砂土地區(qū)基坑降水關(guān)鍵技術(shù)研究

張斌

一、綜合降水概念

所謂的基坑綜合降水是指將多種水位控制方法進(jìn)行有機(jī)綜合利用，來實(shí)現(xiàn)地下水位控制的目的。而水位控制的方法主要有降水、隔水和回灌三大類。根據(jù)降水的目的不同又分為疏干降水和減壓降水，建筑基坑降水施工常以疏干降水為主，但超深基坑、地下水豐富地區(qū)一般為減壓降水。井點(diǎn)降水類型主要分為輕型井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)、真空管井井點(diǎn)。一般情況下，涉及深基坑工程的支護(hù)設(shè)計(jì)階段已包含了降水設(shè)計(jì)內(nèi)容，但因地質(zhì)情況復(fù)雜，勘察資料具有局限性，且受外界的影響在不斷變化，尤其雨季對(duì)地下水位的影響最為突出。因此在施工中應(yīng)針對(duì)特殊地區(qū)、特殊項(xiàng)目地下水無法按照設(shè)計(jì)文件降至作業(yè)面以下時(shí)可適地當(dāng)調(diào)整降水方法及措施。

二、水位控制方法的選用

地下水位的控制目的是為了保證施工安全和保證能夠滿足施工的作業(yè)面。通常需要針對(duì)不同項(xiàng)目的地質(zhì)條件進(jìn)行合理地選擇，可采用單項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行水位控制，也可根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)組合而使用。

1.輕型井點(diǎn)降水

輕型井點(diǎn)降水一般按照設(shè)計(jì)要求，在基坑周邊埋設(shè)井點(diǎn)管，井點(diǎn)管距離基坑周邊1m 左右（具體尺寸見設(shè)計(jì)），按設(shè)計(jì)坡度鋪設(shè)集水總管，最后將各井點(diǎn)與總管相連接，并在總管適當(dāng)部位安裝抽水裝置來實(shí)現(xiàn)降水。輕型井點(diǎn)適用于滲透系數(shù)為10-2 ～10-5cm/s 土質(zhì)情況中，布設(shè)時(shí)井點(diǎn)管排距不宜大于20m，濾管頂端宜于坑底以下1 ～2m，可能降低的水位深度為3 ～6m，但與其他降水方式相結(jié)合時(shí)能大幅度提升降水效率，如當(dāng)深基坑含有滯水層時(shí)，管井降水無法排除基坑內(nèi)部滯水層以上的水位時(shí)，坑內(nèi)布設(shè)輕型井點(diǎn)能較快地解決局部滯水層以上地水位，也可采用明排+輕型井點(diǎn)、止水帷幕+輕型井點(diǎn)等。

2.噴射井點(diǎn)降水

噴射井點(diǎn)是利用循環(huán)高壓水流產(chǎn)生的負(fù)壓把地下水吸出。其主要適用于滲透系數(shù)較小的含水層和降水深度較大的降水工程。噴射井點(diǎn)的布置與輕型井點(diǎn)的布置基本相同，當(dāng)基坑較大時(shí)宜采用環(huán)形布置。其滲透系數(shù)在10-3 ～10-6cm/s 之間，降水深度為8 ～20m，井點(diǎn)間距不宜大于40m，井點(diǎn)深度與井點(diǎn)排距有關(guān)，應(yīng)比基坑設(shè)計(jì)開挖深度大于3 ～5m。也可與管井、止水帷幕等相結(jié)合來促進(jìn)降水效果。

3.管井降水

管井降水分為疏干降水和減壓降水。兩者構(gòu)造相同，但減壓降水的濾管位于承壓含水層。適用于滲透系數(shù)≥10-5cm/s，可能降低水位深度＞10m，管井軸心間距不宜大于25m，井徑不宜小于600mm?？拥滓韵聻V管長度不宜小于5m，井底沉淀管長度不宜小于1m。為防止后期封井不當(dāng)造成基礎(chǔ)滲漏水，一般設(shè)計(jì)階段會(huì)將井位設(shè)計(jì)在基坑外側(cè)，因此若降水過程遇到滯水層，且滯水層滿布于基坑內(nèi)時(shí)，由于其設(shè)置數(shù)量偏少，無法有效地降低其周邊滯水層以上的存水，這就需要配合輕型井點(diǎn)、明排等方式來降低基坑內(nèi)的殘余水。同時(shí)若基坑外部也含有滯水層時(shí)需要在支護(hù)結(jié)構(gòu)處做止水帷幕或泄水孔來防止周邊地下水流入基坑內(nèi)部。

4.隔水

在基坑中，隔水通常采用止水帷幕來實(shí)現(xiàn)。止水帷幕分為水平止水帷幕和豎向帷幕。豎向止水帷幕設(shè)置在坑外緣，有時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可設(shè)置在支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)（如論文的工程實(shí)例），用以阻止坑外透水層在坑內(nèi)外水位差的作用下向坑內(nèi)的滲流，并防止由此產(chǎn)生流砂等的滲流破壞；水平止水帷幕設(shè)置在基坑底面以下，其作用有兩種，一是基坑底部有極易透水的透水層（如細(xì)砂層），水平止水帷幕是為了阻止坑外地下水繞過墻肢向坑內(nèi)滲流；另一種是因承壓水層的存在，防止水壓力不平衡使基坑基礎(chǔ)底面以下的土層被沖潰而發(fā)生突涌破壞。在透水層中設(shè)置止水帷幕之后，一方面使坑內(nèi)地下水便于疏干，而且在疏干坑內(nèi)地下水位時(shí)，由于止水帷幕的阻隔，使基坑外圍的地下水位不受影響，從而減少因地下水位的降低而引起周圍的地面沉降。在周邊建筑底部不允許出現(xiàn)大量的降水時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用隔水措施進(jìn)行水位控制。帷幕形成的方法通常有高壓噴射注漿法、深層攪拌法、壓力灌漿法、射水成墻法、小徑鉆孔灌注樁等。

5.回灌

當(dāng)基坑外地下水位降幅較大、基坑周圍存在需要保護(hù)的建（構(gòu)）筑物或地下管線時(shí)，宜采用回灌措施，回灌措施包括回灌井、回灌砂井、回灌砂溝和水位觀測(cè)井等?；毓嗌熬?、回灌砂溝一般用于淺層潛水回灌，回灌井用于承壓水回灌?；毓嗨仨毷菨崈舻淖詠硭蚶猛缓畬又械牡叵滤?，并應(yīng)經(jīng)常檢查回灌設(shè)施，防止出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

三、工程實(shí)例

1.工程概況

本工程位于寧夏回族自治區(qū)銀川市北京路與正源街十字。建筑面積7.1 萬m2，分為裙樓部分和超高層部分。地下室共三層，群樓部分基底埋深13.6m，超高層部位基底埋深16.5m。地下常年水位位于-8.5m處，按設(shè)計(jì)要求需將地下水位降至筏板底部0.5m ～1m處，降水高度為8.5m ～9m。地質(zhì)情況：

（1）雜填土，0m ～-1.8m，雜色，結(jié)構(gòu)松散，成分雜亂，以建筑垃圾及黏性素土為主；（2）素填土，-1.8m ～-3m，黃褐色，以粉質(zhì)黏土為主要組成物，局部為粉土，密狀、可塑狀態(tài)；（3）粉質(zhì)黏土，-1.8m ～-3m，黃褐色，以硬塑狀為主，局部為可塑狀，強(qiáng)度中等偏高；（4）粉土，-3m ～-5m，黃褐色，稍密或中密，搖展反應(yīng)中等，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度、低韌性；（5）粉細(xì)砂，-5m ～-15m，細(xì)砂為主，黃褐色或青灰色，主要成分為長石、石英、云母；（6）粉土黃褐色，-15m ～-17m，密實(shí)飽和狀搖展反應(yīng)中等，低干強(qiáng)度，低韌性；（7）粉細(xì)砂，-17m 以下，細(xì)砂為主，黃褐色，主要成分為長石、石英、云母，勘察未穿透此層。

2.降水方案設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，設(shè)計(jì)院確定選用管井降水的施工方法進(jìn)行本工程的基坑降水施工。設(shè)計(jì)管井材料為無砂管，距離基坑外邊線1.8m。成孔井徑600mm，無砂管徑400mm，降水井深32m，降水井間距15m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況每口井內(nèi)設(shè)置1 ～2 臺(tái)潛水泵，泵功率3kW，流量20m3/h。

土方開挖至-11.5m 時(shí)，經(jīng)測(cè)量降水井內(nèi)水位位于-17m，但基坑內(nèi)部仍存有大量的地下水，導(dǎo)致基坑無法開挖。經(jīng)查閱地勘報(bào)告，并多次組織專家、各單位技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看并論證，確定因降水井間距過大降水半徑無法輻射至基坑內(nèi)部。從而達(dá)成一致意見在基坑內(nèi)部增設(shè)2 口管井，進(jìn)行輔助降水，但效果甚微，為此耽擱工期約18 天。

最終施工單位技術(shù)總工做出了一個(gè)大膽的決策，采用帶水開挖的辦法進(jìn)行施工。但剛開挖一斗子后發(fā)現(xiàn)土質(zhì)顏色與周邊土質(zhì)大有差異，立即叫停挖機(jī)后，周邊水流立即涌入開挖的坑內(nèi)，并全部滲入地下。在進(jìn)行土質(zhì)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)基坑內(nèi)部存在一層黃膠泥（有滯水作用）。后期聯(lián)合勘察、設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場(chǎng)查看，決定裙樓范圍內(nèi)加設(shè)輕型井點(diǎn)降水，超高承區(qū)域周邊加設(shè)輕型井點(diǎn)、明排等措施進(jìn)行降水。但當(dāng)整層的滯水層開挖完成后，基坑以外滯水層面層的水量不斷流入基坑內(nèi)部，且流量較大并不斷沖刷滯水層以上的粉細(xì)砂，為防止流砂大量流出導(dǎo)致周邊建筑物的沉降或開裂等，項(xiàng)目又再次聯(lián)系設(shè)計(jì)、勘察、建設(shè)、監(jiān)理等單位現(xiàn)場(chǎng)查看，最終基坑四周支護(hù)樁邊增加寬400mm，高3500mm素混凝土擋墻（連續(xù)墻）形成止水帷幕來阻止坑外地下水流入基坑內(nèi)。

最終確定止水帷幕+降水為管井+輕型井點(diǎn)+明排四種降水方式綜合使用來降低水位。

3.施工工藝

輕型井點(diǎn)施工采用3BLQ 導(dǎo)桿式水沖槍成孔，成孔井點(diǎn)管劇中設(shè)置，粒料采用粗砂。總管直徑51mm，井點(diǎn)支管為38mm，并每5 根進(jìn)行串聯(lián)，降水設(shè)備為JSJ-20 型真空泵機(jī)組，最大抽水量20m3/h。最終將總管接到基坑內(nèi)部的集水井內(nèi)，然后采用潛水泵抽至基坑外部的沉淀池內(nèi)。

施工工藝：定位放線→挖井點(diǎn)溝槽，敷集水總管→沖孔（鉆孔）→安裝井點(diǎn)→灌填濾料、黏土封口→用彎連管連通總管與井點(diǎn)管→安裝抽水設(shè)備并與總管連接→安裝排水管→真空泵排氣→離心泵試抽水→觀測(cè)井中水位情況并記錄。

管井成井采用反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行成孔。井管采用濾水性能優(yōu)良的無砂混凝土管，其原理采用無砂井管間的縫隙使地下水匯集至降水井部位，最后利用潛水泵抽出。泵選用QD20-30-3 多級(jí)潛水電泵，功率3kW，揚(yáng)塵30m，流量20m3/h。同時(shí)在基坑四周設(shè)置Φ273降水環(huán)管，最終將水匯集至沉淀池內(nèi)，再由沉淀池排向市政污水管道。

無砂管井施工工藝：施工準(zhǔn)備→鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)→定位安裝→開孔→下護(hù)筒→鉆進(jìn)→終孔后沖孔換漿→下井管→稀釋泥漿→填濾料→止水封孔→洗井→下泵試抽→合理安排排水管路及電線電路→試抽水→正式抽水→水位與流量記錄。

部分裙樓、超高層采用明排水，并在支護(hù)結(jié)構(gòu)與地下室外墻之間及電梯井部位設(shè)置集水坑。

支護(hù)樁部位沿基底澆筑寬400mm， 高3500mm,C30 素混凝土連續(xù)墻，混凝土施工工藝不再贅述。

4.降水試用行

開始降水之前，測(cè)量各井內(nèi)部水位標(biāo)高并記錄，檢查檢測(cè)各抽水設(shè)備、電線電纜及排水管道試運(yùn)行，以保證抽水系統(tǒng)完好。

5.正式運(yùn)行

根據(jù)基坑開挖的安排決定運(yùn)行的先后井位，確?；娱_挖前該部位已提前10 天開始降水，同時(shí)密切注意監(jiān)測(cè)水位的變化情況。

降水過程中對(duì)損壞的泵、管及時(shí)進(jìn)行更換，若水位降低超過基底1m 或降低程度較慢應(yīng)及時(shí)停泵或加泵。降水過程中選用雙路供電，防止出現(xiàn)斷電導(dǎo)致水位急速上升而淹泡基槽。

6.效果分析

采用綜合降水（止水帷幕+管井+輕型井點(diǎn)+明排）解決了因地勘資料不準(zhǔn)確或地質(zhì)條件變化較大對(duì)降水的影響，實(shí)現(xiàn)了快速降水的效果，節(jié)約了工期，又保證了施工質(zhì)量，同時(shí)又消除了因地下水量較多而產(chǎn)生的安全隱患。因此在后續(xù)施工中要合理選用降水方法和措施，不斷改進(jìn)以加快施工進(jìn)度，及早消除安全隱患。

四、結(jié)語

根據(jù)目前的建筑發(fā)展?fàn)顩r來看，我國將會(huì)出現(xiàn)越來越多的超高超深項(xiàng)目。為了適應(yīng)時(shí)代的步伐，各類建筑企業(yè)都必須高度重視深基坑的降水管理，同時(shí)還要掌握各類降水方法，并能在設(shè)計(jì)、施工階段加以應(yīng)用，從而保證施工能夠順利進(jìn)行。各類不同的責(zé)任主體也必須齊心協(xié)力，不斷探索，共同促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)效和社會(huì)發(fā)展。