深基坑降水井封堵方法及效果分析

朱 豫

(江西省水投建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330000)

1 工程概況

工程位于江西省贛州市南康區(qū)龍華鄉(xiāng)，由取水工程、輸水工程、凈水工程和配水管網(wǎng)工程組成。通過在羅邊庫區(qū)新建岸邊式取水泵房取水，集中供水近期規(guī)模為30 000 t/d。項(xiàng)目區(qū)實(shí)施后受益人口數(shù)為179 553人。

2 深基坑降水井封堵方法

由于工程項(xiàng)目規(guī)模較大，基坑開挖主要采用人工開挖和機(jī)械開挖相結(jié)合的方式，基坑開挖深度較大，受施工區(qū)域原有建筑物的制約影響，基坑內(nèi)設(shè)計(jì)了多口內(nèi)降水井，由于該工程時(shí)間跨度相對(duì)較大，難免經(jīng)歷雨雪天氣，在該情況下，內(nèi)降水井涌水量較大，地下水將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)將底板淹沒，增加封堵難度。

2.1 基于工程降水井施工的封堵方法

(1)地下水控制。由于部分管段埋深超4.0 m，為將深基坑中心水位排至坑底以下1.0 m，降水深度5.7 m，采用的是井點(diǎn)降水方案。為利于后期封堵工作的有序展開，施工人員要統(tǒng)一考慮管井設(shè)計(jì)閥門井基坑以及上下管道連接基槽降水，明確基坑降水類型，使用計(jì)算公式得到基坑涌水量[1]。具體見式(1)：

Q=1.336K(2H-S)S/(1gR-1gr0)

(1)

式中：Q為基坑涌水量，m2/d；K為滲透系數(shù)，m/d；H為潛水含水層厚度，m；S為基坑水位降深，m；R為降水影響半徑，m；r0為基坑等效半徑，m。

由于降水井在施工時(shí)涉及井點(diǎn)類型、數(shù)量、間距和深度的計(jì)算，在對(duì)其封堵前，施工人員應(yīng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)核對(duì)，減少施工設(shè)計(jì)與實(shí)際之間的偏差。其中，管井深度是幾項(xiàng)的總和，見式(2)：

L=Hw1+Hw2+Hw3+Hw4+Hw5+Hw6

(2)

式中：L為管井深度，m；Hw1、Hw2、Hw3、Hw4、Hw5、Hw6分別為基坑深度、地下水位與槽底之間的深度、i×r0(i為水力坡度，及降水分布范圍的等效半徑1/2)、降水期間地下水位變幅、過濾器工作長度、沉砂管長度，m。通過掌握上述數(shù)據(jù)，保證后續(xù)封堵作業(yè)的有序開展，避免出現(xiàn)嚴(yán)重誤差。

(2)在獲得基坑涌水量后，分析管井封堵前期影響。管井降水可能會(huì)帶來地面沉降等問題，一旦停止?jié)撍玫倪\(yùn)作，水位將在短時(shí)間內(nèi)漫上來，在管井水壓較大的情況下，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際需求、施工進(jìn)度以及施工質(zhì)量，結(jié)合降水設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果,采取承壓管井封堵方法。

(3)施工方法。①制作并預(yù)埋鋼套管。施工前，施工人員要做好質(zhì)量檢查工作，并把握預(yù)埋套管選用的技術(shù)參數(shù)，即：采用無縫鋼管，確保其不存在質(zhì)量損傷等問題，確定預(yù)埋鋼管內(nèi)徑時(shí)，選擇利于排水管伸出的內(nèi)徑大小，而且，盡可能不采用內(nèi)徑較小的鋼管，一方面避免泥沙進(jìn)入，另一方面便于后續(xù)檢查和潛水泵的更換。②預(yù)埋套管具體制作步驟。由于所采用的預(yù)埋鋼管為無縫鋼管，施工人員要對(duì)其直徑、壁厚等參數(shù)進(jìn)行控制，其中，鋼管長度應(yīng)為三項(xiàng)數(shù)據(jù)的總和，即基礎(chǔ)底板厚度、底板以下長度以及基礎(chǔ)底板面以上500 mm，從而避免施工過程中混凝土流入井內(nèi)。同時(shí)，將砂石填充至管井底部，直至預(yù)埋鋼管底部標(biāo)高，使用麻絲加油膏將基礎(chǔ)底板中的預(yù)制鋼管包裹，并調(diào)整其位置，保證其居中對(duì)位。在基礎(chǔ)底板下表面，沿著預(yù)埋鋼管外壁設(shè)置環(huán)形止水鋼片，下表面和上表面距離分別控制在150 mm和250 mm，環(huán)形止水鋼片寬度和厚度控制在150 mm和5 mm左右，焊滿后避免地下水滲漏。在鋼管外壁，應(yīng)開展等間距焊接作業(yè)，并使用錨固鋼筋連接基礎(chǔ)底板混凝土和鋼管。焊接位置應(yīng)在基礎(chǔ)底板上表面和下表面各200 mm處，采用的錨固鋼筋規(guī)格長度、直徑分別為400 mm和16 mm。由于底板鋼筋削弱，所以在預(yù)埋鋼管的一定范圍內(nèi)使用鋼筋加強(qiáng)，在加強(qiáng)時(shí)，鋼筋級(jí)別應(yīng)與底板規(guī)格相同，加強(qiáng)范圍在500 mm×500 mm左右即可。完成基礎(chǔ)底板鋼筋綁扎作業(yè)后，焊接底板上層鋼筋和鋼管，增強(qiáng)鋼管穩(wěn)定性。③預(yù)制管井封堵配件。結(jié)合預(yù)埋管內(nèi)徑進(jìn)行井口封堵配件的預(yù)制，先切取封堵鋼板，厚度應(yīng)控制在20 mm，其直徑參數(shù)較預(yù)埋管內(nèi)徑小1～2 mm，中心開取圓孔，圓孔孔徑為22 mm，最后選用封堵鋼板，在中間焊接80 mm直徑大小的吊鉤。之后，將鋼管焊接于封堵鋼板圓孔，均勻焊接，焊縫規(guī)格在8 mm以上，仔細(xì)檢查焊接質(zhì)量，不可出現(xiàn)漏焊、夾渣等情況。將環(huán)形止水鋼片設(shè)置于焊接鋼管的外壁，寬度和厚度分別為258 mm和5 mm，避免地下水沿著鋼管外部滲漏。最后，使用無縫鋼管制作悶頭外絲管，規(guī)格在100 mm即可，并進(jìn)行試驗(yàn)，從而保證良好的封堵效果[2]。

2.2 超前止水封堵方法

采用超前止水封堵工藝開展工作，利用熱水瓶“瓶塞”原理和超前止水后澆帶設(shè)計(jì)原理，結(jié)合該工程管井內(nèi)徑制作圓木“瓶塞”，在供水工程施工時(shí)將水泵拔出，以人工錘擊的方式將木塞錘進(jìn)降水管井，之后使用馬釘加楔增大木塞體積，充分發(fā)揮木塞吸水膨脹特點(diǎn)，保證管井內(nèi)壁與木塞緊密貼合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超前止水施工目標(biāo)。具體施工方法如下：

(1)測(cè)量復(fù)核降水井內(nèi)徑，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行木塞和馬釘?shù)闹谱鳌Ｓ捎谠摴こ虨樾陆üこ?，工程量相?duì)較大，因此，應(yīng)對(duì)降水井編號(hào)，對(duì)降水井封堵段管井內(nèi)徑尺寸進(jìn)行實(shí)測(cè)、復(fù)核，并使用信息化系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)，形成記錄表。在制作木塞和馬釘時(shí)，要對(duì)木塞直徑進(jìn)行控制，一端直徑要比管井內(nèi)徑小，參數(shù)最好把控在10～15 mm之間，另一端直徑與管井內(nèi)徑相同即可。在實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)使用易吸水膨脹的木材，為使其更好貼合降水管井內(nèi)壁，要將木塞外表面加工光滑。馬釘長度為木塞三分之一，直徑在20 mm以上。

(2)將水泵拔出，停止抽水后安裝木塞，加楔馬釘。施工前，準(zhǔn)備好大錘、木塞和馬釘，將需要封堵的降水井的水泵電源關(guān)閉，并將水泵拔出，停止抽水。值得注意的是，水泵拔出速度要快，立即安裝木塞，減少地下水上涌量，安裝時(shí)直徑相對(duì)較小的一端向下，之后使用大錘錘擊，深度控制在封堵鋼板下部300 mm左右，避免封堵鋼板被地下水腐蝕。待敲擊至指定位置后，將馬釘于木塞頂部打入，根據(jù)止水情況控制馬釘數(shù)量，對(duì)于該供水工程，數(shù)量在4～6根即可，楔緊后木塞直徑脹大，以此隔離地下水上滲，實(shí)現(xiàn)降水井封堵超前止水效果[3]。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 降水井封堵示意

(3)填充隔離混凝土，焊接降水井封堵鋼板。完成木塞的安裝作業(yè)后，要在其頂部和封堵鋼板周圍進(jìn)行混凝土的填充隔離作業(yè)，填充隔離范圍在300 mm左右即可，采用微膨脹且具有抗腐蝕和防水性能的混凝土，進(jìn)一步避免深基坑地下水對(duì)封堵鋼板造成質(zhì)量影響。值得注意的是，開展隔離混凝土澆筑作業(yè)時(shí)，要振搗密實(shí)，對(duì)頂部標(biāo)高進(jìn)行控制，為后續(xù)上部封堵鋼板的焊接奠定良好基礎(chǔ)。具體如圖1所示。

(4)降水井封堵鋼板焊接作業(yè)。待隔離混凝土初凝后，要將預(yù)留止水鋼板沖洗干凈，不可具有混凝土渣等，之后將其晾干開展封閉焊接作業(yè)。在焊接預(yù)留止水鋼板和降水井封堵鋼板時(shí)，主要采用角焊縫技術(shù)，并在焊接結(jié)束后將表面焊渣敲掉，判斷焊縫嚴(yán)密性，及時(shí)補(bǔ)焊具有缺陷的部位，以此保證焊接質(zhì)量。具體如圖1所示。

(5)鋼筋安裝，底板混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)。落實(shí)規(guī)范驗(yàn)收工作，確認(rèn)封堵鋼板焊接質(zhì)量合格后將降水井周邊已經(jīng)澆筑的底板接槎混凝土鑿毛清洗干凈，于降水井頂部進(jìn)行底板鋼筋的安裝，最后使用高一強(qiáng)度等級(jí)的混凝土開展?jié)仓c振搗作業(yè)。其中，振搗方式應(yīng)使用插入式振搗器，使用50 mm 直徑即可，振搗過程中不得觸動(dòng)鋼筋和預(yù)埋件，上面振搗的同時(shí)還要有人隨時(shí)敲打，以此保證混凝土澆筑與振搗質(zhì)量。完成混凝土澆筑作業(yè)后，及時(shí)落實(shí)養(yǎng)護(hù)工作，比如使用塑料薄膜和棉氈覆蓋，以此保證其溫濕度，時(shí)間在14 d左右即可。

另外，為杜絕降水施工事故造成過大沉降，施工人員應(yīng)在供水工程的降水區(qū)段進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，完成各項(xiàng)流程后，使用黏土回填且人工夯實(shí)，將地表部分恢復(fù)原狀。在布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，要保證工作基點(diǎn)和水準(zhǔn)基點(diǎn)的聯(lián)測(cè)采用一等水準(zhǔn)觀測(cè)，檢測(cè)周期為3個(gè)月，之后多次觀察沉降檢測(cè)點(diǎn)，連續(xù)觀測(cè)數(shù)次。

通過分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保證降水效果符合施工要求后，方可封堵降水井。在抽水施工過程中，應(yīng)清除干凈井管和孔之間的淤泥，提出降水井水泵，下放管徑50 mm的漿管，直至300 mm，在坑底注漿管上安裝球閥。之后將粒徑10～20 mm規(guī)格的礫石填充至井管內(nèi)部，礫石高度要通過擋水器和坑底至井底的距離計(jì)算，見式(3)：

h

(3)

式中：H為坑底與井底之間的距離，m；L為擋水器長度，m。于坑底下方不小于300 mm的地方安裝安全氣囊，待氣囊充滿整個(gè)排水井后，將上部剩余水處理掉。最后，井口用鋼板焊死并開展注漿作業(yè)，待注漿結(jié)束后將球閥關(guān)掉，截?cái)嘧{管，最后使用混凝土將井口到墊層頂端的空間填滿，以此完成封堵工作[4]。

3 深基坑降水井封堵技術(shù)效果分析

由于贛州市南康區(qū)這一供水工程規(guī)模較大，所以相較于傳統(tǒng)內(nèi)降水井封堵方法，超前止水封堵方法更為理想，該方法主要利用熱水瓶“瓶塞”原理，通過結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際情況做好現(xiàn)場優(yōu)化改進(jìn)，能夠通過提前阻斷水源的方式解決內(nèi)降水井封堵施工中遇到的難題。其技術(shù)效果如下：使用木塞超前封堵降水井，相較于其他封堵方法，該工藝技術(shù)操作流程簡單，且具有較強(qiáng)適用性，整體施工效率和質(zhì)量有所保證；加楔馬釘?shù)氖褂煤侠頂U(kuò)大了木塞體積，使木塞與降水井管內(nèi)壁得以緊密貼合，充分發(fā)揮了超前止水效果，為后期封堵鋼板焊接作業(yè)提供良好的工作環(huán)境，保證了封堵質(zhì)量。

4 結(jié) 論

在供水工程規(guī)模和數(shù)量日益擴(kuò)大的情況下，基坑開挖深度越來越大，為避免地下水上涌影響施工質(zhì)量，應(yīng)做好降水井封堵工作。在贛州市南康區(qū)這一集中供水工程中，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況靈活選擇施工方法，尤其是超前止水方法，可以提前將地下水阻斷，為降水井上部相關(guān)施工作業(yè)提供良好環(huán)境，提高封堵質(zhì)量的同時(shí)降低施工成本，滿足工程建設(shè)施工需要。