深基坑基巖裂隙水降水施工技術(shù)

蔡偉?侯江蘇

摘要：基巖裂隙水根據(jù)其成因具有分布不均勻性、承壓性、貫通差異性等特點(diǎn)。賦有基巖裂隙水的深基坑項(xiàng)目，具有降水井施工的難度大、抽水施工要求高等特點(diǎn)。以馬鞍山某深基坑項(xiàng)目為背景，介紹了賦含基巖裂隙水的深基坑降水方案設(shè)計(jì)及在高強(qiáng)度巖層中設(shè)置降水管井的施工方法，有效控制了基坑開挖過程中的地下水位，為基坑順利施工提供了保障。

關(guān)鍵詞：深基坑;管井降水;巖石裂隙水

1 工程概況

馬鞍山金鷹商業(yè)綜合體項(xiàng)目為馬鞍山市政府重點(diǎn)工程，該項(xiàng)目位于馬鞍山市中心繁華地段，總占地面積約32000㎡，基坑開挖深度7.0m～14.20m，由兩幢超高層及群房組成，總建筑面積約32萬㎡，地下室三層，基坑土方開挖量約45萬m?。基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，東、南兩側(cè)緊鄰交通要道，西側(cè)距離雨山湖最近距離不到20m，且部分場地為原雨山湖公園池塘回填而成;北側(cè)距湖東路第二小學(xué)約10m，距市檔案館約1.50m，基坑安全等級為一級。

2 工程地質(zhì)條件

馬鞍山市區(qū)范圍內(nèi)，大部分地區(qū)基巖埋深較淺，一般-20m左右即進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖，且?guī)r石主要以

強(qiáng)度較高的花崗巖為主，其中碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度25MPa，中風(fēng)化花崗巖飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度達(dá)到85MPa。

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，施工場地地質(zhì)條件自上而下主要描述如下：①層雜填土，土層具高壓縮性、工程地質(zhì)性能極差;②層、③層均為粉質(zhì)黏土，土層具中壓縮性、工程地質(zhì)性能較好、透水性較小;④層全風(fēng)化花崗巖，工程地質(zhì)性能較好;⑤層強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，呈碎塊狀，工程地質(zhì)性能較好。⑥1層碎裂狀中風(fēng)化花崗巖，工程地質(zhì)性能一般;⑥層中風(fēng)化花崗巖，強(qiáng)度較高，工程地質(zhì)性能較好。

3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告揭露，場地地下水類型主要分為松散巖類孔隙潛水及基巖裂隙水。

潛水主要賦存于上部填土及黏性土中，該含水層（組）連通性、富水性均較差，水量較小，受季節(jié)影響較大。

基巖裂隙水主要賦存于下部基巖風(fēng)化帶中，受風(fēng)化、裂隙發(fā)育程度不同呈網(wǎng)狀、脈狀分布，巖層賦水性及滲透性與裂隙發(fā)育情況及貫通情況密切相關(guān)，補(bǔ)給及排泄方式以逕流為主。

4 基坑降水設(shè)計(jì)方案

4.1 方案選擇

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，上覆土層以賦水性、透水性較小的粉質(zhì)黏土為主，土層滲透系數(shù)均在10-7cm/s數(shù)量級，可以預(yù)見，除地表徑流（大氣降水）影響外，土層本身縱、橫向地下水補(bǔ)給很少，因此土方開挖過程中以設(shè)置排水溝、集水井等明排措施為主。

場地內(nèi)基巖裂隙含水層賦水性較好，透水性與裂隙發(fā)育情況及貫通情況密切相關(guān)，且承壓水頭較高，基坑大面積開挖后，不排除有多處冒水的可能性?；鶐r裂隙水對基坑影響較大，需設(shè)置降、排水井降低地下水位。

降水井正式施工前需進(jìn)行抽水試驗(yàn)，確定承壓水滲透系數(shù)、降水影響半徑等試驗(yàn)參數(shù)。

4.2 試驗(yàn)降水井方案

（1）本次抽水試驗(yàn)按基坑底相對標(biāo)高為-14.9m（本工程+0.00相當(dāng)于絕對標(biāo)高+14.0m，所注標(biāo)高均為相對標(biāo)高，下同）進(jìn)行。

（2）場區(qū)北側(cè)中間位置設(shè)置一組試驗(yàn)井，試驗(yàn)井由7口管井組成，其中4口為抽水井（J1～J4），其余3口為觀測井（G1～G3）。

（3）管井類型為承壓水非完整井，試驗(yàn)中采用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。

（4）抽水井井內(nèi)水位按以下四個(gè)梯度控制：-8.0m、-12.0m、-16.0m、-20.0m。

（5）從抽水井向外每隔一定距離布設(shè)一個(gè)地面沉降觀測點(diǎn)，記錄降水過程中地面沉降變形情況。

試驗(yàn)井布置如圖1所示

4.3 降水試驗(yàn)成果

（1）降水井靜水位在自然地面以下1.5米，相當(dāng)于絕對標(biāo)高12.5米;

（2）J1、J2井單井抽水約35～40分鐘，井內(nèi)水位降至井底;

（3）J3、J4井動(dòng)水位在自然地面以下25.5米，相當(dāng)于絕對標(biāo)高-11.5米;

（4）J3、J4井單井每日出水量為180立方米，J1、J2井單井出水量約150立方米;

（5）停止抽水后，90分鐘，井內(nèi)水位恢復(fù)到靜水位及絕對標(biāo)高12.5米;

（6）降水井抽水過程中，觀測井G3水位變化不明顯，水位在地面以下1.5米，相當(dāng)于絕對標(biāo)高12.5米，G2水位在地面以下4米，相當(dāng)于絕對標(biāo)高10.0米，G1水位在地面以下21.9米，相當(dāng)于絕對標(biāo)高-7.9米。

（7）根據(jù)試驗(yàn)及地質(zhì)報(bào)告相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，本次試驗(yàn)范圍內(nèi)承壓水滲透系數(shù)約為K=3.45m/d，影響半徑R=445米。

4.4 正式降水井方案

根據(jù)降水試驗(yàn)結(jié)果及本場地巖石承壓裂隙水分部不均等特性，本工程管井降水正式方案如下：

由于全場巖石裂隙發(fā)育不均，無法一一探明，為確保土方開挖及底板施工安全，共布置69口管井進(jìn)行基坑降水，滿堂分布，井底標(biāo)高需穿透強(qiáng)風(fēng)化層，其中基坑南側(cè)酒店塔樓部位設(shè)置9口，深度28米，西北側(cè)住宅塔樓位置設(shè)置17口，深度25米，其余部位設(shè)置43口，深度22米。

5 降水管井施工

5.1 施工工藝

降水管井施工流程如下：

場地平整→定位放線→樁機(jī)就位→鉆孔→清孔→降水管濾網(wǎng)綁裹→吊放降水管→回填砂礫過濾層→洗井→安裝水泵及控制線路→試抽水→正常工作降水

5.2 施工設(shè)備選型

一般需要進(jìn)行管井降水的施工場地主要以淤泥質(zhì)或砂性土為主，因而管井施工通常采用SPJ300或類似型號的小型鉆孔樁機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)為施工速度快、移動(dòng)方便，但本工程主要含水層并非上覆土層，而在強(qiáng)度較高的全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層中，傳統(tǒng)鉆井機(jī)械并不適用本項(xiàng)目。

經(jīng)過比較分析并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，提出以下兩種施工方案：

方案一 采用沖擊鉆機(jī)成孔。

沖擊成孔的主要優(yōu)勢在于高強(qiáng)度花崗巖中的順利鉆進(jìn)，以確保管井深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而順利抽取巖石裂隙承壓水。但其缺點(diǎn)亦很明顯，首先，沖擊鉆孔速度慢，單根成孔需1天以上，如需滿足工期要求，勢必需要進(jìn)場多臺機(jī)械，對現(xiàn)場管理、經(jīng)濟(jì)成本、安全風(fēng)險(xiǎn)控制及用電負(fù)荷都造成一定壓力。其次，沖擊成孔會產(chǎn)生大量泥漿，對現(xiàn)場環(huán)境的污染不容小覷，特別是對后期土方開挖將造成很大影響。

方案二 采用旋挖鉆機(jī)成孔

旋挖鉆機(jī)是目前市場上比較流行的鉆孔設(shè)備，相對于沖擊鉆機(jī)來說，其優(yōu)勢非常明顯，速度快、干成孔、移動(dòng)方便、柴油驅(qū)動(dòng)，無需外接電源，本工程上覆土層均為黏土，尤其適合旋挖的干成孔作業(yè)，唯一不確定因素就是能否在高強(qiáng)度的花崗巖層中順利鉆進(jìn)。

通過對比，方案二的理論優(yōu)勢非常明顯，為了能達(dá)到預(yù)期效果，最終決定采用一臺三一280R大型旋挖鉆機(jī)進(jìn)場施工，施工過程非常順利，僅用10天就完成了全部降水井的施工任務(wù)，每口井都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的預(yù)定深度。

6 降水施工

6.1 整體規(guī)劃與成品保護(hù)措施

本工程為馬鞍山市政府重點(diǎn)工程，屬于招商引資項(xiàng)目，其建設(shè)規(guī)模、總投資額及影響力在馬鞍山地區(qū)首屈一指，為了滿足項(xiàng)目竣工交付的最終時(shí)間表，各個(gè)環(huán)節(jié)的施工工期都安排的非常緊湊，由于其地處城市中心，基坑開挖深度深，土方量大，因此確保土方的順利開挖成為銜接樁基及土建施工的重要環(huán)節(jié)，而基坑降水又是土方開挖的前提保證條件，如何保證降水施工的順利進(jìn)行就顯得尤為重要。

根據(jù)土方單位的施工安排，現(xiàn)場將布設(shè)12臺挖掘機(jī)同時(shí)作業(yè)，配合外運(yùn)的土方車輛高峰期間將達(dá)到50臺，但現(xiàn)場降水井呈滿堂布置，井間距僅15m～20m，且水泵電纜縱橫密布，夜間作業(yè)難度很大。為此項(xiàng)目部與土方單位、總包單位、建設(shè)單位、監(jiān)理單位成立現(xiàn)場聯(lián)合工作小組，每天下午進(jìn)行當(dāng)日晚間出土的各部門協(xié)調(diào)會，明確當(dāng)日開挖范圍，車輛行走路線，晚間8點(diǎn)前完成各運(yùn)輸通道的降水管線梳理，每口管井設(shè)置反光標(biāo)識，并在通道兩側(cè)布置反光標(biāo)識帶，成立5個(gè)降水作業(yè)小組分區(qū)域進(jìn)行交通疏導(dǎo)和應(yīng)急處理。

6.2 周邊環(huán)境的保護(hù)措施

基坑降水期間對周邊環(huán)境的影響主要有地面開裂、不均勻沉降造成的周邊建筑物損壞、地下管線斷裂等，本工程周邊環(huán)境比較復(fù)雜，北側(cè)緊鄰湖東路第二小學(xué)和馬鞍山市檔案館，東、南兩側(cè)均為城市主干道，且有大量市政管線，為防止基坑降水對其造成影響，對周邊環(huán)境作出以下保護(hù)措施：

1）正式降水前對周邊道路及重要建筑物進(jìn)行沉降觀測點(diǎn)布設(shè)，降水全周期內(nèi)進(jìn)行沉降觀測。

2）于北側(cè)湖東路小學(xué)間設(shè)置混凝土基礎(chǔ)的隔音圍擋，并對圍擋進(jìn)行斜撐加固。

3）探明周邊市政管線，并在地面作出標(biāo)識。

4）在南側(cè)紅線內(nèi)一條軍用通訊光纜的溝槽設(shè)置沉降觀測點(diǎn)。

5）降水施工期間派專人沿基坑周邊每日巡查，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)匯報(bào)處理。

最終的監(jiān)測結(jié)果表明，在類似本工程的特殊地層中進(jìn)行深基坑降水施工對周邊環(huán)境的影響較小，周邊道路、建筑物及市政管線的沉降速率及累計(jì)值均在允許范圍內(nèi)。

7 結(jié)語

具有承壓性的基巖裂隙水對深基坑的基礎(chǔ)施工存在重要影響，其分布不均、巖石強(qiáng)度較高、貫通差異性較大等特點(diǎn)，給基坑降水施工帶來很大難度。馬鞍山金鷹商業(yè)綜合體項(xiàng)目基坑降水工程成功的解決了高強(qiáng)度巖層的管井施工，并在土方開挖過程中摸索出一條現(xiàn)場管理經(jīng)驗(yàn)，保證了基礎(chǔ)施工的安全、質(zhì)量和工期，取得了良好的效益。

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（作者單位：江蘇省江南建筑技術(shù)發(fā)展總公司）