浅谈气举法基坑降水技术的应用

浅谈气举法基坑降水技术的应用

刘健1袁兴明2

身份证号码：15210419780814xxxx；身份证号码：44148119900322xxxx

摘要：在地下工程施工中，基坑降水采取了管井降水的方案，以确保基坑内部土方开挖能在干燥条件下施工。不过传统的管井降水在工艺和经济上都具有一定的局限性，本文主要讲述的是本工程采用气举抽水的方式实施基坑降水，将降水井与立柱桩合为一体成桩施工，降低入岩施工的难度，减少降水井、立柱桩等桩孔成孔工程量，可以有效降低管井堵塞的机会，提高降水井的有效利用率。

关键词：基坑降水；管井降水；局限性；气举抽水

1、工程概况

广州市某地铁工程站位于新滘中路、海珠湖公园北门，地表为城市主干道，车站沿新滘中路布置，呈东西走向，地下管线复杂。车站采用明挖法施工，主体结构采用1000mm厚地下连续墙作为围护结构。

该车站基坑开挖范围广泛存在残积土，该土层遇水易崩解，因此本基坑考虑采用降水施工，采取以管井降水为主，排水沟明排为辅的降、排水体系。车站基坑管井沿基坑纵向布置，间距约20m，在开挖期间应随开挖逐步降低地下水位，基坑外不降水，基坑内侧设降水井。每次降水深度为基坑开挖面以下1.0米,基坑外侧可结合施工实际情况设置回灌井，以防坑外水位大幅下降。

2、深基坑降水的传统方法和局限性

基坑降水是指在开挖基坑时,地下水位高于开挖底面,地下水会不断渗入坑内，为保证基坑能在干燥条件下施工,防止边坡失稳、基础流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降而做的降水工作。

随着社会经济的进步，城市建设越来越向纵深发展，特别是高大建筑和城市轨道交通建设的需求越来越大，深基坑施工项目越来越普遍。在很多的地下工程施工中，基坑降水采取了管井降水的降水方案，一般沿基坑纵向布置直径600mm~800mm的降水井，深度在基坑底开挖面一下2~3m，间隔根据地层渗透特点15~20m左右，管井中放置潜水泵，进行不间断抽水，使基坑内地下水位降至开挖面以下1.0m左右，以确保基坑内部土方开挖能在干燥条件下施工。

管井降水施工时一般利用桩机成1000-1200mm的桩孔，采用在基坑边钻大直径的（一般600～800mm）降水井，采用潜水泵进行抽水。井径必须满足能放进潜水泵，且必须在周边回填砾石或卵石已形成滤水层、设过滤器，防止井外的泥砂等堵塞水泵，所以成孔较大。在入岩较多的基坑，给立柱桩、抗拔桩、降水井成孔施工带来一定的困难，在土方开挖过程中，降水井由于泥沙堵塞而失效导致基坑降水效果差的案例比比皆是。

3、气举抽水的应用背景及在国内的应用情况

气举原是一种人工举升采油方式。在石油采油过程中，当地层供给的能量不足以把原油从井底举升到地面时,油井就停止自喷，为了使油井继续出油,人为地把气体(天然气或空气)压入井底,使原油喷出地面的。

近年来，在钻孔灌注桩的成孔过程中，把气举工艺应用于二次清孔，其清孔效果远好于一般清孔工艺。

2016年以来，上海金泰、徐工等双轮铣槽机生产厂家在双轮铣槽机国产化生产过程中，又率先在双轮铣上应用了气举反循环的排渣工艺，在基础施工高端设备上打破了该领域长期被国外技术和价格垄断的局面。

2004年，广东省地质科学研究所的林毅曾经记录了广州某工地应用小口径气举抽水进行基坑降水的案例，但仅仅是在该项目局部成孔困难的管井应用，其他未见大规模、系统应用的成功案例。

4、气举法基坑降水技术在本工程的应用及创新点

4.1气举法基坑降水技术在本工程的应用

本工程车站基坑开挖范围广泛存在残积土，该土层遇水易崩解，因此本基坑考虑采用降水施工，采取以管井降水为主，排水沟明排为辅的降、排水体系。车站基坑管井沿基坑纵向布置，在基坑边钻大直径的（一般600～800mm）降水井，间距约20m，在开挖期间应随开挖逐步降低地下水位，基坑外不降水，基坑内侧设降水井。每次降水深度为基坑开挖面以下1.0米,基坑外侧可结合施工实际情况设置回灌井，以防坑外水位大幅下降。

传统的管井降水必须满足井径能放进潜水泵，必须设有过滤器，防止井外的泥砂等堵塞水泵。在土方开挖过程中，降水井由于泥沙堵塞而失效导致基坑降水效果差的案例比比皆是。

由于本工程车站在地面以下13米左右进入强风化带、在地面以下20米左右进入中风化带，基底深度约27.5米，入岩厚度大，给立柱桩、抗拔桩、降水井施工带来一定的困难。

为此，本工程车站尝试采用小口径降水井、采用气举法基坑降水，缩小管井口径，会给成孔施工带来一定的便利，将降水井与立柱桩合为一体成桩施工，还可以有效降低管井堵塞的机会，提高降水井的有效利用率，缩短工程施工工期。

4.2气举法基坑降水技术在本工程的创新点

4.2.1将钻孔灌注桩气举反循环排渣清孔的工艺，应用到基坑降水的长期抽排水的降水过程中，气举抽水同时也将井内所有杂物清洗干净，避免以往施工过程管井堵塞和失效的现象。

假定管内水柱为一可动活塞，抽水时水管外的水在静止时和管内一致，即水头相等。当气流进入“水泵”后，以进气管为界，则上下水头差为ΔH＝H外－H内＝h。气体的扩散总是向压力小的空间扩散，H外＞H内，可动活塞的存在，保证了气流按预定方向扩散；当气流以高速进入H内的水柱后，就形成了水气混合物，且气流速度越快，混合越充分，混合物密度越小，由于ρ内＜ρ外，△p=ρ内gh－ρ外gh＝△ρgh，由于压力差和“制导”可动活塞的存在，所以水气混合物就会向预定管外流动。假定△p=0，即ρ内gh混＝ρ外gh水，所以抽水高度H＝h混－h水＝ρ外gh水/ρ内g－h水＝△ρh水/ρ内，所以当△ρ一定时，抽水的理论高度随管外水头高度的增大而增大，同时当h水一定时，抽水的高度随管内气水混合物的密度的减小而增大。

4.2.2设计一套送气和回水管道线路，基坑内所有管井通管统一空气压缩机泵站提供高压空气，通过阀门控制各个管井的工作状态，同时，出水口所有抽排水通过管道进入沉淀池等水处理和泥浆处理管路，作为施工循环用水、连续墙施工等循环造浆用水循环利用。

气举法基坑降水工作原理

4.3.3管井设计为直径300mm的小口径，且与格构柱共用一个桩孔，减少降水井、格构柱成孔工程量。

旋挖钻成孔直径1200mm，降水井井管300mm，井管钢管壁开孔‚60@150x150，外包3层60目尼龙布。加工完成后与格构柱焊接固定在一起，在成孔后清孔完成后一起吊装安放，格构柱混凝土浇筑灌注到基底平面。管井底部与混凝土面持平，保证了管井底部密闭，防止砂土倒灌。混凝土浇筑完成后，管井周边回填粒径5-15mm的圆形或亚圆形砂卵石。

5、小结

从总体上来说，本工程应用去举法基坑降水技术的目的在于针对现有潜水泵管井降水的不足，提供一种与格构柱等其他工程桩共用桩孔、并且能有效提高管井利用率的降水方法。通过研究气举抽水的管井构造设计以及施工工艺流程、气举抽水基坑降水的设备和管道配置、场地布置要点，取得全面应用的关键参数和数据、气举抽水基坑降水在施工过程中的管理和与其他各工序的有效协同、通过监测数据了解气举抽水对基坑周边沉降以及围护结构安全的影响，可以形成相应工法进行推广应用。