一種建筑基底電梯井、集水坑開挖流沙處理新技術(shù)

席鋒儀，寧晉生，席寧中，于海成，賈 斌

（1.中國建筑科學(xué)研究院 地基基礎(chǔ)研究所，北京 100013；2.中國建筑科學(xué)研究院 建筑安全與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013；3.內(nèi)蒙古嘉盈建設(shè)工程有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

0 引言

在高層建筑或大型地下結(jié)構(gòu)中，基礎(chǔ)底板均設(shè)有多處電梯井、集水坑。在基底開挖電梯井、集水坑這些局部加深區(qū)域時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到降水不到位、出現(xiàn)流沙的情況，甚至導(dǎo)致基礎(chǔ)底板無法完成施工。這種情況大多數(shù)是因?yàn)榛滋幱诤貙忧译娞菥?、集水坑底?biāo)高接近含水層底部，設(shè)置于基坑周圍的降水井或設(shè)置于基坑內(nèi)的疏干井不能對電梯井、集水坑部位形成有效的降水漏斗所導(dǎo)致的。建筑基底電梯井、集水坑開挖遇流沙情況的處理一直是困擾土建施工的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)和過程質(zhì)量控制重點(diǎn)，傳統(tǒng)處理方法不僅工序繁雜且存在諸多弊端。本文介紹了一種建筑基底電梯井、集水坑開挖流沙處理新技術(shù)［1］，具備良好應(yīng)用效果。

1 遇流沙情況的傳統(tǒng)處理方法

基底電梯井、集水坑開挖遇流沙情況下，土建施工的傳統(tǒng)處理方法［2-4］一般是沿坑壁四周砌筑磚胎膜或打混凝土擋墻阻擋流沙；同時(shí)，在電梯井、集水坑底部做淺井，下入潛水泵抽排地下水，防止電梯井、集水坑側(cè)壁滲水拱塌混凝土墊層、拱壞已經(jīng)做好的防水層、防水保護(hù)層；之后，在淺井上方做防水鋼套管，從防水鋼套管中下入潛水泵抽水。即需要在砌筑磚胎膜或打混凝土擋墻的基礎(chǔ)上在基礎(chǔ)底板上預(yù)留降水井進(jìn)行處理。

這種基底電梯井、集水坑開挖遇流沙的傳統(tǒng)處理方法不僅工序繁雜且存在諸多弊端。

①增加了電梯井、集水坑砌筑磚胎膜或打混凝土擋墻。

②增加了制作降水淺井，具體為：制作淺井，包括電梯井、集水坑底部挖坑、下井管、填礫石濾料。

③基底電梯井、集水坑流沙處理需要在完成①和②的基礎(chǔ)上，采用基礎(chǔ)底板預(yù)留降水井的方法進(jìn)行處理，造成各種材料、人工、機(jī)械工時(shí)等直接費(fèi)消耗；同時(shí)，采用基礎(chǔ)底板預(yù)留降水井的方法進(jìn)行處理還造成與混凝土墊層、防水層、防水保護(hù)層、基礎(chǔ)底板鋼筋綁扎（預(yù)留降水井部位鋼筋需要設(shè)計(jì)變更、截?cái)?、加?qiáng)）、混凝土澆筑等施工的交叉作業(yè)，嚴(yán)重影響施工效率，并給基礎(chǔ)底板施工安全和混凝土質(zhì)量帶來隱患。

④底板施工結(jié)束后，預(yù)留降水井需要進(jìn)行封井作業(yè)。

⑤采用基礎(chǔ)底板預(yù)留降水井的方法進(jìn)行處理時(shí)，防水鋼套管密封不能做到防水層的完整性，很難保證防水層質(zhì)量，基礎(chǔ)底板防水效果欠佳。

綜上，開挖電梯井、集水坑遇到流沙時(shí)的傳統(tǒng)處理方法存在諸多不足和問題，甚至容易導(dǎo)致基礎(chǔ)底板混凝土質(zhì)量和防水效果的嚴(yán)重缺陷。

2 一種流沙處理的新技術(shù)

最新發(fā)明專利《一種基底電梯井集水坑流沙處理保證墊層完整性的降水裝置與方法》（專利號(hào) ZL2019 1 0131364.6）成功解決了建筑基底電梯井、集水坑開挖遇流沙情況的處理難題。如圖 1 所示，具體方法步驟如下。

①沿著電梯井、集水坑擬開挖上口邊線外側(cè)0.5 m 左右（或根據(jù)具體情況確定）布設(shè)井點(diǎn)線。先采用水沖或水鉆打孔，探查含水層底部深度，確定井點(diǎn)管、濾水管長度，確定井點(diǎn)間距、井點(diǎn)數(shù)量，根據(jù)含水層土質(zhì)情況確定是否需要填中粗砂濾料；加工制作井點(diǎn)管、濾水管，連接井點(diǎn)管、濾水管，備料。

②施工點(diǎn)井。單個(gè)點(diǎn)井的施工過程為：采用水沖或水鉆成孔，井徑控制在Φ100 mm 左右，井深超過含水層底部進(jìn)入隔水層，成孔后下入井點(diǎn)管，填中粗砂濾料。

③安裝泵，鋪設(shè)連接集水總管及其延長管，連接井點(diǎn)管、連接管、集水總管。

④啟動(dòng)泵抽水，觀察降水情況。當(dāng)多數(shù)井點(diǎn)管出現(xiàn)抽空氣現(xiàn)象時(shí)，說明降水基本到位，可進(jìn)行開挖電梯井、集水坑作業(yè)。

⑤順著集水總管及其延長管開挖小溝槽，將集水總管下入小溝槽中，將集水總管、連接管打入混凝土墊層下面，這樣在流沙處理過程及結(jié)束后均不破壞基底混凝土墊層的完整性。

⑥基底混凝土墊層施工完成，后續(xù)防水層、防水保護(hù)層、底板混凝土的施工均不受電梯井、集水坑流沙處理作業(yè)的影響。

⑦基礎(chǔ)底板施工期間降水過程需要連續(xù)進(jìn)行；底板混凝土澆筑完成后，可結(jié)合該區(qū)域回水條件、周圍地下水位狀況，確定是否停止降水，撤出泵。

⑧埋入混凝土墊層下的井點(diǎn)管、吸水管僅為直徑 15～25 mm 的塑料管（或鋼管、PVC 管），對地基承載力一般不構(gòu)成影響。如果對此仍存有疑慮和擔(dān)心，可在底板混凝土澆筑完成后，通過吸水管注入水泥漿液填充密實(shí)井點(diǎn)管和吸水管。

3 工程案例

3.1 工程案例一

鄂爾多斯市某住宅小區(qū)項(xiàng)目，擬建、構(gòu)筑物共計(jì) 47 棟，基礎(chǔ)埋深 1.75～7.25 m 不等，根據(jù)勘察報(bào)告，基坑開挖范圍內(nèi)地層情況為如下。

①細(xì)砂。淺黃色，稍濕－飽和，松散。以石英、云母組成，風(fēng)積形成。底板埋深 0.90～1.40 m。

②細(xì)砂。淺黃色，稍濕－飽和，稍密。主要以石英、長石為主，云母次之。含水量ω=17.3 %～28.2 %，土樣質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)，頂板埋深 0.90～1.40 m，底板埋深3.00～7.80 m。

③細(xì)砂巖。強(qiáng)風(fēng)化，紅褐色，稍濕，礦物成份為長石、石英及高嶺土。泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)較差～差，極破碎～破碎。散體狀～碎裂狀結(jié)構(gòu)，風(fēng)化裂隙發(fā)育，裂隙多為張裂隙，裂隙面多為黏性土充填，巖芯多呈散粒狀～碎塊狀，少為短柱狀，RQD 較差～差，屬極軟巖，質(zhì)量等級(jí)Ⅴ級(jí)。

勘察期間地下水埋深 0.60～5.47 m，水位標(biāo)高1 337.50～1 338.60 m，為第四系孔隙潛水，賦存在②細(xì)砂層底部，③細(xì)砂巖為隔水層。

基坑采用輕型井點(diǎn)降水，基坑開挖后，發(fā)現(xiàn)有 13 個(gè)高層住宅樓電梯井、集水坑需要做進(jìn)一步降水處理。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)電梯井集水坑開挖情況結(jié)合勘察報(bào)告分析，開挖地層為③強(qiáng)風(fēng)化細(xì)砂巖，地下水及細(xì)砂從開挖電梯井、集水坑坡壁不斷滲流溢出，對后續(xù)土建施工造成如下影響和作業(yè)困難。

1）電梯井、集水坑設(shè)計(jì)為直壁，需要砌筑直壁磚胎膜，之后在磚胎膜上做防水混凝土墊層、防水層、防水混凝土保護(hù)層，坡壁滲水流沙會(huì)拱塌防水混凝土保護(hù)層，拱壞防水層，致使土建施工無法進(jìn)行。

2）采用傳統(tǒng)方法處理，則需要在電梯井、集水坑底部超挖 15 cm 左右，鋪設(shè)碎石墊層，在坑中間做淺井，下入潛水泵排水，在后續(xù)的施工中下入防水鋼套管。如前所述，這樣勢必造成與混凝土墊層、防水層、防水保護(hù)層、基礎(chǔ)底板鋼筋綁扎（預(yù)留降水井部位鋼筋需要設(shè)計(jì)變更、截?cái)?、加?qiáng)）、混凝土澆筑等施工的交叉作業(yè)，嚴(yán)重影響施工效率，并給基礎(chǔ)底板施工安全和混凝土防水質(zhì)量帶來隱患。

為此，采用最新專利技術(shù)《一種基底電梯井集水坑流沙處理保證墊層完整性的降水裝置與方法》進(jìn)行處理，如圖 2 所示，具體做法如下。

1）在電梯井集水坑的磚胎膜外側(cè)底部環(huán)繞坑底挖寬約 15 cm，深約 20 cm 環(huán)形溝槽，下入塑料井點(diǎn)管（濾水管長度＜10 cm）。

2）為防止坑壁滲水流砂影響磚胎膜，在磚胎膜外側(cè)用塑料薄膜形成隔離。

3）在坑底環(huán)形溝槽、磚胎膜與坑壁形成的環(huán)形槽內(nèi)填入中粗砂濾料，在真空泵抽吸作用下，中粗砂濾料將變得密實(shí)，保證了地基質(zhì)量。

4）將電梯井坑壁的真空泵吸水管壓入基礎(chǔ)混凝土墊層下從邊坡肥槽側(cè)壁導(dǎo)出。

該技術(shù)處理過程不僅保證了基礎(chǔ)混凝土墊層和防水層的完整性，規(guī)避了基礎(chǔ)底板穿洞預(yù)留等繁瑣構(gòu)造及防水節(jié)點(diǎn)處理，為土建后續(xù)施工創(chuàng)造了良好的作業(yè)條件，也消除了由于流沙處理導(dǎo)致的底板鋼筋綁扎困難和混凝土防水質(zhì)量隱患。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)于 2021 年 4 月 15 日受邀進(jìn)場，于同年 8 月 11 日撤出，13 個(gè)電梯井集水坑有滲水流沙的建筑基礎(chǔ)底板已全部順利完成。

3.2 工程案例二

鄂爾多斯市某商住項(xiàng)目，前期基礎(chǔ)樁工程完成后，停滯數(shù)年未進(jìn)行后續(xù)開發(fā)建設(shè)，2021 年復(fù)工后開挖基坑電梯井、集水坑時(shí)發(fā)現(xiàn)流沙現(xiàn)象。土建單位為搶進(jìn)度，采用邊施工基底墊層邊請專業(yè)降水隊(duì)伍處理電梯井、集水坑流沙的方式進(jìn)行施工。在筆者公司進(jìn)場前已有 3 家專業(yè)降水隊(duì)伍受邀進(jìn)場處理流沙，但 3 家降水隊(duì)伍或在考察現(xiàn)場后感覺無法處理，或隊(duì)伍進(jìn)場處理失敗后退出。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘結(jié)合該項(xiàng)目勘察資料，電梯井、集水坑邊坡中部以下為泥巖，泥巖上部為含水粉細(xì)砂層，各電梯井、集水坑底部位置大體處于泥巖頂部且標(biāo)高不等，泥巖層為隔水層。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)受邀于 2021 年 4 月 26 日進(jìn)場處理流沙，為了快速處理流沙問題并為后續(xù)土建施工創(chuàng)造有利條件，采用了最新專利技術(shù)《一種基底電梯井、集水坑流沙處理保證墊層完整性的降水裝置與方法》進(jìn)行處理，進(jìn)場 5 d 后第一個(gè)電梯井集水坑降水處理到位，流沙處理完成，具備土建下步施工作業(yè)條件。之后，11 個(gè)電梯井、集水坑部位陸續(xù)降排水到位，流沙處理完成，土建施工進(jìn)入正常流水作業(yè)階段。至同年 6 月 10 日全部 11 個(gè)電梯井、集水坑流沙問題處理降水維護(hù)至基礎(chǔ)底板混凝土澆筑完畢，為土建施工按計(jì)劃順利完成創(chuàng)造了條件。通過該技術(shù)的應(yīng)用，既解決了流沙問題，保證了基礎(chǔ)墊層、防水層的完整性，規(guī)避了傳統(tǒng)流沙處理方式穿越基礎(chǔ)底板的防水構(gòu)造處理難題，以及由此帶來的基礎(chǔ)底板混凝土質(zhì)量和防水效果的各種弊端和隱患。提高了工程質(zhì)量，還避免了傳統(tǒng)處理方法交叉作業(yè)造成的施工降效及安全隱患。

圖 3（a）是流沙處理前 11 個(gè)電梯井、集水坑之一當(dāng)時(shí)的施工現(xiàn)場情況，可以看到坑壁處不斷有流沙涌出，根本無法進(jìn)行下步土建施工作業(yè)。圖 3（b）是集水坑、電梯井流沙處理時(shí)，降水維護(hù)過程中的真空泵吸水管從基礎(chǔ)底板磚胎膜及混凝土墊層下導(dǎo)出的施工場景，可以看出，對于電梯井、集水坑流沙問題的處理絲毫不會(huì)影響和干擾基礎(chǔ)底板鋼筋綁扎及混凝土澆筑的正常施工。

4 結(jié)語

《一種基底電梯井集水坑流沙處理保證墊層完整性的降水裝置與方法》這項(xiàng)新技術(shù)已在多個(gè)實(shí)際工程中應(yīng)用，通過與類似情況傳統(tǒng)處理方法比較，該技術(shù)不僅工藝簡單，操作方便，而且技術(shù)效果良好。該技術(shù)從根本上改變了基底電梯井、集水坑流沙傳統(tǒng)處理方法需要砌筑磚胎膜或混凝土擋墻，設(shè)置淺井，在基礎(chǔ)墊層、防水層、防水保護(hù)層及基礎(chǔ)底板上預(yù)留孔洞，在淺井上面埋設(shè)防水鋼套管，并在防水鋼套管內(nèi)安裝潛水泵抽水的繁冗做法。整個(gè)流沙處理過程及降水維護(hù)期間，基礎(chǔ)底板鋼筋綁扎、混凝土施工等土建工序不受任何影響可正常進(jìn)行，避免了傳統(tǒng)流沙處理方法可能對基礎(chǔ)底板混凝土質(zhì)量和防水效果帶來的弊端和隱患，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，也減少了流沙處理過程中人、機(jī)、料及時(shí)間的投入，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著，具有良好的推廣價(jià)值。Q