摘 要：滲透系數(shù)極低的沿海地區(qū)淤泥質(zhì)軟土降水問(wèn)題是一個(gè)深基坑施工難題。文章以寧波樞紐改造工程超大深基坑降水工程為例，詳細(xì)介紹了超強(qiáng)真空降水技術(shù)（SVD）和降壓井運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)這兩項(xiàng)核心技術(shù)的應(yīng)用，成功解決了淤泥質(zhì)軟土基坑降水難、效率低的問(wèn)題，大大降低了降承壓水的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：深基坑；降水技術(shù)；SVD降水；自動(dòng)化控制

1 工程概況

寧波樞紐改建工程是集鐵路、軌道交通、公交客運(yùn)三種交通方式于一體的“立體零換乘”綜合客運(yùn)交通樞紐工程，地鐵2號(hào)線南北向下穿寧波鐵路站中心，與寧波鐵路站一體共建，深基坑分鐵路站和地鐵站兩級(jí)基坑?；娱L(zhǎng)276m，寬124m，深22～24.084m，開(kāi)挖總面積35000m2。

基坑位于寧波南站，既有杭深鐵路正線（雙線）通過(guò)便橋上跨基坑，在施工過(guò)程中，要保證正常運(yùn)營(yíng)；周邊有各種商業(yè)建筑和管線。基坑內(nèi)各種工程樁及便橋支撐樁等地基結(jié)構(gòu)相互交織，各工序施工干擾大。

2 工程及水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)

東部沿海地區(qū)屬典型的軟土地基，具有高含水量、高壓縮性、強(qiáng)度低、流變、觸變性大等特點(diǎn)，穩(wěn)定性差。影響基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)有15個(gè)工程地質(zhì)亞層，構(gòu)成為：填土、粘土、淤泥質(zhì)粘土等；顏色呈灰色、灰綠色、灰黃色；性狀為流塑～軟塑，局部硬塑；多數(shù)層厚2.5～3.5，局部層厚4.0～9.5m。

2.2 水文地質(zhì)

場(chǎng)地范圍內(nèi)與工程有關(guān)的地下水分為松散巖類孔隙潛水和孔隙承壓水兩類。

（1）孔隙潛水主要賦存于表部填土和粘土、淤泥質(zhì)土層中，水量較大，滲透系數(shù)在1.0×10-8～4.07×10-9m/s之間。水位動(dòng)態(tài)變幅一般在0.5～1.0m之間。（2）孔隙承壓水賦存于3種地層中：淺層③1層粉質(zhì)粘土層、中層⑥2層砂質(zhì)粉土層和深部⑧層粉砂、細(xì)砂層的承壓含水層。含水層厚度一般3～5m，局部10～18m；水位穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)變化不明顯，基本不流動(dòng)，滲透系數(shù)在4.2×10-8～1.5×10-6m/s。

3 降水目的及降水范圍

3.1 降水目的

根據(jù)本工程的基坑開(kāi)挖要求，本方案設(shè)計(jì)降水目的為：（1）降低坑內(nèi)土體含水量，方便機(jī)械在坑內(nèi)作業(yè)；（2）提高土體強(qiáng)度，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，防止坑外地表過(guò)量沉降；（3）降低（微）承壓水水頭高度，防止基坑底部突涌的發(fā)生。

3.2 降水范圍

根據(jù)本工程圍護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明，通過(guò)基坑抗突涌性驗(yàn)算降水范圍及水位控制高度如下：

（1）③1層承壓含水層層頂埋深取12.0m，臨界開(kāi)挖深度為5.77m，即當(dāng)基坑開(kāi)挖深度大于5.77m時(shí)，需要對(duì)該層卸壓；由于③1層微承壓水已被圍護(hù)隔斷，以坑內(nèi)疏干降水為主。（2）⑥2層承壓含水層的層頂埋深取37.5m，臨界開(kāi)挖深度為15.68m，基坑開(kāi)挖至此標(biāo)高時(shí)需進(jìn)行降水卸壓。（3）⑧層承壓含水層頂埋深取51.0m，臨界開(kāi)挖深度為22.58m，只有北端頭井的開(kāi)挖深度約為24.084m，大于22.58m，需要考慮對(duì)該層卸壓。

4 降水方案設(shè)計(jì)

4.1 降水方案的確定

負(fù)壓真空降水技術(shù)可提高排水效率及降水效果，但一般真空管井的真空度最高可達(dá)0.06MPa，對(duì)分多層開(kāi)挖深基坑，上層基坑開(kāi)挖后，過(guò)濾器的暴露導(dǎo)致真空度的損失，一般僅能維持在0.04MPa，對(duì)于滲透系數(shù)極小的淤泥質(zhì)粘土效果也不明顯。

本工程采用的超強(qiáng)真空降水技術(shù)（SVD）彌補(bǔ)了一般的真空管井真空度難以保證的缺陷。該技術(shù)采用特殊的分離式氣密性濾水管結(jié)構(gòu)，形成高于0.08MPa的持續(xù)性負(fù)壓真空，同時(shí)，在地下工程施工過(guò)程中，無(wú)論降水井如何暴露，內(nèi)管始終處于密封狀體，可以始終保持高真空度的負(fù)壓真空。根據(jù)試驗(yàn)與實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，采用超強(qiáng)真空降水工藝后，不同的土層中單井出水量都有較大幅度的提高，特別是粘土地層提高的效果更顯著，具體效果比較可見(jiàn)表1。

4.2 疏干井設(shè)計(jì)

根據(jù)JGJ/T111-98《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合（SVD）高效降水技術(shù)特點(diǎn)及該工程所處地層情況，該基坑疏干井間距定為15m～16m，單井抽水面積取200m2?？觾?nèi)疏干井布置數(shù)量見(jiàn)表2：

表2 坑內(nèi)疏干（聯(lián)合）井布置理論與實(shí)際布置數(shù)量

另外，考慮降水漏斗的形成，疏干井深度一般比開(kāi)挖面深約6m～7m。本工程側(cè)翼的開(kāi)挖深度約為9.05～9.65m，疏干井的深度設(shè)計(jì)為17.00m，井號(hào)為J1～J28。主體基坑南端頭井基坑的開(kāi)挖深度約為24.084m，坑內(nèi)SVD井的深度設(shè)計(jì)為31.00m，井號(hào)為SVD71～SVD81；北端頭井及標(biāo)準(zhǔn)段的開(kāi)挖深度約為21.2～22.0m，坑內(nèi)SVD井的深度設(shè)計(jì)為29.00m，井號(hào)為SVD29～SVD45，SVD55～SVD70。⑤夾層粘質(zhì)粉土分布區(qū)SVD井的深度設(shè)計(jì)為33.00m，井號(hào)SVD46～SVD54。

4.3 護(hù)坡潛水降水井設(shè)計(jì)

為防止土體滑坡，在二級(jí)坡的坡腳設(shè)潛水降水井，間距約為25.0m，深度為15.0m，數(shù)量為25口，編號(hào)為G1～G25。

4.4 降壓井設(shè)計(jì)

地下連續(xù)墻插入⑥2層約1.5～3.5m，對(duì)該層采用坑內(nèi)降水；北端頭井圍護(hù)深度為46.0m，小于承壓含水層⑧層層頂埋深（51.0m），對(duì)該層采用坑外降水。對(duì)⑥2層、⑧層減壓降水進(jìn)行估算。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）基坑涌水量公式算得如下結(jié)果。

（1）⑥2層承壓含水層基坑總涌水量約為236.3m3/d，單井出水量按13m3/d，理論布置數(shù)量為18.1口，增加3口備用兼觀測(cè)井，實(shí)際布置減壓井21口，編號(hào)為Y1～Y21，降壓井深度設(shè)計(jì)為45.00m，濾水管的長(zhǎng)度為7.0m。（2）北端頭井⑧層承壓含水層基坑總涌水量約為3122.5m3/d，單井出水量按1000m3/d，降壓井理論布置數(shù)為3口，增加1口備用兼觀測(cè)井，實(shí)際布置4口，編號(hào)為Y8-1～Y8-4，降壓井深度設(shè)計(jì)為58.00m，濾水管的長(zhǎng)度為7.0m。

為了確保降水工程的安全合理性，需要做現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)以獲取必要的水文地質(zhì)參數(shù)來(lái)復(fù)核理論計(jì)算結(jié)果。對(duì)不合理之處做出必要的調(diào)整，優(yōu)化降水方案。

5 設(shè)計(jì)要求與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

5.1 設(shè)計(jì)要求

（1）井壁管采用外徑φ273mm焊接鋼管；（2）濾水管的直徑與井壁管的直徑相同，管外包一層30～40目的尼龍網(wǎng)；（3）沉淀管接在濾水管底部，直徑與濾水管相同，管長(zhǎng)1.00m，底口用鐵板封死；（4）降水井口應(yīng)高于地面以上0.30m左右，周邊采用優(yōu)質(zhì)粘土堵塞密封，深度不小于2.00m；（5）濾料填于濾水管的周圍，高度為從井底向上至過(guò)濾器頂部以上2.0～5.0m，材料為中粗砂。

5.2 質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

（1）井身偏差：井身應(yīng)圓正，井的頂角及方位角不能突變，井身頂角傾斜度不能超過(guò)1度。（2）井管安裝誤差：井管應(yīng)安裝在井的中心，上口保持水平。井管與井深的尺寸偏差不得超過(guò)全長(zhǎng)的正負(fù)千分之二；（3）井水含砂量：抽水穩(wěn)定后，井水含砂量不得超過(guò)兩萬(wàn)分之一（體積比）；（4）井中水位降深：在抽水穩(wěn)定后，井中的水位處于安全水位以下。

6 承壓水降水自動(dòng)化運(yùn)行及風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)

根據(jù)本工程降水的難度與風(fēng)險(xiǎn)，我們成功研發(fā)了一套“降壓井運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)針對(duì)降承壓水風(fēng)險(xiǎn)采取了一系列針對(duì)性自動(dòng)控制措施，具有創(chuàng)新性，且在相關(guān)工程中得到了實(shí)踐運(yùn)行。該系統(tǒng)的主要功能和組成有。

6.1 雙電源智能化切換系統(tǒng)

該系統(tǒng)能夠做到“市電”和“發(fā)電機(jī)”間智能切換。當(dāng)市電出現(xiàn)缺相、電壓低、斷電等情況，ATS智能切換柜能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)發(fā)出指令并自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)供電，當(dāng)市電恢復(fù)正常能夠自動(dòng)判別并恢復(fù)市電供電。

6.2 現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警系統(tǒng)

（1）水位異常報(bào)警系統(tǒng)。報(bào)警器設(shè)置于各個(gè)降壓井井口，出現(xiàn)水位異常超過(guò)設(shè)定預(yù)警值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒現(xiàn)場(chǎng)管理人員及時(shí)察覺(jué)抽水異常情況，及時(shí)采取相應(yīng)措施。（2）斷電報(bào)警系統(tǒng)。斷電報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)在電路上安裝報(bào)警器，在斷電時(shí)報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警通知現(xiàn)場(chǎng)工人及時(shí)進(jìn)行電路檢修或切換電路，同時(shí)通過(guò)GPRS系統(tǒng)通知管理人員。

6.3 備用井自動(dòng)開(kāi)啟系統(tǒng)

本系統(tǒng)通過(guò)與自動(dòng)化水位采集與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，在監(jiān)測(cè)到備用井水位出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)發(fā)送相應(yīng)的指令控制備用井自動(dòng)啟動(dòng)，降低了降壓風(fēng)險(xiǎn)。

6.4 水位自動(dòng)化采集與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

應(yīng)用先進(jìn)的水位自動(dòng)化采集儀結(jié)合高精度的振弦式水位采集傳感器采集水位，可以在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)自動(dòng)地觀測(cè)、采集觀測(cè)井中的水位數(shù)據(jù)，并繪成圖形。通過(guò)圖形化的顯示窗口可以直觀地察覺(jué)到抽水井的動(dòng)水位變化情況，快速地判斷出現(xiàn)異常的因素。

6.5 水位遠(yuǎn)程傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)

水位自動(dòng)化采集系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)生成適于遠(yuǎn)程傳輸?shù)奈募B接有線網(wǎng)絡(luò)或者GPRS將文件發(fā)送到遠(yuǎn)端的客戶機(jī)?？蛻魴C(jī)通過(guò)配套軟件讀取文件，并將文件中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄下來(lái)，同樣地進(jìn)行圖形化顯示。該系統(tǒng)的應(yīng)用，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，利于管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)抽水運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)并及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。

7 成井施工工藝

7.1 鉆孔工作

選用8QZJ-400及GPS-10型工程鉆機(jī)及其配套設(shè)備，鉆徑φ600mm。成孔時(shí)采用反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)泥漿護(hù)壁的成孔工藝。

（1）準(zhǔn)備工作。包括：測(cè)放井位、埋設(shè)護(hù)口管、安裝鉆機(jī)等工作。護(hù)口管底口應(yīng)插入原狀土層中，護(hù)口管上部應(yīng)高出地面0.1～0.3m，管外用粘性土或草辮子封嚴(yán)。（2）鉆進(jìn)成孔。開(kāi)孔孔徑為φ600mm，鉆進(jìn)開(kāi)孔時(shí)應(yīng)吊緊大鉤鋼絲繩，輕壓慢轉(zhuǎn)，以保證開(kāi)孔鉆進(jìn)的垂直度，鉆進(jìn)過(guò)程中泥漿密度控制在1.10～1.15。（3）清孔換漿。鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將鉆頭提至離孔底0.50m進(jìn)行沖孔，并將孔內(nèi)泥漿密度調(diào)至1.10，孔底沉淤小于30cm，待返出的泥漿內(nèi)不含泥塊為止。（4）井管檢查。井管進(jìn)場(chǎng)后，首先應(yīng)檢查過(guò)濾器的縫隙是否符合設(shè)計(jì)要求。其次要檢查井管焊接是否牢固、焊縫均勻，無(wú)砂眼，焊縫堆高不小于6mm。（5）下放井管。測(cè)量孔深、逐根丈量濾水管并記錄。在濾水管上下兩端各設(shè)一套直徑小于孔徑5cm的扶正器，扶正器采用梯形鐵環(huán)，上下部扶正器鐵環(huán)應(yīng)1/2錯(cuò)開(kāi)。（6）埋填濾料。填濾料前，將孔內(nèi)的泥漿密度逐步調(diào)到1.05，然后開(kāi)小泵量，隨填隨測(cè)濾料高度，直至預(yù)定位置為止。

7.2 洗井工作

分不同階段分別利用井管內(nèi)的鉆桿、活塞和空壓機(jī)抽水洗井，吹出管底沉淤，直到水清不含砂為止。洗井完畢后下泵試抽，試抽成功，代表該井成孔完畢，可以投入使用。

8 降水運(yùn)行

本基坑地下墻圍護(hù)未隔斷⑧層、⑥2部分隔斷，降水將會(huì)對(duì)坑外環(huán)境產(chǎn)生一定影響，降水過(guò)程中應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)水位變化情況，采取沉降控制技術(shù)措施：

（1）基坑內(nèi)的疏干井降水應(yīng)在基坑開(kāi)挖前20天進(jìn)行抽水，做到及時(shí)降低基坑中開(kāi)挖范圍內(nèi)土體中的地下水位；（2）做好基坑內(nèi)的明排水系統(tǒng)，保證開(kāi)挖時(shí)遇降雨能及時(shí)將積水抽干；（3）采用信息化施工，全天24小時(shí)值班，對(duì)觀測(cè)井水位、周邊地面、鄰近建（構(gòu)）物位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理；（4）對(duì)SVD井采用不割管搭設(shè)平臺(tái)固定的保護(hù)措施，持續(xù)加載真空負(fù)壓抽水，保證較好的疏干效果；（5）在不同開(kāi)挖深度的工況階段，合理控制承壓水頭，在滿足基坑穩(wěn)定性要求前提下，防止承壓水頭過(guò)度降低影響周邊環(huán)境，在距基坑較近的筑物一側(cè)設(shè)置幾口觀測(cè)井，必要時(shí)可以進(jìn)行注水回灌；（6）降水結(jié)束提泵后，應(yīng)及時(shí)將井注漿封閉，補(bǔ)好蓋板。

9 結(jié)束語(yǔ)

（1）在滲透系數(shù)較低的淤泥質(zhì)沾土中采用SVD高效降水技術(shù)，不僅可以減少降水井的布設(shè)，而且降水效率高，降水效果良好，可以在類似工程中推廣應(yīng)用。（2）通過(guò)降承壓水自動(dòng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)，在降低了勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，有效降低降了降水運(yùn)行過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)。

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