城市深基坑降水综合施工技术研究

城市深基坑降水综合施工技术研究

陈云飞

中铁九局集团第七工程有限公司  辽宁省  沈阳市  110000          

摘要：伴随国内城市建设步伐的加速，城市内人口剧增，特别是重点城市，公共交通与城市排污压力随之增大。为保障城市地面交通顺畅，各大城市纷纷转移方向，投入到城市地下空间建设中，随之轨道交通建设与市政管廊工程冉冉兴起，深基坑工程越发彰显其重要性，尤其是深基坑降水技术，其自身直接影响到城市地下的开发与使用，近几年其地位在基坑施工管理中稳步上升。为此本文通过对以往工程进行经验总结，结合目前基坑降水技术，着力研究综合降水工艺，致力于解决复杂地质，单一降水方法无法满足施工要求的情况下，如何保障深基坑工程安全及工期要求。

关键字：深基坑；井点降水；夹层水处理

1前言

城市内降水施工是深基坑工程的重要组成部分，经常性由于地理位置及地质多变等原因，地下水、地表水相互影响较大，传统的降水工艺通常无法满足业主工期要求，因此急需对基坑降水方法进行改进，形成一套基坑综合降水施工技术，本文主要结合呼和浩特市地铁工程深基坑降水实例，对深基坑降水技术进行总结归纳。

2工程背景

2.1工程概况

呼和浩特东站作为呼和浩特市在建城市轨道交通工程的唯一换车站，分为1号线部分与3号线部分，其中1号线部分结构为地下两层双柱三跨结构，基坑采用钻孔灌注桩+混凝土土支撑+钢管内支撑形式，车站基坑长度222.5m，宽度24.7m，深度17m，大小里程盾构井端头宽度为29.3m，深度为17.44m。3号线部位结构为地下三层双柱三跨结构，基坑支护形式与1号线相同，车站基坑长度157m，宽度24.9m，深度25.16m，大里程盾构端头宽度为31.45m，深度为25.4m。

2.2地质情况

该站深基坑工程所涉及的地质情况主要有①1杂填土、①2素填土、①3填筑土、③1黏土、③3粉土、③43粉砂、③44粉砂、③63中砂、③64中砂、③83砾砂、③84砾砂、③93圆砾、③94圆砾、④2粉质黏土、④3粉土、④44粉砂、④64中砂、④94圆砾。

2.3水文地质

根据该站现场水文地质勘察报告显示，呼和浩特东站所在区域在地下18m位置存在一层地下水，厚度约为1.5m，为第四系孔隙潜水，具体详见下表：

地下水特征表                         表2.3-1

3 基坑降水设计方案

3.1基坑外降水井设计及布置技术

3.1.1基坑降水参数选用

1.降水井直径：A=0.54m；（注：呼市当地降水井成井设备成井直径A=0.54m~0.6m，其他区域可根据地方情况进行优化）。

2.潜水含水层厚：H=19m；（注：潜水含水层厚度是指潜水面与坑底以下稳定隔水底板之间的距离）。

3.地下水位深度为18.25m；（注：详见施工图纸或勘测报告）。

4.取岩土工程勘察报告中综合抽水试验渗透系数K=44.2m/d;（勘察报告给出各土层渗透系数，室内试验无本站地层，水文试验是农长区间值，建议值基本依据《铁路工程地质手册》，呼市地区砾砂层抽水试验值为70~90m/d，圆砾层试验值为110~150m/d，结合详勘报告中各土层分布情况，及对应渗透系数经验值，还有呼和浩特地区多年的水文试验数值，综合以上各种因素，最终取渗透系数：K=44.2m/d）。

5.该基坑所需降水深度（设计降深：为基坑所在土层的地下水位到降水施工后的稳定水位的距离。根据引用规范中内容描述，基坑降水后的水位应最低应低于基坑底下0.5m。结合该站设计的基底深度和地铁工程施工的复杂性。综合考虑取基底最深处后在低于该处1.5m。该站基础底标高最深为1045.966，考虑防水保护层、防水层、砼垫层共0.3m，目前地下水位实测为1057.402，设计降深＝1057.402－0.3－1045.966－1.5＝9.636m）。

6.降水井分布范围内水力坡度取i=1/15（按降水稳定后基坑中心地下水位为最高点，按1/10的水力坡度估算井水位降深约为10.0m）。

7.滤管半径（注：所使用的的降水井管材的半径）。

3.1.2基坑降水计算

依托裘布依群井理论，可视基坑为一等代大井，结合该基坑地质、水位情况及降水要求，我们采用潜水非完整井稳定流模型进行设计计算，基坑四周环形布井（降水井排间距35.65m），计算如下：

（1）降水影响半径：

根据公式进行计算：

式中：—降水影响半径(m)；

—井水位降深(m)，；

—渗透系数(m/d)，取44.2m/d；

—潜水含水层厚度,取19m。

（2）基坑等效半径：

其中：— 基坑面积，（降水井距基坑边缘按1.5m考虑，则基坑面积按5512㎡计算。）

（3）基坑总涌水量：

可按公式来计算

式中：—基坑降水的总涌水量(m3/d)；

—基坑地下水位的设计降深(m)；

H—潜水含水层厚度，取19m；

h—降水后基坑内的水位高度，；

L—管井过滤器的进水段长度，取1.2m。

（4）管井的单井出水能力可按下式计算：

—单井出水能力(m3/d)；

—过滤器半径（m）；

—管井过滤器的进水段长度，取1.2m。

（5）降水井的数量：

根据公式来计算降水井的井数

（6）井距：

根据公式计算出井距，其中L为基坑周长，此处为388.9m。

综上所述，考虑基坑周边构筑物情况，将降水井井距定位7m，综合考虑，3号线设置54口降水井。

（7）降水井深度：

可按公式来计算井深

式中：— 降水井深度；

—基坑深度，取25.4m；

—降水水位距离基坑底要求的深度，取1.5m；

—ir0；i为水力坡度，取1/15；r0为降水井排距的1/2；

—降水其间地下水位变幅，取2；

—降水井过滤器工作长度，取1.2m；

—沉砂管长度，取2m；

综合考虑3号线基坑降水井井深为33m，间距7m，共计54口，沿基坑环向布置。

3.2基坑内明（盲）排水系统

3.2.1基坑内明（盲）排水设计

综合考虑基坑外降水情况及加强基坑内防水材料防水效果，在基坑内侧，设计一道排水盲沟，该盲沟位于距基坑内壁0.2m~0.4m的位置，深度为0.6m，宽度为0.4m，沿基坑长边（纵向）方向设3‰的坡度，短边（横向）设3‰的坡度，确保坑内水流统一临时流入集水井内，集水坑每施工段设置2处。盲沟构造主要为底部铺设0.8mm防水布，上部采用15cm卵石，然后回填级配碎石，具体位置在横向排水盲沟中间，积水坑内水通过10m³/d的潜水泵抽至地面上最近的雨污水井里面。

3.2.2基坑侧壁盲排水设计

在进行深基坑开挖过程中，时而会由于基坑局部地质勘测不准，夹层水遇不透水层土质时，基坑内壁常会发生渗水现象，特别是非全封闭基坑，桩间土体在采用网喷混凝土后，发生渗水现象，为此为保障防水材料的发水效果，采用PVC管引流形式进行基坑侧壁夹层水导流，主要方法为在渗水处侧壁切口，放置外包80目纱网的引流管，然后在外部采用防水砂浆抹平，引流管直至基坑底盲沟内，统一抽排到基坑外。

3.2.3主要技术指标

（1）竖向引流管采用Ф80PVC管，PVC管上梅花形钻孔作为渗水孔，间距1.5cm，全部迁入侧壁内，每节1m，采用搭接形式（上部管材在下部内），折角采用同材质不同角度弯头进行顺接，直至盲沟处。

（2）引流管外侧采用双层透水纱布进行包裹，以防土壤中砂砾填充渗水孔。

（3）Ф80渗水PVC管在基坑底折角处弯头宜为5°~15°，针对基坑内壁土壤流失较大处，采用注浆方式进行处理，浆液正常情况下为水泥水玻璃双液浆，注浆压力控制在为0.3Mpa~0.5Mpa,浆液水灰比=1:1。

3.3主要施工工艺及控制措施

3.3.1施工工艺流程

3.3.2施工操作要点

（1）埋设护筒

护筒采用钢板制成钢管，护筒底部需要进入原土层，护筒埋设采用机械开挖，然后放入土内。

（2）钻机成孔

在护筒安装完毕并进行定位复测，待复测合格后进行降水井钻孔，降水井深度必须达到设计深度。

（3）吊放井管滤管

本工程井管采用无砂水泥管，过滤器采用包裹两层纱网的竹笼过滤器。

（4）填滤料

滤料作为降水管井与侧壁土壤之间的隔离层，必须采用人工对称填筑，确保管井位于中心位置，同时填筑过程中要时刻关注填筑高度。

图3.3-1填滤料示意图

（5）洗井

洗井主要采用污水泵进行，在洗井过程中要时刻关注滤料是否下沉，及时补充，同时应反复进行清洗，直至水清砂净为止。

图3.3-2 洗井示意图

（6）水泵安装

潜水泵采用尼龙绳缓慢放入井中，同时铺设配套的电缆与电闸箱，安装漏电保护系统和自动水位控制系统。

图3.3-3 水泵安装示意图

（7）铺设排水管网

在管井中潜水泵安装的同时，在基坑外围挡下安装排水主管道，主管线为直径φ168mm的钢管，主管道与每个潜水泵之间采用独立连接，配有水表，并配有高压螺旋式阀门，同时在主管道端头设置两级净水沉降池，沉淀水中杂物，最终排入到市政雨水井中，考虑冬季降水需求，排水管道在安装时，外部采用自控温加热带+橡塑海绵保温板，沿管道全覆盖，可满足冬季排水管施工温度要求（零下15℃以上）。

（8）抽降

在所有降水设施安装完成后，进行试降水，待单井降水深度满足要求后，正式进行降水，降水过程中时刻观察水位，通过潜水泵水位自动控制系统，智能化启停潜水泵，以达到最优能耗。

（9）水位观测

基坑降水正式开始初期（一周左右），每天进行2次观测，间隔12h，之后待井内水位趋于稳定，降低观测频次，定位每天1次。

（10）降水

在基坑开挖前15天开始启动降水井抽水，降水降至基底以下1.5m，降水过程中注意对降水井的保护，在降水抽排过程中派专人进行值班，做好每日降水量记录，了解基坑降水状态，对存在问题的潜水泵及其线路进行维修。

（11）抽水运行

考虑基坑降水过程中，土壤的流失及基坑稳定性问题，在日常潜水泵使用期间，执行水样检测制度，每月2次，明确水中含砂量要求，即水中含沙量应控制在1/10000以内，以防止因水土流失造成基坑周边塌陷。

（12）降水维持期的施工要求

1）排水管网汇集处的沉淀池位置应合理选择，沉淀池大小尺寸应综合考虑场地清理用水需求，同时应高于所接入的市政排水管顶标高，避免发生导流现象。

2）基坑降水期间，应每日对降水井进行巡查，确保潜水泵运转正常。

3）现场应配备供配电系统，供电量根据水泵最大功率而定，并配有发电机组，以便在临时停电时使用，同时为确保水泵正常使用，对电机设备配有补偿器。

4）合理选择观测井，确保基坑外水位趋于平稳。

5）基坑降水任务完成后，采用集配砂对管井进行回填，同时地面下1m采用C20混凝土进行灌注封堵。

6）在基坑降水维持期，禁止私自开关水泵，同时水泵功率根据基坑内降水效果，实行实时控制，确保基坑降水满足施工要求。

4结论

通过本文对常规情况下深基坑降水方法进行研究、总结，主要采用基坑外强排、基坑内引流相结合的方式，形成一套系统的深基坑降水体系，结合考虑降水材料区域性、降水地质多样性因素，可通过合理增加相关有效的辅助降水措施，最终来达到满意的降水效果，同时本文中阐述的综合降水施工方法是在北方工程的基础上研究、总结出来的，针对南方区域工程，建议首先强化基坑封闭性，优化基坑开挖方式，然后结合本文降水方法，将会取得更佳的深基坑降水效果。

参考文献：

【1】刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M]

北京：中国建筑工业出版社，1997

【2】中国建筑科学研究院.JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程[S]

北京：中国建筑工业出版社，1999

【3】《管井技术规范》GB50296-2014；

【4】《建筑与市政工程地下水控制技术规范》（JGJ 111-2016）；

【5】《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）。