深基坑降水施工技術(shù)及應(yīng)急處置

郝中州 蘇茂榮 陳志軍

(1.河南黃河河務(wù)局，河南 鄭州 450002； 2.河南華北水利水電勘察設(shè)計有限公司，河南 鄭州 450003)

1 概 述

對于大中型泵站工程，往往涉及深基坑開挖問題。在水源比較豐富的地區(qū)，地下水位較高，深基坑開挖會面臨著管涌[1]、流沙、邊坡失穩(wěn)、建筑物沉降[2]等工程問題，這也是深基坑施工的難點。目前，針對深基坑開挖和地下水處理，已有較多的工程經(jīng)驗和科學(xué)研究。針對滲透性弱的地層，可采用懸掛式止水帷幕[3]來降低基坑地下水位；對于滲透性強的砂卵礫石層，可采用封閉式防滲墻[4]來保證基坑干地施工；更多的工程通常采用管井降水[5]、輕型井點降水配合截水溝[6]的方法來降低地下水位，該方法已在漢江取水泵站[7]、大垸子泵站[8]、引江濟漢工程[9]等諸多水利工程中得到了成功的應(yīng)用。因此，針對不同區(qū)域的地質(zhì)、水文環(huán)境，應(yīng)結(jié)合工程施工特點選擇科學(xué)合理的施工方法。對于大型泵站工程施工，深基坑開挖尤為重要，本文結(jié)合黃岡市土司港泵站工程，針對深厚砂層地質(zhì)條件，對深基坑開挖采用的管井降水施工技術(shù)進行了詳細(xì)闡述，并結(jié)合工程現(xiàn)場遇到的問題提出應(yīng)急處理方案，為同類工程施工提供經(jīng)驗。

2 工程概況

土司港泵站工程位于黃岡市高新區(qū)長河出口處，與巴水銜接，泵站設(shè)計排澇能力170m3/s，工程等別為II等，主要建筑物等級為2級。泵站自上游至下游分別為進水渠、攔污柵橋、進水前池、主泵房、出水壓力箱涵、出口防洪閘、出口消力池和出水渠。主泵房基坑建基面開挖最低高程4.7m，前池開挖高程7.5m，進水池開挖高程10.1m，攔污柵橋開挖高程9.7m。主泵房、安裝間、副廠房寬度106m，基坑開挖寬度120m。

地質(zhì)資料顯示，擬建主泵房工程區(qū)范圍土層變化較大，在主泵房軸線橫剖面處，地層由上至下依次為：淤泥質(zhì)土層、黏土層(底部高程9.7m)、粉細(xì)砂層(底部高程-4m)、中粗砂層(底部高程-10.3m)、砂巖層。其中，粉細(xì)砂層局部夾壤土透鏡體，高程0.0m以下為完整砂層。上部不透水層為黏土層，底部不透水層為砂巖，粉細(xì)砂層為承壓水層。主泵房基坑地層以第四系砂性土為主，具有中等透水性，深厚砂層地下水為承壓水，與外江水密切聯(lián)系，主要以長江水補給為主。砂層具有中等透水性，滲透系數(shù)為3.12×10-3cm/s。

3 基坑降水設(shè)計及施工

主泵房基坑開挖最低高程為4.7m，進水池開挖高程7.7m，基坑穿透不透水層(黏土層底部高程9.7m)并深入砂層。下部砂層由外江補水，受長江水位影響較大，施工期地下水位約為16m，主泵房基坑受地下水影響較大，必須采取降水措施。由于基坑面積較大(126m×130m)，下部砂層為中等透水，降水措施主要采用深管井降水，需要將地下水位降至基坑最低點以下0.5m?；咏邓饕獜幕佑克俊尉鏊芰σ约敖邓贾玫确矫孢M行設(shè)計。

3.1 基坑涌水量

主泵房基坑任一點地下水降深要求至少低于建基面0.5m。主泵房基坑開挖寬度126m，由于基坑面積較大，為保證基坑中心位置地下水位不高于4.2m，地下水水力坡降線按1 ∶10計算，管井水位至少降至-2.1m。管井布置在主泵房基坑兩側(cè)，深度到達(dá)地下巖層(-10.0m高程)，管井降水典型橫斷面見圖1?；娱_挖時，穿過不透水層(黏土層)，并深入透水層(砂層)，根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)范》(JGJ 120—2012)，基坑涌水量可采用承壓水-潛水完整井公式進行計算：

圖1 主泵房基坑管井降水典型斷面

式中Q——基坑涌水量，m3/d；

k——滲透系數(shù)，m/d；

H——承壓含水層初始水頭，m；

M——承壓含水層深度，m；

h——基坑中心水頭高度，m；

R——抽水影響半徑，m，對于細(xì)砂中砂，R經(jīng)驗取值范圍為80～150m；

r0——基坑等效半徑，m。

代入計算，基坑涌水量為Q=3806m3/d。

3.2 單井出水量

降水井采用深井管井，管井的單井出水能力按下式計算：

式中q0——單井出水量，m3/d；

rs——管井濾管半徑，m；

l——管井濾管器實際工作長度，m。

經(jīng)計算，單井出水能力為q0=285m3/d。

為保證管井正常抽水，單井出水能力q0要大于單井設(shè)計出水量q，取1.2的系數(shù)，則

q=q0/1.2

經(jīng)計算，單井設(shè)計出水量q=237m3/d。

3.3 降水井布置

降水井?dāng)?shù)量根據(jù)基坑涌水量和單井設(shè)計出水能力計算：

n=λQ/q

式中，λ為調(diào)整系數(shù)，二級基坑取1.1。

經(jīng)計算n=17.7，取18。對于承壓水降水井，應(yīng)設(shè)置備用井，數(shù)量為20%，取4～6口。故主泵房基坑降水井取22～24口，其中常用井18口，備用井4～6口。

根據(jù)工程經(jīng)驗，基坑開挖深度大于8m時，管井井點布置間距應(yīng)為15～20m，間距過大，現(xiàn)場降水效果不理想。主泵房基坑開挖最低高程4.7m，開挖深度大于8m，間距取15m，對于攔污柵和進水渠，基坑開挖深度小于8m，間距可適當(dāng)加大，取20～30m。主泵房基坑管井降水井位布置見圖2。

圖2 主泵房基坑管井降水布置

由于基坑下部砂層和壤土層互層結(jié)構(gòu)，為保證抽水效果，降水井濾管段布置在完全砂層段。降水井采用完整井，開挖深度16.0m，底部高程-10m，濾管段6m，濾管高程-3～-9m。濾管直徑28cm，降水井直徑60cm。

3.4 基坑降水施工

本工程管井降水施工工序為：施工準(zhǔn)備→測量放線→鉆機就位鉆孔、泥漿護壁→成孔→下管(濾管)→回填濾料→黏土封口→洗井→安裝水泵→排水→降水井正常工作→降水完畢拔井管→封井。

a.準(zhǔn)備工作。開挖泥漿池，制備泥漿；劃定基坑開挖線，管井定位測量。

b.鉆機造孔。鉆機定位至井點，調(diào)整角度，就位鉆孔；井身直徑不得小于設(shè)計井徑，頂角偏斜不得超過1°；鉆進時使用泥漿護壁技術(shù)，泥漿比重1.3；鉆井進尺到達(dá)設(shè)計深度后進行清孔，采用清水洗孔，直至清水排水。

c.井管安裝。清孔后進行檢查，下置濾管和井管，井管應(yīng)直立于井口中心，上端口應(yīng)保持水平，井管頂端應(yīng)高出地面0.3m以上；管井周邊的填礫濾料不應(yīng)含土和雜質(zhì)，選用硅質(zhì)礫石；顆粒的磨圓度應(yīng)較好，不使用棱角碎石。

d.洗井與清理。填充濾料后，及時洗井，將污泥泵放入井底，將井孔內(nèi)泥漿排出，排空后將水泵停止，待井內(nèi)水位自然恢復(fù)到井深的1/2時開啟水泵排空，用泥漿泵如此反復(fù)2～3次，直到流出清水為止，確保濾管及濾料濾水暢通，采用潛水泵抽水。

4 基坑涌水應(yīng)急處置

本工程設(shè)計降水管井22～24口，施工現(xiàn)場根據(jù)地形條件在基坑外圍布置管井22口?；咏邓Ч黠@，管井水位和地下水位均持續(xù)下降。在施工過程中，基坑開挖至6～7m時，出現(xiàn)滲水涌水現(xiàn)象，周邊管井在加大抽排能力后，管井水位長時間維持在2m左右，基坑地下水位難以繼續(xù)降低，滲水涌水問題突出。根據(jù)工程經(jīng)驗，超過設(shè)計抽排能力后，管井水位長時間維持高位，可能是透水層滲透系數(shù)比設(shè)計值偏大，導(dǎo)致設(shè)計抽排能力不足。

現(xiàn)場開挖地層資料顯示，基坑下部多為中粗砂層，少范圍為壤土夾砂，基坑下部透水層滲透系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計取值。在更換大功率水泵后，基坑仍然出現(xiàn)滲水涌水現(xiàn)象。為保證基坑順利開挖至設(shè)計高程，在進水前池(開挖高程7.5m)增加一排共4口降水井，在主基坑中部抽水，從而將主泵房基坑地下水位順利降至4.2m以下?；觾蓚?cè)設(shè)集水坑，底部高程2.0m，用以匯集基坑滲水，保證基坑干地施工環(huán)境。新增管井在封堵時，由于地下水位較高，停止抽水時有水從井口涌水，按照常規(guī)“以砂還砂，以土還土”的原則，難以用泥球進行封堵。對前池新增4口井，采用混凝土進行封堵，并與前池底板澆筑成一體，從而保證不出現(xiàn)底板滲透問題。

5 結(jié) 論

本文結(jié)合土司港泵站工程深基坑開挖，針對中等透水砂層地質(zhì)條件地下水降水問題，采用深管井降水方案，抽水效果好，有效降低了地下水位。針對壤土夾砂互層結(jié)構(gòu)，采用完整井并將濾管布置在下部完全砂層中，提高了管井出水能力。管井設(shè)計抽排能力與滲透系數(shù)有很大關(guān)系，并會影響最終降水水位。針對基坑出現(xiàn)的滲水涌水情況，采用在基坑中部補打降水井，有效解決了地下水位難以降至設(shè)計要求的問題，可為類似深基坑工程的應(yīng)急處置提供參考。