軌道交通工程施工深基坑降排水關(guān)鍵技術(shù)分析★

李 斌

(中鐵二十一局集團(tuán)第二工程有限公司，甘肅 蘭州 100855)

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，城市軌道交通工程建設(shè)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求也越來越高，軌道交通工程基坑施工中，通常會(huì)遇到含水層被切斷，地表和地下水大量涌入的情況，這會(huì)造成地基浸泡，導(dǎo)致工程建設(shè)后建筑物產(chǎn)生不均勻的沉降，繼而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的開裂和破壞。因此在城市軌道交通工程的建設(shè)中，在基坑開挖階段，實(shí)施合理有效的手段和措施確保基坑內(nèi)無水就顯得尤為重要，從而保證基坑建設(shè)的質(zhì)量與安全以及后期整個(gè)軌道交通運(yùn)營(yíng)的質(zhì)量。任國(guó)旭[1]探討分析了蓋挖逆作法深基坑降排水施工的措施以及相關(guān)改造和應(yīng)用。王軒，蔣麗君[2]采用地連墻+止水帷幕技術(shù)進(jìn)行軌道交通工程的基坑排水。郭銳[7]分析了井點(diǎn)降水技術(shù)在深基坑施工中的應(yīng)用，解決了砂土層，黏土層以及地下水位帶來的施工問題。本文以某在建的高鐵站預(yù)留城市軌道交通工程建設(shè)過程中的基坑排水施工為依據(jù)，對(duì)相應(yīng)的排水施工步驟和方法進(jìn)行了總結(jié)。

2 降水方案設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 涌水量計(jì)算

計(jì)算模型選取:

本項(xiàng)目所處位置地形平坦，周邊土層一般為粉土和粉質(zhì)粘土，砂類土夾姜石層，含水層較厚，地面標(biāo)高11.78 m～13.28 m，自標(biāo)高13.28 m～-17 m(深度0 m～-27.2 m)為粉土及粉質(zhì)粘土層，-20.2 m標(biāo)高(深度-33 m)以下為粉質(zhì)粘土且較厚。基坑總涌水量計(jì)算：

(1)

其中，Q為基坑降水的總涌水量,m3/d；k為滲透系數(shù),m/d；H0為潛水含水層厚度,m；R為降水影響半徑,m；r0為應(yīng)用半徑,m。

2.2 降水井?dāng)?shù)量及井深驗(yàn)算

2.2.1單井出水量計(jì)算

(2)

其中，q0為單井出水量,m3/d；rs為過濾器半徑,m；l為過濾器進(jìn)水部分長(zhǎng)度,m；k為含水層滲透系數(shù),m/d。

2.2.2降水井?dāng)?shù)量計(jì)算

(3)

其中，N為降水井?dāng)?shù)量;Q為基坑降水的總涌水量,m3/d。

2.2.3降水井深度計(jì)算

降水井深度計(jì)算公式為:

Hw=H1+H2+H3+H4+H5+H6

(4)

Hw=21+1+8+1+3+3=37 m

(5)

其中，Hw為降水井深度,m；H1為基坑深度,m：H1=21 m；H2為井點(diǎn)外露出的距離,m：H2=1 m；H3為H3=I×r，I為水力坡度，取1/10，r為井點(diǎn)間距；H4為水位變動(dòng)幅度,m：H4=1 m；H5為過濾器有效長(zhǎng)度,m：取H5=3 m；H6為沉沙管長(zhǎng)度，1 m：H6=3 m。

考慮水位波動(dòng)及施工控制等因素，標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)井深取37 m。

降水井計(jì)算結(jié)果如表1,表2所示。

表1 降水計(jì)算參數(shù)表

表2 降水井水泵配置表

本工程共設(shè)降水井15眼，其中備用1眼，視降水實(shí)際效果而定。

3 施工工藝及技術(shù)要求

3.1 施工準(zhǔn)備

設(shè)定井位：根據(jù)井位平面布置圖進(jìn)行井位確定。當(dāng)布設(shè)的井位受到地面障礙物的影響時(shí)，應(yīng)當(dāng)做適當(dāng)調(diào)整，正常情況下井位偏差不大于50 mm。埋設(shè)護(hù)筒：護(hù)筒插入原狀土層中，筒外用粘性土封嚴(yán)，護(hù)筒深度大于1.5 m，外徑大于1 m，中心位置與井中心垂直。鉆機(jī)就位、調(diào)整：調(diào)整鉆機(jī)的水平和垂直位置，應(yīng)安裝穩(wěn)固，鉆桿對(duì)準(zhǔn)孔中心，達(dá)到相關(guān)精度要求。

3.2 降水井施工

本項(xiàng)目中，采用干鉆作業(yè)，做好施工原始記錄。利用回旋式鉆機(jī)下端的鉆頭切削刃對(duì)土層進(jìn)行切削破碎，碎土擠進(jìn)鉆斗，鉆機(jī)底盤反轉(zhuǎn)，打開鉆斗閥門，排除其中的碎土，反復(fù)作業(yè)，直到孔底標(biāo)高。

下管時(shí)，井管底部包裹尼龍紗布；混凝土管接口處包裹塑料布，井管作業(yè)前，在管子上，中，下部位安裝找中器，確保施工作業(yè)時(shí)，管子能豎直下放。

填濾料時(shí)，采用動(dòng)水填礫法均勻的從四周向井內(nèi)緩慢注入，洗井后，若濾料下沉，應(yīng)及時(shí)填充，確保填料高度標(biāo)準(zhǔn)。

4 降水運(yùn)行管理

4.1 降水運(yùn)行原則

1)正式施工作業(yè)前，保證12 d以上的預(yù)降水試驗(yàn)；2)地下水排出后，防止就地回流，增加施工負(fù)擔(dān)；3)及時(shí)監(jiān)測(cè)地下水位變化，并相應(yīng)調(diào)整開泵數(shù)量及泵量，執(zhí)行“按需降水”的運(yùn)行原則，避免過量降低地下水位，造成浪費(fèi)；4)在施工及周邊區(qū)域，做好地下水位的監(jiān)測(cè)工作。

4.2 降水運(yùn)行工況

在正式開始基坑施工前，進(jìn)行預(yù)降水作業(yè)，經(jīng)過合理的地下水位監(jiān)測(cè)，將水位控制在基坑底部1 m左右。按需降水，適時(shí)調(diào)整抽水泵量，保證降水井的24 h連續(xù)作業(yè)，并做好適時(shí)的監(jiān)測(cè)與調(diào)整。對(duì)滲透系數(shù)差異較大的土層，施工期間密切觀察流沙、流土或管涌等不良現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

4.3 降水井抽水維護(hù)

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及工況，及時(shí)記錄降排水作業(yè)情況提交項(xiàng)目部，適時(shí)調(diào)整施工進(jìn)度，直到降水作業(yè)完成。2)隨時(shí)檢查降排水設(shè)備，如有問題，及時(shí)維護(hù)與保養(yǎng)。3)作業(yè)中，做好記錄，包括涌水量，井管深度，不斷優(yōu)化施工結(jié)構(gòu)和人員調(diào)整。

4.4 降水井抽水試驗(yàn)

1)試驗(yàn)?zāi)康?。a.通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析井孔涌水量與地下水位情況，判斷出單個(gè)井出水量；b.確定水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，如涌水量，單井出水量，水力半徑，干擾系數(shù)等，并確定水泵型號(hào)；c.進(jìn)行不同井位的試驗(yàn)，開挖3口降水井，以中間降水井為主，其兩側(cè)降水井為對(duì)照組，分析降水情況。

2)抽水試驗(yàn)的計(jì)算。一個(gè)觀測(cè)井時(shí)，計(jì)算公式如下：

其中，K為滲透系數(shù),m/d;R為影響半徑,m;Q為出水量,m3/d;H為潛水含水層厚度,m;rω為抽水井半徑,m;r1為觀測(cè)孔至抽水孔距離,m;sω,s1分別為抽水試驗(yàn)井及觀測(cè)孔水位下降值,m。

3)觀測(cè)頻率及精度要求。a.作業(yè)中，對(duì)水位進(jìn)行精確觀測(cè)與控制，在泵開始抽水后，每隔數(shù)分鐘便檢測(cè)一次，具體時(shí)間如第1 min,3 min,5 min,7 min,10 min,20 min,30 min,40 min,60 min,90 min，連續(xù)監(jiān)測(cè)5次后，監(jiān)測(cè)間隔可延長(zhǎng)至10 min,數(shù)次后，可再延長(zhǎng)至30 min等；b.同時(shí)對(duì)地下水位和涌水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用孔板流量計(jì)數(shù)時(shí)，要準(zhǔn)確到毫米；c.降排水作業(yè)完成后，及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)水位的監(jiān)測(cè)，其時(shí)間間隔與抽水時(shí)間間隔基本一致，若4 h后，恢復(fù)水位變化不超過1 cm時(shí)，可停止監(jiān)測(cè)，亦需對(duì)孔深進(jìn)行測(cè)量，確定過濾器地下部分長(zhǎng)度。

4.5 排水設(shè)施

為了降低基坑開挖土體內(nèi)的含水率和含水層水壓力，需要一定的排水設(shè)施來確保該項(xiàng)工作的完成，保證降水效果，對(duì)于排水設(shè)施，有如下要求：

1)該項(xiàng)目設(shè)備要滿足飽和排水量的出水需求，確保任何時(shí)候排水的順暢；2)縮短排水設(shè)備與降水井的距離，減少設(shè)備消耗。

4.6 降水運(yùn)行管理措施

1)降水井在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，抽水泵的時(shí)間間隔逐漸延長(zhǎng)，泵內(nèi)無水時(shí)，停止抽水泵作業(yè)，在地下水位較高，含水率高的地方，適當(dāng)增加水泵量或開泵次數(shù)，力求地下水位的均衡，避免地下不同區(qū)域的水的滲透；2)作業(yè)過程中，加強(qiáng)降水井內(nèi)水位的監(jiān)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行井內(nèi)水位的記錄和對(duì)比，起伏較大時(shí)，及時(shí)進(jìn)行周圍地質(zhì)情況勘探；3)降排水設(shè)施運(yùn)行期間，安排人員值班，對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行記錄，做到記錄及時(shí)，記錄齊全；4)對(duì)于運(yùn)行期間的各種數(shù)據(jù)，相關(guān)人員及時(shí)通過繪圖出表等方法進(jìn)行分析處理，確保運(yùn)行的正常進(jìn)行，如有問題，應(yīng)當(dāng)及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行指導(dǎo)，從而提高作業(yè)效果；5)降水設(shè)備運(yùn)行期間，如有異常，應(yīng)立即進(jìn)行維護(hù)和更換；6)降排水設(shè)施運(yùn)行期間，注意井內(nèi)的干凈，確保無異物掉落，冬季作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到降水井的防凍。

4.7 降水井保護(hù)

由于降水井均設(shè)于基坑內(nèi)格構(gòu)柱軸線靠近柱體位置，不易受機(jī)械碾壓，加蓋木蓋即可，并設(shè)置醒目的標(biāo)記，施工過程中加強(qiáng)人員的盯控，避免施工機(jī)械等設(shè)備對(duì)其造成破壞。

4.8 降水監(jiān)測(cè)

在項(xiàng)目的整個(gè)作業(yè)過程中，降水監(jiān)測(cè)工作幾乎貫穿整個(gè)過程，為了確保基坑排水作業(yè)的順利完成，要建立細(xì)致完善的動(dòng)態(tài)的地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)和支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)方案，在地下水位監(jiān)測(cè)中：

1)對(duì)地下水位變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，并確定地下水位，排水量以及含沙量等；2)嚴(yán)格控制含沙量，防止因地下水抽出時(shí)帶出地層顆粒物，導(dǎo)致地面下沉等；3)遇到異常天氣時(shí)，要適當(dāng)加強(qiáng)對(duì)地下水位加時(shí)加密觀測(cè)，也應(yīng)當(dāng)及時(shí)向上級(jí)部門提交監(jiān)測(cè)記錄，如數(shù)據(jù)異常時(shí)，應(yīng)當(dāng)?shù)壬霞?jí)給出新的解決方案時(shí)再繼續(xù)施工。

4.9 封井方案

1)封井原則。a.作業(yè)期內(nèi)，在完成試驗(yàn)抽水后，要觀察降水井內(nèi)水位以及附近區(qū)域的觀測(cè)井水位，以確?；娱_挖區(qū)域的地下水位滿足當(dāng)前的施工和支護(hù)要求；如未達(dá)到要求，則繼續(xù)進(jìn)行抽降水試驗(yàn)，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。b.封井前，要經(jīng)過各方的檢驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)考察，符合封井標(biāo)準(zhǔn)后，則可以停止抽降水工作，實(shí)施降水井封井。

2)封井方案。a.完成降水作業(yè)的降水井，如果不及時(shí)回填封頂，當(dāng)井內(nèi)水位上升時(shí)，會(huì)危及到基坑的安全。所以需要采用合理的步驟對(duì)降水井封井。b.封井之前，在開挖基坑底部500 mm以上的位置，在降水井井管外部焊接兩道5 mm厚，150 mm寬的止水環(huán)。c.對(duì)降水井內(nèi)進(jìn)行抽水，當(dāng)井內(nèi)水位抽至最低時(shí)，應(yīng)當(dāng)切斷電源，取出抽水泵，電纜等，現(xiàn)場(chǎng)采用沙土回填，填到距離井口2 m左右,井內(nèi)沙土與水結(jié)合，利用自重壓實(shí)。d.待井內(nèi)沙土壓實(shí)后，將水井上部0.5 m深范圍內(nèi)的井管切除，露出外側(cè)土，繼續(xù)開始回填工作。

5 結(jié)語

在城市軌道交通工程的施工中，深基坑降排水的質(zhì)量將直接影響到工程施工的質(zhì)量與安全以及后期的運(yùn)營(yíng)。因此，在降排水施工中，需要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，控制好基坑施工的地下水位情況。本文通過對(duì)某市高鐵站預(yù)留城市軌道交通工程深基坑進(jìn)行科學(xué)的降排水設(shè)計(jì)與布井施工，結(jié)合施工地點(diǎn)的實(shí)際情況，落實(shí)基坑施工的每一道工序，控制好水位變化，從而保證了該工程深基坑降排水的施工質(zhì)量，同時(shí)也為城市軌道交通的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。