周志順

(中鐵十六局集團(tuán) 路橋工程有限公司，北京 101500)

深基坑井點(diǎn)降水方案淺析

周志順

(中鐵十六局集團(tuán) 路橋工程有限公司，北京 101500)

深基坑井點(diǎn)降水方案涉及到水位降深、布井方式、降水量、降水時(shí)間、排水方式、排水能力、降水效果、施工工期、施工風(fēng)險(xiǎn)等各種因素。鑒于部分工程從立項(xiàng)到施工間隔時(shí)間較長(zhǎng)，加上地方水土治理效果影響，地下水位變化較大，必須對(duì)多種方案結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)、場(chǎng)地條件，綜合考慮安全、質(zhì)量、工期、經(jīng)濟(jì)等因素進(jìn)行分析，在原設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)進(jìn)行降水計(jì)算復(fù)核，選擇安全、適用、經(jīng)濟(jì)的方案，保證施工順利進(jìn)行。

深基坑；井點(diǎn)降水；水位變化；降水計(jì)算

鄂爾多斯站是新建鐵路東勝至鄂爾多斯機(jī)場(chǎng)線(xiàn)的倒數(shù)第二座車(chē)站,位于包西鐵路鄂爾多斯火車(chē)站站前廣場(chǎng)下方,近南北走向,站位東側(cè)約28.7 m處為鄂爾多斯火車(chē)站出站地道。主體結(jié)構(gòu)明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)43 km+222.900 m～43 km+339.900 m采用降水以管井井點(diǎn)降水為主,排水溝明排為輔,井點(diǎn)間距10～15 m,共設(shè)25個(gè)孔,圍護(hù)結(jié)構(gòu)43 km+339.900 m～43 km+425.500 m采用基坑內(nèi)排水。在開(kāi)挖基坑的四周或中部設(shè)置排水明溝,每隔20 m設(shè)置一個(gè)集水井,使基坑內(nèi)滲水與施工廢水匯入其中,通過(guò)水泵抽排出基坑。由于東勝至鄂爾多斯機(jī)場(chǎng)地質(zhì)詳勘報(bào)告于2010年進(jìn)行勘探,降水井施工在冬季枯水季節(jié),基坑開(kāi)挖處于春季,并且近年來(lái)由于鄂爾多斯加大了環(huán)境治理力度,在水土保持治理方面取得了較好的效果,造成地下水位變化較大,并超出了早期勘察水位線(xiàn),在春季開(kāi)挖過(guò)程中基坑內(nèi)出現(xiàn)坑底涌砂現(xiàn)象,并造成43 km+222.9 m附近小面積坍塌[1],為保證施工安全及防止基底受水長(zhǎng)期浸泡,首先進(jìn)行方案論證,然后采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù),參照原設(shè)計(jì)計(jì)算模型進(jìn)行重新驗(yàn)算,加強(qiáng)降水措施施工,使水位降低至底板以下1 m,為后續(xù)主體施工創(chuàng)造干燥基底環(huán)境。

1 降水方案驗(yàn)證

1.1 地下水影響分析

本區(qū)間地下水按賦存條件主要分為孔隙潛水及基巖裂隙水,孔隙潛水主要賦存在第四系細(xì)砂層、全風(fēng)化花崗巖中?；鶐r裂隙水主要賦存在強(qiáng)、弱風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層中?？辈炱陂g地下水位埋深4.9～13.0 m,水位高程1 295.7～1 307.2 m,水位變幅2.0～3.0 m。地下水總的徑流方向?yàn)橛蓶|向西,由丘坡到谷地。站西側(cè)1.3 km為東紅海子邊緣,常年有水。地表湖水與地下水具水力聯(lián)系,補(bǔ)給排泄關(guān)系隨季節(jié)的變化而變化。地下水的排泄途徑主要為側(cè)向徑流。由于近年來(lái)鄂爾多斯市環(huán)境治理及水土放流失方面效果顯著,在鄂爾多斯春季期間,地下站最高水位達(dá)到1 308.7 m,相比勘察期間水位上升2 m左右,而且鄂爾多斯地下站43 km+222 m附近基底有承壓水涌出,此處地層為全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖,滲透系數(shù)1 m/d。

1.2 降水方案

降水方案涉及到水位降深、布井方式、降水量、降水時(shí)間、排水方式、排水能力、降水效果、施工工期、施工風(fēng)險(xiǎn)等各種因素。但是在相同的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境下,能夠達(dá)到目的的技術(shù)方案不止一個(gè)。因此,必須對(duì)多種方案結(jié)合地質(zhì)、場(chǎng)地條件,綜合考慮安全、質(zhì)量、工期、經(jīng)濟(jì)等因素進(jìn)行分析,對(duì)比研究各方案的優(yōu)劣,選擇安全、適用、經(jīng)濟(jì)的方案。對(duì)于深基坑降水,根據(jù)鄂爾多斯地下站的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,選擇了三種不同降水方案。歸納如下:

1.2.1 坑內(nèi)降水方案

坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻、鉆孔咬合樁、挖孔咬合樁單層結(jié)構(gòu),擋土、截水功能合一?；蚧硬捎脟o(hù)樁(鉆、挖)與截水帷幕聯(lián)合作用,帷幕截水,圍護(hù)樁承載。降水井在基坑內(nèi)梅花型均勻布置,采用管井群井降水。這種方案適用于軟土、黏土或富水砂層中明挖修建的車(chē)站和區(qū)間[2]。以上海地鐵一號(hào)線(xiàn)工程最早成功使用,其后在廣州、深圳、南京、天津均被采用,在控制坑外地表沉降、減少排水量等方面積累了較為成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1.2.2 坑外降水方案

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、挖孔灌注樁等單層結(jié)構(gòu),降水井在基坑外沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置,采用管井群井降水,必要情況下采用深井回灌技術(shù)。這種方案適用于富水砂層采用明、蓋挖或淺埋暗挖法施工的車(chē)站和區(qū)間。以北京地鐵最早成功采用,其后在北京的各條地鐵線(xiàn)建設(shè)中均采用這種降水方案[3]。同樣取得了較為理想的效果,也積累了成功的經(jīng)驗(yàn)。

1.2.3 堵水方案

堵水方案是采用注漿、攪拌、旋噴等方法將基坑或洞體周邊進(jìn)行隔水封閉的方案。對(duì)明挖方案可以通過(guò)兩側(cè)垂直帷幕和基底水平帷幕的型式進(jìn)行封閉;對(duì)于淺埋暗挖方案,可以采用洞體周?chē){形成隔水帷幕的型式進(jìn)行封閉。堵水方案在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有作為主方案進(jìn)行大范圍采用的先例。對(duì)于局部降水效果不好或降水條件不具備時(shí)采用堵水方案。此種方案作為一種輔助措施在北京、廣州等城市均有所采用。

通過(guò)方案比較,根據(jù)鄂爾多斯地下站工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件,前期施工方案采用坑外管井降水方案,即鉆孔灌注樁加坑外降水方案,符合基坑降水條件。由于基坑開(kāi)挖處于春融季節(jié),地下水位上升,前期基坑降水井已施工完成,基坑周?chē)?guī)劃成鋼筋加工場(chǎng)及材料堆放區(qū),加密降水井施工場(chǎng)地受限,施工周期較長(zhǎng),為加快施工進(jìn)度,減少降水井施工工程量,現(xiàn)決定在基坑內(nèi)加設(shè)降水管井,基坑內(nèi)降水井位置設(shè)置在原集水井處。降水井設(shè)置的直徑、深度及數(shù)量根據(jù)排水量計(jì)算。

1.3 排水量計(jì)算

為了評(píng)價(jià)場(chǎng)地地下水水文地質(zhì)參數(shù),室內(nèi)進(jìn)行了土的滲透試驗(yàn)確定滲透系數(shù),根據(jù)室內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合土的滲透性指標(biāo)經(jīng)驗(yàn)值,得出粉細(xì)砂層滲透系數(shù)為1 m/d,與設(shè)計(jì)值相同。本基坑降水計(jì)算選取車(chē)站小里程端ZDS-鄂14處鉆孔,根據(jù)文獻(xiàn)[4],現(xiàn)場(chǎng)在ZDS-鄂14處鉆取得水文孔進(jìn)行了抽水試驗(yàn)。根據(jù)抽水試驗(yàn)確定的水文地質(zhì)參數(shù)詳見(jiàn)表1。進(jìn)行降水井計(jì)算。

表1 參數(shù)一覽表

為評(píng)價(jià)基坑的涌水量,根據(jù)其水文地質(zhì)條件,群井按大井簡(jiǎn)化的均質(zhì)含水層潛水完整井的基坑降水總涌水量可按下列公式計(jì)算[5],即

(1)

得出

Q=869.12 m3/d

降水井?dāng)?shù)量n=1.1Q/q

根據(jù)前期降水井出水量統(tǒng)計(jì),平均每個(gè)井出水量在31m3左右,降水井?dāng)?shù)量為31個(gè),原設(shè)計(jì)降水井?dāng)?shù)量為25個(gè),現(xiàn)需補(bǔ)打6個(gè)降水井。

加設(shè)的管井布設(shè)如圖1所示。

圖1 基坑內(nèi)降水井位置圖

1.4 降水設(shè)計(jì)參數(shù)確定

基坑內(nèi)降水縱向及橫向井間距20m,井?dāng)?shù)為6眼。

靠近基坑小里程端布置。

降水井井徑800mm,井管直徑400mm。

降水井井深:降水井井深在底板標(biāo)高以下5m。

降水井構(gòu)造同原設(shè)計(jì)。

2 施工工藝

由于小里程段的基坑開(kāi)挖未完成,降水井施工完成后要對(duì)完成的降水井進(jìn)行保護(hù),防止在開(kāi)挖過(guò)程中受到機(jī)械破壞,導(dǎo)致降水井堵塞[6]。

降水井施工工藝流程見(jiàn)圖2所示。

圖2 降水井施工工藝流程圖

2.1 施工步序

2.1.1 挖探井

在放樣好的井位上人工挖探井2.5～3m,確認(rèn)無(wú)地下管線(xiàn)及地下構(gòu)筑物后,作護(hù)筒,以防止鉆井施工用水大量漏失及塌孔[7]。

2.1.2 挖(圍)泥漿池

根據(jù)場(chǎng)地條件在降水井附近挖4m3左右尺寸的泥漿池,加設(shè)的6個(gè)降水井共用一個(gè)泥漿池。

2.1.3 鉆井、替漿

為確保降水效果,減小洗井難度,所有管井采用旋挖鉆成孔,井徑、孔深不小于設(shè)計(jì)值,井孔應(yīng)保持圓正垂直。

井管下入前注入清水置換全井孔內(nèi)泥漿,泥漿泵抽出沉渣并測(cè)定孔深。替漿過(guò)程中,安排好泥漿及渣土的清運(yùn)工作。

成孔后,替漿是控制單井涌水量的關(guān)鍵。替漿后泥漿比重控制在1.1左右,以防止泥漿過(guò)濃影響出水,也須防止泥漿過(guò)稀造成塌孔事故[8]。

2.1.4 下管

井管0.4m,前期基坑開(kāi)挖深度在5m左右,原降水井深21～25m,加設(shè)的降水井在16～19m,在下管前探測(cè)孔深,當(dāng)與井管長(zhǎng)度不符時(shí),要重新成孔。成孔后立即安裝井管,防止暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)出現(xiàn)塌孔。下管時(shí)輕提慢放,并使井管居中。

2.1.5 填礫料

井管下入后立即填入碎石。濾料為粒徑3～15mm干凈碎石。濾料沿井管外四周均勻填入,宜保持連續(xù),并一次連續(xù)完成,要避免填料速度過(guò)快或不均造成濾管偏移及濾料在孔內(nèi)架橋現(xiàn)象。

填濾料時(shí),應(yīng)隨填隨測(cè)濾料填入高度,當(dāng)填入量與理論計(jì)算量不一致時(shí),及時(shí)查找原因。不得用裝載機(jī)或手推車(chē)直接填料,應(yīng)用鐵鍬填料,以防不均勻或沖擊井壁。

2.1.6 洗井

洗井是降水工作的一道重要工序。其作用是清除井內(nèi)泥砂和過(guò)濾層淤塞,使井的出水量達(dá)到正常要求。井管安裝完畢,立即開(kāi)始洗井。如果洗井較晚,容易產(chǎn)生泥漿沉淀,影響井的有效深度。

洗井的方法:可采用下泵試抽洗井,用潛水泵反復(fù)進(jìn)行抽洗,如果泥漿中含泥砂量較大,可先進(jìn)行撈渣,再進(jìn)行洗井,直至水清砂凈。

出現(xiàn)井內(nèi)涌砂現(xiàn)象時(shí),立即報(bào)廢此井。每井洗井完畢,及時(shí)作抽水試驗(yàn)。通過(guò)觀察本井及鉆成井的水位降深及本井的水量,了解降水效果。

2.1.7 水泵安裝

潛水泵及泵管安裝吊放,置于距井底以上1.5m處。安裝并接通電源,做到單井單控電路,并檢查水位接電制動(dòng)抽水裝置和漏電保護(hù)系統(tǒng)。

2.1.8 抽降

管網(wǎng)全部安裝完畢后進(jìn)行試抽。當(dāng)抽水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)一切正常后,整個(gè)抽水線(xiàn)路無(wú)漏氣現(xiàn)象,可以投入正常抽水作業(yè)。開(kāi)機(jī)后一個(gè)星期內(nèi)將形成地下降水漏斗,并趨向穩(wěn)定,土方開(kāi)挖前20d進(jìn)行井點(diǎn)降水。

連網(wǎng)統(tǒng)一抽降后應(yīng)連續(xù)抽水,不應(yīng)中途間斷,需要維修更換水泵時(shí),應(yīng)逐一進(jìn)行。開(kāi)始抽水時(shí),因出水量大,為防止排水管網(wǎng)排水能力不足,可以間隔的逐一啟動(dòng)水泵。抽水開(kāi)始后,應(yīng)逐一檢查單井出水量、出水含砂量。當(dāng)含砂量過(guò)大,可將水泵上提,如含砂量仍然較大,應(yīng)重新洗井[9]。

開(kāi)始降水后,隨時(shí)監(jiān)測(cè)水位動(dòng)態(tài)變化,監(jiān)測(cè)基坑周?chē)馏w沉降量及對(duì)建筑物或管道等的影響。必要時(shí)采取加固措施,防止發(fā)生事故。

降水用電采用場(chǎng)地內(nèi)電纜接入,并配備靜音發(fā)電機(jī),保證24h不間斷抽水。工地配備備用水泵,以便及時(shí)更換有故障的設(shè)備。

2.2 使用階段注意事項(xiàng)

(1) 基坑外和基坑內(nèi)井點(diǎn)應(yīng)同時(shí)抽水,使水位差控制在要求范圍內(nèi)。加強(qiáng)水位監(jiān)測(cè)。

(2) 防止排出的地下水回滲而流入基坑。

(3) 潛水泵在運(yùn)行時(shí)要注意檢查電纜線(xiàn)是否和井壁相碰,以防磨損后水沿電纜芯滲入電動(dòng)機(jī)內(nèi)。

(4) 位于基坑內(nèi)的深井井點(diǎn),由于井管較長(zhǎng),挖土至一定深度后,井管應(yīng)與附近的支護(hù)結(jié)構(gòu)支撐或立柱等連接,予以固定。排水管路斷面應(yīng)根據(jù)排水流量確定,并連接嚴(yán)密。排出的水經(jīng)過(guò)沉砂處理后方可排入市政管道[10]。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于設(shè)計(jì)與施工時(shí)間間隔較長(zhǎng),加上鄂爾多斯地區(qū)水土治理效果較好,導(dǎo)致地下水水位季節(jié)性變化較大,給降水施工帶來(lái)了較大的不確定性,在降水施工過(guò)程中出現(xiàn)后期水位上升情況后應(yīng)及時(shí)對(duì)水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)并計(jì)算,采取相應(yīng)措施,保證深基坑結(jié)構(gòu)施工順利安全進(jìn)行。

[1] 孫 琦．黃土基坑降水對(duì)鄰近建(構(gòu))筑物影響的研究[D].西安:西安工業(yè)大學(xué)，2014．

[2] 張 楠，胡鵬輝.緊鄰既有鐵路線(xiàn)深基坑的降水設(shè)計(jì)與沉降監(jiān)測(cè)[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2010(9):1～4.

[3] 馬譜文．地鐵車(chē)站深基坑降水設(shè)計(jì)[J]． 工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2015(2):68～70．

[4]JGJ120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[5] 王建秀，吳林高，胡力繩，等.復(fù)雜越流條件下超深基坑抽水試驗(yàn)及工程應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010(S1):3082～3087.

[6]TZ331-2009,鐵路隧道防排水施工技術(shù)指南[S].

[7] 包冠軍．柴達(dá)木盆地巨厚砂層深基坑降水實(shí)例分析[J]．中州煤炭，2015(3):77～79．

[8] 吳林高．工程降水設(shè)計(jì)施工與基坑滲流理論[M]．北京:人民交通出版社，2003．

[9] 現(xiàn)行建筑施工規(guī)范大全[M]．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015．

[10] 吳林高．工程降水設(shè)計(jì)施工與基坑滲流理論[M]．北京:人民交通出版社，2003.

2016-12-06；修改日期：2016-12-19

周志順(1986-),男，安徽池州人，中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司工程師．

TU463

A

1673-5781(2016)06-0811-04