富水殘積土地層深基坑管井井點(diǎn)降水技術(shù)

曾愛軍 魏井申

摘 要：基坑降排水作為地鐵車站施工的一個必不可少的措施之一，其效果一直制約著地鐵深基坑開挖施工，并對基坑開挖的安全性及工程施工質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。本文通過結(jié)合廣州地鐵十四號線支線工程知識城南站基坑降水的施工經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，尋找切實(shí)可行的基坑降排水控制辦法，分析管井井點(diǎn)降水施工要點(diǎn)、基坑降水的過程控制方法及其它輔助降排水措施，并對以后的基坑降排水施工提出改進(jìn)的建議，為類似工程的施工提供技術(shù)借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵;深基坑;降水;管井

1 工程概況

廣州市軌道交通十四號線支線知識城南站為地下兩層島式站臺車站，全長220米，標(biāo)準(zhǔn)段寬度19.7m，擴(kuò)大段寬度25m，基坑面積約4500㎡，基坑開挖深度約16.98m～18.93m。知識城南站地下水常水位處于地表以下1.8～6.6米，平均為3.36米?；咏邓捎每觾?nèi)降水形式，并采用管井井點(diǎn)降水的方法進(jìn)行基坑降水。

1.1 地質(zhì)情況

知識城南站基坑深度范圍內(nèi)從上向下依次為：素填土〈1〉、淤泥質(zhì)土層〈4-2B〉、粉細(xì)砂〈3-1〉、中粗砂〈3-2〉、粉質(zhì)粘土〈4N-2〉、砂質(zhì)粘性土、礫質(zhì)粘性土〈5H-1〉、〈5H-2〉及花崗巖全風(fēng)化層〈6H〉，本站基坑底部大部分位于〈5H-2〉中，局部少量位于花崗巖全風(fēng)化層〈6H〉，風(fēng)化巖和殘積土主要為砂質(zhì)粘性土、礫質(zhì)粘性土層（5H-1）、（5H-2）和全風(fēng)化巖層（6H），位于基坑下半部分及基底位置，具有遇水易軟化、崩解的特性，施工時若被水淹泡，其承載力降低較明顯。

1.2 水文條件

知識城南站主要含水層為粉細(xì)砂（3-1）、粗砂層（3-2）、礫砂層（3-3），透水性中等～強(qiáng);殘積黏性土（5H-1）、（5H-2）、基巖全風(fēng)化層（6H）滲透性較弱，為弱透水層;河湖相淤泥（4-2A）、淤泥質(zhì)土（4-2B）幾乎不透水，為相對隔水層。

2 基坑降水設(shè)計(jì)

2.1 降水井設(shè)計(jì)

知識城南站基坑面積約4500㎡，基坑開挖深度約16.98m～18.93m，采用縱向分層放坡開挖;基坑開挖采用3臺PC200、1臺PC120反鏟挖機(jī)作業(yè)，機(jī)械的性能特點(diǎn)決定了施工時應(yīng)保證地下水位處于開挖面以下0.5米以上方能保證正常的開挖施工。

現(xiàn)場采用坑內(nèi)管井井點(diǎn)降水方法，沿車站長度方向分兩排交錯布置，同時考慮到降水井運(yùn)行維護(hù)及土方開挖施工，井位基本靠第一道砼支撐設(shè)置，降水井間距離15m左右，距離地連墻墻邊5m，共布置32口降水井。

2.2 降水井方案優(yōu)化

（1）降水井直徑選用1000mm，井管選用φ600鋼花管。相比φ325鋼花管，大大提高了井管的匯水面積及井壁的進(jìn)水流速，使得過濾層的滲水通道更易形成，降低了濾網(wǎng)堵塞結(jié)垢的發(fā)生率。另外，由于孔徑的增加，圍填濾料厚度增加且厚度的均勻性更容易得到保證，過濾效果提升也會降低濾網(wǎng)堵塞及井管沉淀物產(chǎn)生量。

（2）采用20目尼龍網(wǎng)，將外包層數(shù)由3層減為2層。通過查閱相關(guān)資料后得知：相比40目尼龍網(wǎng)，濾網(wǎng)單目凈徑由0.48mm增大到0.75mm，單層濾網(wǎng)孔隙率有58.3%增大到62.5%，大大提高了濾網(wǎng)的過水能力。針對井管濾網(wǎng)可能存在嚴(yán)重破損現(xiàn)象，采用鋼絲網(wǎng)對井管進(jìn)行外包處理，對尼龍網(wǎng)進(jìn)行了有效保護(hù)。

（3）將降水井深度增加至基底以下6m。地連墻基底嵌固深度為8m，適當(dāng)增加降水井深度可降低降水井由于各種客觀存在的原因?qū)е戮壮猎锾裨斐傻挠行Ы邓疃炔蛔愕娘L(fēng)險，避免基坑底部降水效果差而導(dǎo)致整個深基坑降水失敗。

（4）采用5～10mm瓜米石作為圍填礫料。瓜米石由于磨圓度要好、棱角狀石子少，填充更密實(shí)，隔濾作用更明顯，同時其對濾網(wǎng)的破壞作用較碎石要小。

3 降水井施工

3.1 施工工藝流程

測量放樣→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆孔→終孔→下放井管→圍填礫料→填泥封孔→洗井→試抽→正式抽水

3.2 施工及要求

3.2.1 測放井位

根據(jù)降水井井位平面布置圖測放井位，當(dāng)布設(shè)的井點(diǎn)受地面障礙物或施工條件影響時，現(xiàn)場可作適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙等資料計(jì)算孔底標(biāo)高，然后根據(jù)護(hù)筒頂標(biāo)高計(jì)算鉆孔深度。

3.2.2 埋設(shè)護(hù)筒

護(hù)筒底口要插入原狀土中，護(hù)筒外用粘性土封嚴(yán)，防止施工時護(hù)筒外返漿，護(hù)筒上部高出地面0.30m。

3.2.3 鉆機(jī)就位

通過分析降水井成孔工藝對降水井降水效果的影響，現(xiàn)場采用旋挖鉆機(jī)成孔，并做到鉆機(jī)穩(wěn)固水平，鉆桿保證垂直。旋挖鉆具有成孔時間短、所需護(hù)壁泥漿比重較小、泥漿置換所需時間短等特點(diǎn)，不僅大大提高了成井效率，也使得后續(xù)工序銜接更緊密，泥漿置換更容易， 清孔效果更好，避免由于成孔時間長導(dǎo)致的護(hù)壁泥漿部分泥皮硬化，使過濾管周圍難以形成滲透性良好的圓環(huán)狀匯水面。同時，旋挖鉆成孔孔壁垂直度易保證，確保過慮管周圍的濾料厚度和均勻性。

3.2.4 鉆進(jìn)成孔

降水井開孔孔徑為φ1000mm，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，成孔施工采用孔內(nèi)自然造漿，鉆進(jìn)過程中泥漿比重控制在1.10～1.15，以防止孔壁坍塌。

3.2.5 清孔換漿

鉆孔鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，采用泵吸反循環(huán)法進(jìn)行泥漿置換，在井管內(nèi)下放泥漿泵至孔底0.30m～0.50m，井管上口要加悶頭密封，從井底泵送泥漿進(jìn)行邊沖孔邊逐步調(diào)漿，使孔內(nèi)的泥漿從濾水管向外由井管與孔壁的環(huán)狀間隙內(nèi)返漿，使孔內(nèi)的泥漿密度逐步下調(diào)到1.05～1.1。同時，換漿過程中應(yīng)避免泥漿比重過小造成坍孔。

3.2.6下放井管

下管前必須探井，目的是檢查孔深及井孔是否直圓。采用自制探井器，探井器直徑應(yīng)大于井管直徑且小于孔徑20mm～30mm，探井過程中如發(fā)現(xiàn)井身質(zhì)量不符合要求，應(yīng)及時進(jìn)行修整，待井身質(zhì)量合格后方可進(jìn)行下管作業(yè)。井管應(yīng)平穩(wěn)入孔，每節(jié)井管的兩端口要找平。為了保證井管不靠在井壁上和保證填料厚度，在濾水管上下部各加一組扶中器，保證環(huán)狀填料間隙厚度大于150mm，外包兩層20 目濾網(wǎng)及。采用鋼絲網(wǎng)對井管進(jìn)行外包處理，對尼龍網(wǎng)進(jìn)行有效保護(hù)。下管要準(zhǔn)確到位。自然落下，不可強(qiáng)力壓下，以免損壞過濾結(jié)構(gòu)。井管到位后進(jìn)行泥漿稀釋，在稀釋泥漿時井管管口應(yīng)密封，使泥漿從過濾器經(jīng)井管與孔壁的環(huán)狀間返回地面，稀釋泥漿應(yīng)逐步緩慢進(jìn)行。

3.2.7 填礫料（瓜米石）

填料采用3～7mm瓜米石。按前述降水井的構(gòu)造設(shè)計(jì)要求填入礫料，并隨填隨測圍填礫料的高度，直至礫料下入預(yù)定位置為止。濾料需要從井口四周均勻回填，防止將井管擠偏。

3.2.8 井口封閉

為防止泥漿及地表污水從管外流入井內(nèi)，在地表以下圍填2.0m厚的優(yōu)質(zhì)粘性土封孔。

3.2.9 洗井

洗井是決定降水井成效的關(guān)鍵工序，洗井不及時，不僅耽誤了最佳洗井時機(jī)，導(dǎo)致后續(xù)洗井效果不明顯，必然會造成降水井出水量不滿足降水要求?，F(xiàn)場施工采用泵吸反循環(huán)進(jìn)行洗井，大大減少了操作工人的工作量，并能持續(xù)作業(yè)，同時由于介質(zhì)循環(huán)速度更快，洗井效率也更高。洗井以吹出管底沉淤，直至水清不含砂為止。

3.2.10 抽水試驗(yàn)

洗井結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行試抽水，主要目的是檢驗(yàn)管井出水量的大小，抽水時間為6～8h，現(xiàn)場做好降水井出水量及動水位記錄，觀察、分析降水井出水量、動水位是否僅在一定范圍內(nèi)波動，出水量及動水位有沒有持續(xù)上升或下降的趨勢，如果出水量持續(xù)下降，應(yīng)確定是否為降水井洗井效果不佳，否則應(yīng)采用空壓機(jī)洗井方法進(jìn)行處理。

3.2.11 正式降水

結(jié)合“分步、按需、受控”的降水原則，根據(jù)基坑開挖情況分步、分批啟用降水井，按需降水，每一施工段的每一層土方開挖前提前2周左右時間進(jìn)行該區(qū)域范圍及周邊的基坑降水，每次降水深度至下一層開挖標(biāo)高以下50cm～1m，減少基坑各降水井的降水時間，降低基坑降水對周邊環(huán)境的影響。

4 效果檢查

4.1 降水效果

通過以基坑內(nèi)觀測井的水位變化情況作為依據(jù)，結(jié)合基坑開挖實(shí)際降水情況，得出知識城南站基坑內(nèi)第一施工段水位下降值-時間變化曲線，可知，知識城南站基坑水位最終降深在18.5米左右，基坑水位控制良好，降水深度滿足基坑開挖要求，基坑降水是成功的。

4.2 周邊環(huán)境影響

通過對監(jiān)測日報(bào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，知識城南站的深基坑監(jiān)測在基坑周邊監(jiān)測、地表沉降、地下水位、管線沉降等各項(xiàng)數(shù)據(jù)均未超出報(bào)警值，證明此次深基坑降水對周邊環(huán)境影響是可控的，能夠滿足相關(guān)要求。同時也再次證明，現(xiàn)場堅(jiān)持采用分段按需降水的方法進(jìn)行基坑降水是可行的。

5 結(jié)語

基坑降水控制的工作不能僅僅局限于對降水井施工質(zhì)量的控制，應(yīng)該從多方面著手，重視并堅(jiān)持過程控制，同時應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，靈活采用其它輔助降排水措施?；咏蹬潘^程也應(yīng)該是一個科學(xué)、有依據(jù)的實(shí)施過程，需要通過現(xiàn)場試驗(yàn)及結(jié)合工程進(jìn)度情況、基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)情況綜合分析，做到降水及時、有度，保證基坑施工安全及工程質(zhì)量。本文依托廣州地鐵十四號線支線工程知識城南站基坑降水施工，總結(jié)分析了適用于本區(qū)域的降水施工控制方法，目的是為類似工程的施工提供技術(shù)借鑒。

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（1廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510220;2中鐵十二局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710016）