.00=5.73m

含水層厚度：H=-3.27+12.16=8.89m

等效半徑：r0=0.29×(110.20+95.30=59.60m

涌水量計(jì)算公式如下：

計(jì)算得：R=241.61m；Q=6701.95m3/d

3）計(jì)算單井出水量

q=120×3.14×0.125×2.50×3.68=434.01m3/d

4）計(jì)算井點(diǎn)管數(shù)量

n=1.1×Q/q=1.1×6701.95/434.01=17根（兩個區(qū)共設(shè)29根管井）

5）井點(diǎn)間距D

D=L/n=2×(110.20+95.30)/16.99=24.20m

考慮到井管間距應(yīng)符合0.4m的模數(shù)，且四角井管應(yīng)加密，可取井點(diǎn)管間距在四周中間部分為24.00m，角部分適當(dāng)加密至23.60m。

6）校核基坑中心點(diǎn)降深

計(jì)算公式如下：

計(jì)算得：S=6.35≥5.73m，滿足要求。

4 方案設(shè)計(jì)

4.1 降水方案設(shè)計(jì)

1）區(qū)域劃分

現(xiàn)場基坑開挖尺寸長220.4m，寬95.3m，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，井樁進(jìn)行分區(qū)施工，降水也進(jìn)行分區(qū)降水，總共布置29口降水井。A軸～10/0A軸為第一區(qū)，A軸～1/T軸為第二區(qū)，A軸～H軸交5～1/10軸為第三區(qū)（見圖1），根據(jù)工程樁施工先后順序進(jìn)行分區(qū)分段降水，以減少降水費(fèi)用。

圖1 基坑降水平面布置圖

2）排水管布置

基坑開挖區(qū)面積大，除基坑北側(cè)外，坡頂至圍墻的距離較?。?m左右），降水井的排水管道將沿基坑頂四周圍墻邊布管，總管為直徑DN200的焊管，每隔24m設(shè)一個三通，支管DN65，并設(shè)置一個DN65的止回閥，所有降水井的橡膠排水軟管直接連通到總排水管的三通支管上，經(jīng)DN200的總排水管匯集到一起后，在市政雨水井口設(shè)二個3m3的三級沉淀池，沉淀后排入市政雨水管，市政雨水收集井位于基坑西側(cè)的中間和基坑?xùn)|南角，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 技術(shù)參數(shù)表

4.2 基坑工程監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

1）基準(zhǔn)點(diǎn)布置在基坑變形影響不到的穩(wěn)定地點(diǎn)，不少于三個，以確保觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠。每次測量應(yīng)對基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校核，誤差不大于2mm。

2）根據(jù)《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》7.0.3條的規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場基坑實(shí)際開挖及支護(hù)情況，本基坑的監(jiān)測頻率見表2。

表2 監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測頻次表

3）基坑支護(hù)噴錨段水平位移預(yù)警值為30～35mm，控制值為3%H～4%H，變化速率5～10mm/d；噴錨段豎向位移預(yù)警值為20～40mm，控制值為3%H～4%H，變化速率3～5mm/d?；又車ㄖ镱A(yù)警值：位移累計(jì)值為10.0～60.0mm，變化速率1～3mm/d；基坑周邊地表裂縫寬度預(yù)警值：累計(jì)值為10～15mm，變化速率為持續(xù)發(fā)展。

4）挑選基坑長邊中心位置處支護(hù)段和地質(zhì)情況復(fù)雜處為重點(diǎn)監(jiān)測對象。

5 降水施工

5.1 工藝流程

施工流程如下：井點(diǎn)測量定位-鉆孔定位-鉆孔-清孔-吊放降水管-回填砂礫過濾層-封口-洗井-安裝水泵及控制器-試抽水-降水井正常工作-降水完畢拔井管-封井。

5.2 施工方法

5.2.1 鉆孔定位

以定好的井位點(diǎn)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(zhǔn)，確認(rèn)無地下管線及地下構(gòu)筑物后放護(hù)筒，護(hù)筒外側(cè)填粘土封隔好表層雜填土，以防鉆井沖洗液漏失。

5.2.2 成孔

成孔施工采用泥漿護(hù)壁沖擊成孔，鉆孔前在井一側(cè)設(shè)排泥溝和泥漿坑，鉆孔直徑比濾水管井外徑大200mm以上，在施工中若發(fā)現(xiàn)地層泥漿不能滿足護(hù)壁要求，須選擇護(hù)壁性能好的紅粘土或進(jìn)行人工造漿。井徑不小于600mm，井孔應(yīng)保持圓正垂直，孔深與設(shè)計(jì)井深誤差小于300mm。管井成孔后，應(yīng)立即安放井點(diǎn)管，并填入豆石濾料，以防塌孔。

5.2.3 吊放井管

降水井井管采用無砂混凝土管，在混凝土預(yù)制托底上安放井管，在底部中間設(shè)導(dǎo)中器，四周栓8號鐵絲，緩緩下放，當(dāng)管口與井口相差200mm時，接上節(jié)并管，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30mm寬竹條固定井管。為防止上下節(jié)錯位，在下管前將井管順方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，為防雨水泥砂或異物流入井中，井管高出地面200mm，井口加蓋。

5.2.4 填料

井孔成型后，為防砂石或雜物掉入，管井與土壁之間用3-15mm粒徑礫石填充作為過濾層，含水層以上、地面以下用粘土填充夯實(shí)。填濾料時，應(yīng)隨填隨測濾料填入高度，當(dāng)填入量與理論計(jì)算量不一致時，及時查找原因，不得用裝載機(jī)直接填料，應(yīng)用鐵鍬下料，以防不均勻或沖擊井壁。

5.2.5 洗井

沖擊成孔的降水井一般采用泥漿鉆進(jìn)，洗井應(yīng)在下管填礫后8h內(nèi)進(jìn)行，以免時間過長影響降水效果。成孔達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后用高壓水沖洗鉆孔，稀釋泥漿，將含水層段的護(hù)壁泥漿用高壓水沖洗掉，待置換水清澈時視為沖洗干凈。管井下沉前應(yīng)沖洗干凈洗濾井，沖除沉渣，可灌入稀泥漿用吸水泵抽出置換或用空壓機(jī)洗井法將沉渣清出井外，保持濾網(wǎng)暢通，用污水泵反復(fù)進(jìn)行恢復(fù)性抽洗，直至水清砂凈。

5.2.6 抽降

降水井施工完成后，根據(jù)工期安排，應(yīng)提前于挖孔前15天開始降水，且必須保證抽水的連續(xù)性，不得長時間停頓。抽水開始后，在水位未達(dá)到設(shè)計(jì)降水深度以前，每天觀測三次水位；水位達(dá)到設(shè)計(jì)降水深度后，可每天觀測一次水位（水位觀測允許誤差±5cm），使降水符合設(shè)計(jì)要求。在降水開始的第一個月，應(yīng)每天定時測量水中的含砂量，并作好記錄，含砂量可采用專用測砂量杯測量，控制值為1/10000，否則須采取相應(yīng)措施。

5.2.7 廢井封堵處理

使用完畢的廢棄管井，施工底板前先封井：可使用起重設(shè)備將井管管口套緊，徐徐撥出井管和濾水管，拔出后可洗凈再用以降低施工成本，若回收難度大不能拔起、拔管時拔斷在底層內(nèi)，亦可直接廢棄，所留孔洞用砂礫填實(shí)，距離井口上部500mm用粘土填充夯實(shí)。

6 結(jié)語

基坑降水是復(fù)雜工程，降水質(zhì)量影響整個工程的安全，選擇合理的降水方法至關(guān)重要。本文基于工程現(xiàn)場的水文地質(zhì)參數(shù)，對基坑降水井深度、井點(diǎn)管長度、基坑涌水量、井點(diǎn)管數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)具體的施工方法，在實(shí)際開挖過程中取得了較好的降水效果。