深基坑高水位內(nèi)降水井的超前止水封堵施工技術

魏萬龍 孟召虎 余自強 魯劍蓉 吳明磊 黎建寧 楊 榮

中建三局集團有限公司 陜西 西安 710065

近年來，城市建設不斷發(fā)展，地下結構深度也不斷向下延伸。建筑基坑越深，遇到的地下水將會越多。為保證明挖基坑安全，必須設置足夠的降水井來降低地下水位。對于面積較大或者受條件限制無法設置外部管井的基坑，僅僅靠基坑周邊的管井降水是遠遠不夠的，還需在基坑內(nèi)設置降水井，即內(nèi)降水井。內(nèi)降水井在結構完成后的封堵是施工過程中的一大難題[1-7]。通過參考國內(nèi)相關深基坑內(nèi)降水井封堵的文獻可以發(fā)現(xiàn)，深基坑內(nèi)降水井主要有“邊抽邊堵”的二次封堵法、止水環(huán)封堵法、法蘭盤封堵法以及導水管封堵法等。目前，超前止水封堵法尚無相關應用。此方法打破常規(guī)的施工思路，結合熱水瓶“瓶塞”原理和超前止水后澆帶設計原理，在封堵內(nèi)降水井的應用中取得了良好的封堵效果。

1 工程概況

蘭州軌道交通1號線一期工程沿線站點附屬人防工程迎門灘站項目位于蘭州市安寧區(qū)，為蘭州市軌道交通1號線一期工程迎門灘站項目的附屬開發(fā)項目。建設用地包括富強路、銀安路和萬新南路的全幅路面及3條道路交叉的三角地帶，項目規(guī)劃為地下2層結構。本工程平時設計用途為商業(yè)、餐飲和停車場，戰(zhàn)時設計用途為人員掩蔽部。基坑開挖面積達250 000 m2，基坑開挖深度達18 m。開挖基坑距黃河約350 m，地下水位埋深10～12 m。基坑采用明挖法施工，基坑降水采用管井降水。由于開發(fā)面積較大，地下水豐富，局部位置受原有建（構）筑物的制約影響，故除基坑外降水井外，在基坑內(nèi)設計了24口內(nèi)降水井。內(nèi)降水井在筏板段設計采用鋼管，結構施工完成后進行封堵時，在停止降水后，內(nèi)降水井涌水量很大，地下水短時間內(nèi)即淹沒底板，導致封堵鋼板難以焊接。為解決此難題，項目展開了研究與分析，提出超前止水技術，解決了項目內(nèi)降水井封堵的難題，操作簡單，封堵效果良好。

2 原止水方案

根據(jù)原方案，項目基坑支護由于面積較大，通過涌水量計算，在基坑內(nèi)設置內(nèi)降水管井，內(nèi)降水管井在底板段采用DN400 mm的鋼管，此段鋼管長4 m，筏板厚800 mm，鋼管露出筏板面1 m。結構施工完畢后，內(nèi)降水井封閉施工時，在井管內(nèi)填充防水混凝土，然后用封堵鋼板與預留止水鋼板進行焊接，澆筑上部混凝土進行封閉，完成內(nèi)降水井的封堵（圖1）。但由于填充的混凝土在地下水壓力的作用下，凝固緩慢，無法達到止水效果，焊接鋼板處于水中作業(yè)，封堵施工困難，無法保證焊接質(zhì)量。

3 超前止水封堵工藝原理

結合應用熱水瓶“瓶塞”原理和超前止水后澆帶設計原理，根據(jù)內(nèi)降水管井鋼管內(nèi)徑尺寸，定做圓木“瓶塞”（一端略小于管井內(nèi)徑10～15 mm，另一端同管井內(nèi)徑），施工時拔出水泵，將圓木“瓶塞”人工錘擊進入降水管井，然后采用馬釘加楔，使圓木“瓶塞”體積增大。同時，利用圓木“瓶塞”自身吸水膨脹的特點，使其與管井內(nèi)壁緊密貼合，達到超前止水效果，然后進行降水井封堵鋼板與預留止水鋼板的焊接封堵以及上部混凝土澆筑施工（圖2），從而解決原方案中的降水封堵施工難題，提高內(nèi)降水井封堵的質(zhì)量。

圖1 原設計內(nèi)降水井封堵大樣

圖2 超前止水封堵工藝原理

4 施工流程

4.1 降水井內(nèi)徑測量復核

現(xiàn)場對降水井進行編號，實測復核每口內(nèi)降水井封堵段的管井內(nèi)徑尺寸，并統(tǒng)計形成記錄表。

4.2 采購定做圓木“瓶塞”和馬釘

根據(jù)現(xiàn)場測量的降水井內(nèi)徑尺寸，定做加工圓木“瓶塞”。圓木“瓶塞”一端直徑比管井內(nèi)徑小10～15 mm，另一端直徑同管井內(nèi)徑，長度宜為300～500 mm（可根據(jù)實際情況確定），選擇易吸水膨脹的木材。圓木“瓶塞”表面應加工光滑，確保與降水管井內(nèi)壁更好地緊密貼合。馬釘?shù)拈L度一般取圓木“瓶塞”長度的1/3，直徑一般不小于20 mm（圖3）。

圖3 超前止水圓木“瓶塞”及馬釘

4.3 拔出水泵，停止抽水

現(xiàn)場提前準備好施工所用的材料和施工工具，如圓木“瓶塞”、馬釘、大錘等。關閉需封堵的降水井水泵電源，立即拔出降水井中的水泵，停止抽水。在拔出水泵的過程中，速度要快，以減少地下水上涌量。

4.4 安裝圓木“瓶塞”，加楔馬釘

降水井中的水泵拔出后，立即安裝圓木“瓶塞”。安裝時，圓木“瓶塞”直徑小的一端向下，不斷用大錘將圓木向下錘擊。為防止封堵鋼板被地下水腐蝕，圓木“瓶塞”錘擊至封堵鋼板下部300 mm左右時，方可停止錘擊。

圓木“瓶塞”錘擊至指定位置時，在圓木“瓶塞”頂部打入4～6根馬釘楔緊（具體數(shù)量視止水情況而定），將圓木“瓶塞”直徑脹大，使圓木與降水管井周邊緊密貼合（圖4、圖5），封閉圓木“瓶塞”與降水井管的縫隙，隔離地下水上滲，實現(xiàn)超前止水的效果。

圖4 安裝圓木“瓶塞”，加楔馬釘

圖5 現(xiàn)場安裝圓木“瓶塞”，加楔馬釘

4.5 填充隔離混凝土

圓木“瓶塞”安裝完成后，在其頂部與封堵鋼板300 mm的范圍內(nèi)，采用微膨脹防水防腐混凝土進行填充隔離（圖6），主要作用是防止地下水對封堵鋼板造成腐蝕破壞，以免影響降水井的封堵質(zhì)量。隔離混凝土施工時，要振搗密實，控制好頂部標高，不得影響上部封堵鋼板的焊接。

4.6 焊接降水井封堵鋼板

待隔離層混凝土初凝后，沖洗清理干凈預留止水鋼板上的銹渣及混凝土渣等垃圾，晾干或者烘干后，將降水井封堵鋼板與預留的止水鋼板采用角焊縫進行封閉焊接（圖7）。焊接完成后，敲掉表面焊渣，檢查焊縫的嚴密性，對有缺陷的部位進行補焊，確保封堵鋼板與預留止水鋼板焊接的質(zhì)量。

圖6 填充隔離混凝土施工示意

圖7 降水井封堵鋼板焊接施工示意

4.7 安裝鋼筋，澆筑底板混凝土

封堵鋼板焊接完成并驗收合格后，鑿毛清洗干凈降水井周邊已澆筑的底板接槎混凝土，安裝降水井位置的頂部底板鋼筋，采用比底板混凝土高一強度等級的微膨脹防水混凝土澆筑并振搗密實（圖8、圖9）。

圖8 降水井混凝土封堵施工示意

圖9 降水井混凝土封堵施工

4.8 混凝土養(yǎng)護，降水井封堵完成

降水井位置的混凝土澆筑完成后，覆蓋塑料薄膜和棉氈，保濕保溫養(yǎng)護不少于14 d。至此，內(nèi)降水井的封堵施工完成。

5 效益分析

蘭州軌道交通1號線一期工程沿線站點附屬人防工程迎門灘站施工項目通過合理地應用熱水瓶“瓶塞”原理和超前止水后澆帶設計原理，經(jīng)現(xiàn)場優(yōu)化改進，解決了內(nèi)降水井封堵施工過程中的難題。與傳統(tǒng)內(nèi)降水井封堵原理不同，該方法通過提前阻斷水源，為封堵施工提供了良好的環(huán)境，確保了內(nèi)降水的封堵施工質(zhì)量。內(nèi)降水井超前止水封堵施工技術具有以下優(yōu)點：

1）通過圓木“瓶塞”超前封堵降水井，操作簡單，施工方便，適用性強，施工速度快。

2）在圓木“瓶塞”上加楔馬釘，使圓木“瓶塞”徑向體積增大并與降水井管內(nèi)壁緊密貼合，起到超前止水作用，為封堵鋼板的焊接施工提供了良好的作業(yè)環(huán)境。

3）充分利用了圓木“瓶塞”自身吸水后體積膨脹的原理，使圓木“瓶塞”與降水井管內(nèi)壁貼合得更加緊密，止水效果更好。

4）采用圓木“瓶塞”超前封堵降水井，施工效果好，施工成本低。

6 結語

與傳統(tǒng)施工方法相比，采用圓木“瓶塞”超前止水進行深基坑高水位內(nèi)降水井封堵施工，可提前阻斷地下水，為降水井上部的封堵提供干燥的施工環(huán)境，確保了封堵鋼板與預留止水鋼板的焊接質(zhì)量，提高了內(nèi)降水井的封堵質(zhì)量。通過施工檢驗，超前止水封堵效果好，操作簡單，具有較好的適應性，可以在類似結構的工程中進行推廣應用。