史景革,何海剛(河北建設(shè)勘察研究院有限公司,河北 石家莊050200)

1 前言

本工程位于某鐵礦礦區(qū)中心地帶,施工的基坑四周存在民用建筑物,其中基坑?xùn)|側(cè)的信息樓,地上3 層,基礎(chǔ)為磚基礎(chǔ),距基坑7.2m;基坑?xùn)|北側(cè)調(diào)度樓,為條形基礎(chǔ),地上4 層,距離基坑約17.1m。場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水埋深較淺,該擬建工程基坑開(kāi)挖深度為5.1m(局部開(kāi)挖深度為6.1m),在保證基坑安全的前提下,降水方法采用管井降低地下水位。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

根據(jù)相關(guān)勘察報(bào)告,與本基坑降水有關(guān)地層及參數(shù)如下:

第①層素填土:黃褐色,土質(zhì)不均勻,以粉土為主,含少量磚塊、白灰,層厚1.2～2.5m,底板埋深1.2～2.5m。

第①1 層雜填土:雜色,含磚塊、灰渣,層厚0.5～2.3m,底板埋深0.5～2.3m。

第②層粉土:淺黃色,土質(zhì)不均勻,含云母,濕,中密,搖震反應(yīng)中等～迅速,無(wú)光澤,韌性低,干強(qiáng)度低,中壓縮性,層厚7.7～9.5m,底板埋深10.0～10.9m。

第③層黏土:褐灰色,土質(zhì)不均勻,含銹斑,有光澤,韌性高,干強(qiáng)度高,可塑,中壓縮性,層厚3.2～4.6m,底板埋深14.0～15.0m。

第④層粉質(zhì)黏土:褐灰色,土質(zhì)不均勻,含銹斑,稍有光澤,韌性中等,干強(qiáng)度中等,可塑,中壓縮性,層厚3.3～7.3m,底板埋深18.3～21.8m。

第⑤層粉土:白灰色～淺黃色,土質(zhì)不均勻,夾薄層粉質(zhì)黏土,含云母,濕,密實(shí),搖震反應(yīng)迅速,無(wú)光澤,韌性低,干強(qiáng)度低,中壓縮性,層厚1.2～3.8m,底板埋深21.0～23.3m。

第⑥層粉質(zhì)黏土:紅褐色,土質(zhì)不均勻,含銹斑,稍有光澤,韌性中等,干強(qiáng)度中等,硬塑,中壓縮性層厚1.0～4.3m,底板埋深22.0～26.8m。

場(chǎng)地內(nèi)基坑影響深度地下水類型為孔隙潛水,主要接受側(cè)向徑流和當(dāng)?shù)責(zé)o防滲措施的污水溝入滲補(bǔ)給,含水層巖性為第②、⑤層的粉土,第③、④、⑥為弱含水層?？辈炱陂g地下水位埋深2.6～3.3m,水位年變幅在1.0～1.5m。

3 基坑降水重要性

該工程地層地下水為潛水含水層,地層巖性以粉土為主。根據(jù)本區(qū)水文地質(zhì)條件,場(chǎng)地地下水主要由側(cè)向徑流入滲補(bǔ)給。本基坑支護(hù)主要采取土釘墻形式進(jìn)行,土釘墻支護(hù)成功與否的主要影響因素是地下水,地下水水位的高低直接影響土層的內(nèi)摩擦角的變化,給邊坡的穩(wěn)定性造成一定的影響,從而影響基坑的整體穩(wěn)定和施工的正常進(jìn)行,因此,降水的成功與否是基坑支護(hù)成功的關(guān)鍵[1]。

4 降水方案及參數(shù)的確定

本次降水的目的層為潛水含水層,巖性以粉土為主。根據(jù)本區(qū)水文地質(zhì)條件,場(chǎng)地地下水主要由側(cè)向徑流和當(dāng)?shù)責(zé)o防滲措施的污水溝入滲補(bǔ)給,補(bǔ)給充沛。為保證降水效果,降水方案擬采用管井抽水降水方法,井深約為13m,在第③層黏土中終孔。

4.1 降水管井設(shè)計(jì)

基坑深約5.1m,地下水按最淺埋深2.6m,地下水位降到基坑底0.5m 處,水位降深為3.0m,電梯井部位水位降深為4.0m。

1)含水層水文地質(zhì)參數(shù)的選取

根據(jù)區(qū)域供水水文地質(zhì)勘察和工程降水施工經(jīng)驗(yàn),選取含水層綜合滲透系數(shù)K=1.0m/d。

引用影響半徑采用下式計(jì)算

式中:R——引用影響半徑,m;

Sw——抽水井降深,m;

H——含水層厚度,m;

K——滲透系數(shù),m/d。

經(jīng)計(jì)算R=19.35m。

2)基坑概化半徑r0

式中:F——建筑物筏板外擴(kuò)1.5m 進(jìn)行1∶0.3 開(kāi)挖

放坡后的面積。

經(jīng)計(jì)算r0=23.76m。

3)基坑涌水量計(jì)算

式中:Q——基坑總涌水量,m3/d;

S——水位下降值,m;

H——含水層厚度,m;

K——滲透系數(shù),m/d。

經(jīng)計(jì)算整個(gè)基坑涌水量281.95m3/d。

4)管井單井出水能力計(jì)算

單井出水量為

式中:q——單井出水量,m3/d;

r——井半徑,m;

l——過(guò)濾器有效進(jìn)水段長(zhǎng)度,m;

K——滲透系數(shù),m/d。

經(jīng)計(jì)算q=27.69m3/d。

5)井點(diǎn)數(shù)量n

經(jīng)計(jì)算n=12。

6)降水井布置

降水井沿基坑外沿四周布置,間距約15m,在電梯井部位間距約為9m,增加2 眼降水井。在基坑中心設(shè)置1 眼觀測(cè)井。

7)基坑中心水位降深驗(yàn)算

潛水含水層浸潤(rùn)曲線為

式中:h——在井群抽水影響范圍內(nèi)某一點(diǎn)的水頭值,即h=H-s;

x1·x2…xn——從某點(diǎn)到井點(diǎn)中心的距離,m;其他符號(hào)意義同前。

最不利點(diǎn)選在基坑的中心點(diǎn),經(jīng)計(jì)算h=9.35m,水位降深為13.0-9.35=3.65＞3.0m 方案可行。

按上述設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算,降水井沿基坑外沿四周布置,間距約為15m,在電梯井部位間距約為9m。

因基坑面積較大,考慮工期要求,縮短預(yù)降時(shí)間,計(jì)劃在基坑內(nèi)增加4 眼井,間距約15m,作為臨時(shí)降水井點(diǎn),并且井位盡量靠近中間電梯井附近,井深約13m,以疏干基坑內(nèi)地下水。

降水井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):開(kāi)孔口徑φ600～650mm,一徑到底,井管采用外徑400mm、內(nèi)徑300mm 的水泥壁管和水泥濾管,濾管長(zhǎng)度約11.0m,濾料為φ1～2mm 的礫石,濾料要求磨圓度好,無(wú)明顯風(fēng)化現(xiàn)象。

4.2 降水管井施工

1)工藝流程

測(cè)量放點(diǎn)→鉆機(jī)對(duì)位→清水鉆進(jìn)→終孔驗(yàn)收→下入井管→人工填濾料→封井→洗井。

2)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

降水管井施工使用回轉(zhuǎn)鉆機(jī),其技術(shù)要求:

(1)成孔時(shí)使用清水鉆進(jìn),使外孔壁不形成泥皮,鉆孔時(shí)泥漿比重控制在1.1kg/cm3以下,成孔到設(shè)計(jì)孔底后如果泥漿比重超過(guò)1.1kg/cm3,應(yīng)對(duì)孔壁破壞井壁處理。

(2)清孔換漿后,下入內(nèi)徑300mm 水泥濾管,水泥濾管在下入時(shí)外纏40 目的濾網(wǎng)。

(3)管井使用1～2mm 濾料,并填至距地面以下2m。濾料必須用人工填入,填濾料時(shí)要對(duì)稱填入,防止因壓力不平衡而導(dǎo)致井管傾斜。同時(shí)填料時(shí)一定要均勻緩速填入,使濾料在井管周圍填實(shí),防止濾料膨積,形成虛填,有大孔隙,降水時(shí)導(dǎo)致孔壁坍塌。

(4)封井:降水井點(diǎn)的孔口2m 要使用黏土封井,黏土填入后用人工搗實(shí)。

(5)洗井:成井后必須充分洗井,保持濾網(wǎng)的暢通,洗井以達(dá)到水清砂凈為準(zhǔn)。

(6)抽水用水泵的出水量應(yīng)根據(jù)地下水位降深和排水量大小選用,并應(yīng)大于設(shè)計(jì)值的20%～30%。

(7)水泵應(yīng)置于設(shè)計(jì)深度,水泵吸水口應(yīng)始終保持在動(dòng)水位以下。成井后應(yīng)進(jìn)行單井試抽檢查降水效果,必要時(shí)應(yīng)調(diào)整降水方案。降水過(guò)程中,應(yīng)定期取樣測(cè)試含砂量,保證含砂量不大于0.5‰。

(8)在管路安裝完成后,即開(kāi)始抽水,同時(shí)進(jìn)行水位觀測(cè),觀測(cè)密度應(yīng)按照先密后疏的原則進(jìn)行。

5 降水技術(shù)措施

5.1 降水設(shè)備安裝要求

(1)對(duì)降水管井的孔口標(biāo)高及靜水位進(jìn)行測(cè)量,并做好記錄。

(2)抽水電泵下設(shè)距孔底1.0～2.0m 為宜,以防止井內(nèi)沉淀淤埋抽水設(shè)備。

(3)降水井及真空泵采用一機(jī)一閘,防止某個(gè)井孔出現(xiàn)問(wèn)題影響整體降水效果。

(4)降水井抽出的地下水排入基坑外側(cè)的沉淀池內(nèi),通過(guò)管道排入場(chǎng)區(qū)外市政排水管道,以免抽出的水就地回滲,影響降水效果,基坑內(nèi)的降雨積水通過(guò)盲溝進(jìn)入設(shè)置的集水井內(nèi),通過(guò)污水泵排出坑外[2]。

5.2 降水措施

(1)基坑降水期間,派專人進(jìn)行水位、水量測(cè)量,及時(shí)掌握基坑地下水水位的變化情況,為基坑施工提供第一手資料。

(2)為保證基坑降水正常運(yùn)行,現(xiàn)場(chǎng)采用雙路供電和配備備用發(fā)電機(jī)組,一旦線路停電,發(fā)電機(jī)隨時(shí)可以啟動(dòng)使用。

5.3 降水實(shí)施應(yīng)注意的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

(1)在建筑物、供排水管線、通訊電纜等設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn),當(dāng)臨近建筑物及路面、管線沉降接近臨界值時(shí),可啟用回灌井點(diǎn),進(jìn)行回灌,抬高其附近的地下水水位,以阻止和減緩地面沉降。

(2)冬期施工時(shí),對(duì)于總管要進(jìn)行保溫,防止溫差過(guò)大造成管道開(kāi)裂影響降水效果。

(3)夏季施工時(shí),降雨易于造成基坑內(nèi)積水,可采用基坑四周布設(shè)盲溝和集水井的方法,事先在集水井內(nèi)防止污水泵,雨量較大時(shí)啟動(dòng)污水泵,及時(shí)將坑內(nèi)雨水排出坑外,保證基坑安全。

(4)降水過(guò)程中,對(duì)降水井派專人不定期進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行處理,保證基坑的降水效果。

6 結(jié)論

(1)管井降水適用于粉土、粉質(zhì)黏土及砂土類地層,降水深度大,設(shè)備簡(jiǎn)單,維修方便,造價(jià)低廉。

(2)通過(guò)管井降水的實(shí)施,基坑未發(fā)生較大變形且沉降滿足設(shè)計(jì)要求,水位觀測(cè)結(jié)果顯示基坑內(nèi)水位位于基底以下1.0m,基坑坑底干燥,滿足施工要求,完全達(dá)到了預(yù)期效果。