復(fù)雜環(huán)境條件下的深基坑降排水技術(shù)應(yīng)用研究

霍光明

摘要：對(duì)于深基坑的開(kāi)挖及維護(hù)，降水起著至關(guān)重要的作用。結(jié)合某國(guó)道下穿鐵路頂進(jìn)箱涵的施工，對(duì)在復(fù)雜環(huán)境條件下的深基坑的降水進(jìn)行了研究。研究?jī)?nèi)容主要包括深基坑降水計(jì)算和降排水設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，其中降水計(jì)算又包括基坑涌水量計(jì)算、降水井點(diǎn)數(shù)計(jì)算兩項(xiàng)內(nèi)容，降排水設(shè)計(jì)則包括降水井、排水管的布置以及井管內(nèi)含砂量的控制等內(nèi)容。應(yīng)用結(jié)果證明了降水措施的有效性，研究成果對(duì)類似的深基坑降水工程，具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：橋梁施工;頂進(jìn)箱涵;深基坑;降排水

中圖分類號(hào)：TU46+3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

在頂進(jìn)箱涵進(jìn)行預(yù)制施工時(shí)，首先要進(jìn)行施工基坑的開(kāi)挖，而基坑開(kāi)挖首先要做的就是基坑降排水，從而為深基坑開(kāi)挖提供“無(wú)水”作業(yè)條件。而某些地區(qū)地下水位高或地面積水較多，開(kāi)挖施工過(guò)程中，會(huì)遇到地下水和地表水侵入問(wèn)題。在這種情況下，施工過(guò)程會(huì)變得異常困難，因此基坑施工前的主要技術(shù)問(wèn)題是降排水工作。楊瑩等致力于地鐵深基坑的降排水研究工作，剖析整個(gè)過(guò)程中的施工技術(shù)要點(diǎn)，并探討和描述了如何加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用，以滿足其預(yù)期效果。汪俊等考慮包括形狀和外殼的插入深度和泵送量等因素，利用數(shù)值模擬對(duì)排水效果的影響因素進(jìn)行計(jì)算。楊周宏等對(duì)河道附近深基坑降排水技術(shù)進(jìn)行了研究，從潛水泵排水的施工技術(shù)原理、施工工藝及注意事項(xiàng)等方面對(duì)此項(xiàng)施工技術(shù)進(jìn)行了分析闡述。山繼紅等針對(duì)新疆亞曼蘇水電站廠房基坑遇到的強(qiáng)透水性砂卵礫石層的降排水問(wèn)題進(jìn)行了研究，通過(guò)采用防滲墻+降水管井的形式進(jìn)行了截水和排水，系統(tǒng)選擇了管井水泵并全面布置了自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而在保證施工質(zhì)量和安全的情況下完成基坑降排水施工的目的。廖寶嘉等從某工程入手，就前期準(zhǔn)備、施工工藝、施工技術(shù)要求等方面，較為系統(tǒng)地介紹了輕型井點(diǎn)降水及深井井點(diǎn)降水的施工技術(shù)要點(diǎn)。張進(jìn)等提出了隧道開(kāi)挖工程施工方案和排水管理措施，這一計(jì)劃和管理措施的應(yīng)用也在實(shí)際工程中取得了良好的效果。本研究結(jié)合江蘇南通某國(guó)道下穿鐵路的立交橋工程施工中的基坑開(kāi)挖尺寸以及地下水的狀況，研究基坑降水規(guī)律，制定基坑降排水方案，實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境條件下的深基坑的降水。

1工程概況

1.1地貌及水文概況

工程所在位置屬平原地貌，地形相對(duì)平坦，地勢(shì)變化不大，工程主體范圍主要為農(nóng)房及藕池、魚(yú)塘等，其他部分為農(nóng)田。施工現(xiàn)場(chǎng)地下水類型分為孔隙潛水，上部填土層和砂性土層中的孔隙水是其主要來(lái)源，其補(bǔ)給來(lái)源主要是大氣降水和地表徑流為主，水量較多。地下水具有明顯的動(dòng)態(tài)變化特征，春夏季較多、秋冬季較少，設(shè)計(jì)勘察階段測(cè)得的地下水位深度是1.0-3.0 m。

1.2頂進(jìn)箱涵概況

頂進(jìn)箱涵的框架結(jié)構(gòu)形式采用分離式箱身下穿鐵路，下穿段道路長(zhǎng)度為38 m，兩側(cè)各設(shè)置3x15 m的u型槽引道與道路銜接?？蚣苁褂梅蛛x式箱身結(jié)構(gòu)形式，各項(xiàng)數(shù)據(jù)如1圖所示。箱涵工作坑設(shè)在鐵路一側(cè)，工作坑垂直于鐵路方向長(zhǎng)46.7 m，順鐵路方向長(zhǎng)52.3 m，開(kāi)挖深度距離地面6.73 m。工作坑及后背采取鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，鉆孔樁樁頂設(shè)C30鋼筋混凝土圈梁。工作坑內(nèi)采用管井進(jìn)行降水，地下水位降深為降到箱底下面連通管底面標(biāo)高以下0.5 m。

2基坑降水計(jì)算

單井計(jì)算非常簡(jiǎn)單，結(jié)果一般與實(shí)際效果一致。但對(duì)于群井而言，由于降水施工過(guò)程中，多口井同時(shí)進(jìn)行降水工作，這樣便極易形成相互干擾，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果和實(shí)際效果有很大差別。此時(shí)的計(jì)算結(jié)果就不能按照單井的計(jì)算結(jié)果乘以相應(yīng)的降水井?dāng)?shù)量，因此計(jì)算時(shí)要先將基坑等效化為一口大井，然后確定基坑總的涌水量，再確定設(shè)計(jì)單井，確定其出水量，最后依據(jù)總的涌水量和單井出水量確定所需井的數(shù)量。本次設(shè)計(jì)計(jì)算涉及的參數(shù)較多，因此作如下說(shuō)明。

（1）降水井的直徑，過(guò)濾管設(shè)計(jì)有效長(zhǎng)度以及水泵的選擇等依據(jù)市場(chǎng)一般規(guī)格提取相應(yīng)參數(shù);

（2）滲透系數(shù)是計(jì)算沉淀的一個(gè)重要參數(shù)，地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告中沒(méi)有明確給出，根據(jù)土壤的滲透性，以及在當(dāng)?shù)氐捻?xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)決定;

（3）地質(zhì)報(bào)告中并未給出含水層厚度，但其也是影響較大的一個(gè)參數(shù)，計(jì)算過(guò)程中，先采用完整井模，假定一個(gè)基礎(chǔ)含水層數(shù)值，按每0.5 m間隔遞增算出一組數(shù)據(jù)，而后采用非完整井模型，同樣按0.5 m間隔遞增算出另一組數(shù)據(jù)，利用兩種模型的相近數(shù)據(jù)并結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)綜合確定。

2.1基坑涌水量計(jì)算

依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JGJl20-2012）附錄E公式E.0.1計(jì)算總涌水量：

因?yàn)楸就恋刭|(zhì)情況復(fù)雜，滲透系數(shù)的取值存在一定偏差，按照以往經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)降水井間距不超過(guò)15 m時(shí)，降排水量能達(dá)到方案要求，但為了均勻降水，使降水對(duì)周邊環(huán)境的影響降至最低，故在整個(gè)基坑范圍內(nèi)均勻布設(shè)4個(gè)降水井，分別布置到基坑的四個(gè)角，降水井中心距離基坑邊的距離為2.5 m。

3基坑降排水設(shè)計(jì)

本工作基坑地處南通沿海地帶，地下水位較高，地質(zhì)主要為粉砂、粉質(zhì)黏土，滲透性系數(shù)中等，計(jì)算地下水位深度取2.5 m，則水位降深為5.62 m，故基坑開(kāi)挖時(shí)，極易產(chǎn)生側(cè)向變形導(dǎo)致開(kāi)挖面變形。根據(jù)以往類似情況的經(jīng)驗(yàn)，采取深井降水施工方法，由于深井降水效率好，可以創(chuàng)建適用于開(kāi)挖施工基坑結(jié)構(gòu)的有利條件。

基坑降水以管井降水為主，排水溝明排為輔。降水井直徑為Ф30 cm，井深20 m，采用多孔混凝土管，并輔以濾網(wǎng)，沿基坑邊線布置在基坑內(nèi)部，結(jié)合計(jì)算結(jié)果，在基坑內(nèi)布置4口降水井。水位降深在滿足施工要求的前提下，盡量選擇較小水位的降深，一般降到操作面下0.5 m即可（有特殊要求的除外），這樣可最大程度上避免降水對(duì)地層的影響，不至于造成地基承載力下降。本次降水深度應(yīng)低于滑板底部連通管0.5 m，才能保障不影響施工。在開(kāi)挖基坑的四周設(shè)排水明溝，每隔20 m左右設(shè)一集水井，使基坑內(nèi)滲水與施工廢水匯入其中，再用水泵抽入地表沉淀池沉淀后排放，保持溝底低于基坑底不小于0.3 m，集水井低于溝底0.5 m。且排水明溝的開(kāi)挖需要隨著基坑的挖深而不斷加深。此外，鐵路線路部分的基坑降水根據(jù)開(kāi)挖實(shí)際情況盡量減少抽水量，并需要嚴(yán)格監(jiān)測(cè)鐵路線路的沉降，應(yīng)及時(shí)對(duì)線路沉降處理，比如填高道砟軌道等，若監(jiān)測(cè)出現(xiàn)較大沉降應(yīng)立即停止降水，并及時(shí)澆筑系梁支墩將線路進(jìn)行加固支撐。

4降水井施工技術(shù)措施

降水井的施工，主要包括以下步驟。

4.1鉆機(jī)就位

井位需按照設(shè)計(jì)圖紙多次測(cè)量，反復(fù)校正，嚴(yán)格對(duì)中，鉆機(jī)基礎(chǔ)在確定位置后，需保證其平穩(wěn)性、牢固性。為保證施工的精準(zhǔn)性和安全性，孔位、磨盤(pán)、大鉤必須在同一垂線上。放置護(hù)孔管時(shí)要求垂直地面，打入地面20-50 cm，并在四周用粘土填實(shí)固定。

4.2鉆孔清孔

施工過(guò)程中控制好鉆進(jìn)深度，鉆進(jìn)中泥漿的比重保持在1.15-1.25。鉆進(jìn)中應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)的地質(zhì)條件選擇合適的鉆進(jìn)速度，達(dá)到鉆孔深度后，便可進(jìn)行清孔工序，清空后應(yīng)達(dá)到的效果包括泥漿比保持在1.10左右，并且孔底的沉渣厚度不超過(guò)0.1 m。

4.3下井管

下井管前按設(shè)計(jì)方案準(zhǔn)備好足夠的井管，并將其整齊排列，下管過(guò)程中，應(yīng)保證管口處至地面不能傾斜，更不能卡在井壁，并嚴(yán)格控制井底標(biāo)高，下好井管后，把井管居中固定。

4.4填充碎石

鉆桿上管放在至沉淀物50 cm處，然后將漿液開(kāi)始變化，當(dāng)降低到約1.08的漿料比例時(shí)，對(duì)礫石和泥漿進(jìn)行循環(huán)填充，沙礫填充達(dá)到期望的深度結(jié)束。

4.5止水封孔

為避免降水井上部泥漿滲入礫料內(nèi)，影響成井質(zhì)量，砂礫填埋結(jié)束至少20 min后，在其上部使用粘土封孔。

4.6洗井

活塞和空壓機(jī)一起工作，以保證洗滌的質(zhì)量良好，洗井過(guò)程中應(yīng)安排兩套臺(tái)班或以上，直至符合設(shè)計(jì)要求。

4.7下泵試抽

在完成洗井工作后，等水位恢復(fù)便可下泵試抽，水泵的放置深度應(yīng)位于濾水管的下半段。

4.8電纜電路安排

每個(gè)排水井所需的電纜及連接各井之間的電纜一同配齊，電路安裝應(yīng)聘用專業(yè)電工，注意電路的防水防潮，并在電閘處設(shè)立警示牌。

4.9抽水試驗(yàn)

在做好一切準(zhǔn)備工作后，先用1-2 d的時(shí)間進(jìn)行試抽，觀測(cè)其抽水動(dòng)態(tài)，是否穩(wěn)定，含砂量是否滿足要求，當(dāng)水位恢復(fù)時(shí)便進(jìn)行正式抽水工作。抽水試驗(yàn)時(shí)采用邊抽水邊觀測(cè)的方式，以繪出降深與時(shí)間的關(guān)系曲線圖為止。結(jié)合試驗(yàn)得到的參數(shù)，優(yōu)化降水方案，選擇適當(dāng)?shù)呐潘O(shè)備，安排相應(yīng)人員負(fù)責(zé)，保證整個(gè)降排水工程的順利進(jìn)行。

4.10抽水要求

抽水過(guò)程中，全天候派人現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)守，做好記錄，以掌握抽水實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，指導(dǎo)降水順利進(jìn)行，效果達(dá)到最優(yōu)。

5結(jié)束語(yǔ)

降水對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中的施工安全起到了至關(guān)重要的作用，特別是在江蘇南通地區(qū)水位高、滲透強(qiáng)、地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，基坑開(kāi)挖的順利實(shí)施的關(guān)鍵在于良好的降水效果。本工程經(jīng)過(guò)降水處理后，在基坑開(kāi)挖、箱涵預(yù)制及箱涵頂進(jìn)的整個(gè)過(guò)程中，周邊地表沉降、基坑坑壁的位移等均未超出規(guī)范的規(guī)定值，因此，該降水方案合理有效，較好地解決了深基坑的降排水問(wèn)題。