多种技术手段在基坑地下水控制中的应用

孙加永

(中铁电气化局西铁工程公司,陕西西安 710032）

多种技术手段在基坑地下水控制中的应用

孙加永

(中铁电气化局西铁工程公司,陕西西安 710032）

通过一例基坑地下水控制的实例,介绍了多种手段在基坑地下水控制的综合应用,特别是在厚砂层中的帷幕施工及局部地下水的控制,对类似基坑有参考意义。

基坑工程;地下水控制;止水帷幕

1 工程概况

北京市设计师大楼工程,位于东北郊,为地下3层、地上6层公建,建筑物南北长120 m,东西宽60 m,实际基坑开挖深度13.0 m,局部开挖深度15.0 m。由于工程所在地区地下水丰富,水位高,下部存在厚达3 m的粉细砂层,地下水的控制成为施工重点,本文主要对工程中地下水的控制进行论述。

2 工程地质、水文地质条件

2.1 工程地质条件

根据岩土工程报告提供的资料,在25.0 m勘察深度内的地层主要为人工土层及一般第四纪沉积层,根据其沉积年代、成因类型及岩性的不同,共划分为7个大层,自上而下分述如下:

(1）人工填土层(Qml）

①大层:表层为粘质粉土、粉质粘土填土①层,房渣土①1层,该层厚度0.30～2.30 m。

(2）第四纪沉积层(Qal+pl）

②大层:层顶标高32.08～33.50 m以下为褐黄色、中密、可塑～硬塑的粉质粘土、砂质粉土②层及褐色、中密、可塑的粉质粘土②1层,该层厚度1.60～3.30 m;

③大层:层顶标高29.29～31.00 m以下为黄色、灰色、中密、可塑的重粉质粘土、粉质粘土③层,黄色～灰色、中～中上密、可塑～硬塑的粘质粉土、砂质粉土③1层及灰色、中密、可塑的粘土③2层,该层厚度2.00～5.00 m;

④大层:层顶标高25.08～28.90 m以下为灰～褐黄色、密实的细砂、粉砂④层及灰～黄灰色、中密、可塑的砂质粉土,该层厚度6.00～9.90 m;

⑤大层:层顶标高18.49～20.22 m以下为灰～黄灰色、中上密、可塑～硬塑的粉质粘土、粘质粉土⑤层及灰～黄灰色、中上密、可塑的砂质粉土⑤1层,该层厚度1.20～2.90 m;

⑥大层:层顶标高16.41～17.60 m以下为褐黄～灰黄色、中～中上密、硬塑的粉质粘土、重粉质粘土⑥层及褐黄～黄灰色、中上密、硬塑的粘质粉土⑥1层,该层最大揭露厚度为8.10 m;

⑦大层:层顶标高9.08～9.23 m以下为褐黄色、密实的粉砂⑦层,该层最大揭露厚度为1.20 m。

2.2 水文地质条件

第一层地下水静止水位标高为31.73～33.38 m(埋深0.40～2.40 m）,地下水类型为上层滞水。

第二层地下水静止水位标高为28.33～31.28 m(埋深3.00～6.00 m）,地下水类型为潜水。

历年最高水位标高:1959年接近自然地表;近3～5年水位标高32.00 m。

3 地下水控制方案

3.1 基本方法

考虑到本工程地下水位较高,水量丰富的特点,并满足北京市2008年3月《北京市建设工程施工降水管理办法》与《北京市建设工程施工降水管理办法实施细则》限制基坑施工进行地下降水的规定,本工程不得使用管井降水。

地下水控制的总体思路为:通过帷幕切断地下水的补给,通过排水对所施工土体进行疏干。

采用护坡桩+高压旋喷桩的形式组成帷幕进行隔水,切断地下水的绝大部分补给;采用管井方式对开挖范围内土体中水进行疏干,便于土方开挖作业;基槽底部采用明沟排水,对坑内水进行汇集排出;对局部加深部位采用超轻型井点方式对地下水进行强排,保证结构施工的进行(参见图1）。

图1 隔水及降水简图

3.2 地下水控制方案

3.2.1 围护结构

围护结构由护坡桩+高压旋喷桩联合组成,护坡桩及旋喷桩间重合部分为100 mm,通过两种桩的咬合,组成闭合的围护结构,阻断地下水的补给。具体参数如下:

护坡桩桩径600 mm,桩间距1.20 m,桩顶位于地表下4.5 m,桩长16.00 m,保持桩端进入相对的隔水层⑤粘土层不小于1.0 m,为达到经济合理的效果,护坡桩有配筋部分长度为12.0 m。

高压旋喷桩桩径800,桩间距为1200 mm,两侧与护坡桩相切100 mm,桩顶标高及桩底标高与护坡桩顶标高一致。

3.2.2 疏干措施

疏干部分针对围护结构内的土体进行,整体采用疏干井对土体进行疏干,便于土方作业的进行,在开挖至设计深度后,对残留水采用明沟排水方式进行,由于帷幕不具有降水的作用,针对基坑中局部加深部位,采用了超轻型井点方式进行了地下水的抽排,保障了结构施工的进行。

疏干井主要布置在基坑围护结构内侧施工肥槽中线上,孔径600 mm,井间距15.0 m,深度20.0 m,井管为直径400 mm的水泥砾石滤水管,共设计疏干井20眼。井管外填入直径为2～4 mm的砾石及中粗砂的混合料。为加快疏干速度,基坑中部也进行布设,深度12.0 m,避免扰动地基土层。

在肥槽内设置宽度500 mm、深度400 mm的排水明沟,排水沟坡度为1%,地层中渗出的地下水通过排水沟流入集水坑,用污水泵将水排出基坑。

图2为地下水的控制系统剖面图,止水帷幕起截水作用,疏干井对维护结构内土体水进行疏干,对地下水进行控制。

图2 地下水控制剖面图

3.2.3 局部处理

由于基坑内部存在局部加深的集水坑及电梯井(一般深度2.0 m）,为保证正常的结构施工,采用超轻型井点进行局部降水,超轻型井点的井间距为1.0 m,井点深度2.5 m,每组井点的数量不大于30个,保证较好的真空度达到强制抽排的效果。参见图3。

图3 局部处理剖面图

4 施工过程

总体施工顺序为:排水井施工→护坡桩施工→高压旋喷桩施工→土方开挖→基槽底部排水沟及局部超轻型井点施工。

4.1 排水井施工

采用反循环钻机进行施工,在滤水管外包覆80目纱网,滤料选用干净石屑及中粗砂混合物,针对地层中粉细砂层较厚的特点,要求滤料混合均匀,填料要连续均匀,达到较好的滤砂效果。在填料完成后及时洗井,保证成井质量。

4.2 护坡桩施工

采用长螺旋钻机成孔,在提钻过程中通过钻杆中心泵送混凝土压灌成素混凝土桩,然后通过振动送笼装置将钢筋笼插入混凝土中形成护坡桩,在成桩过程中加强垂直度及压灌混凝土质量控制。主要工艺流程如图4所示。4.3 高压旋喷桩施工

图4 护坡桩工艺流程

旋喷桩采用长螺旋高压旋喷方式施工,比传统工艺,成桩直径大(可达到800 m）,在砂卵石地层中成形理想。工艺为先采用长螺旋钻机带水钻进至设计深度,使桩体部分土体松散,然后采用反转钻杆方式提钻,将钻头提出后进行通浆,然后反向转动钻进并喷射高压水泥浆,如此反复进行旋喷,形成桩体。高压旋喷的主要施工要点为浆体压力及垂直度及提钻速度的控制,就本工程来说,较理想参数为:喷射压力10～15 MPa,浆泵流量85～120 L/min,浆液配比0.6∶1～0.5∶1,提升速度0.05～0.25 m/min,旋转速度10～25 r/min。

工艺流程如图5所示。

图5 高压旋喷桩工艺流程图

4.4 排水沟及超轻型井点的施工

排水沟位于预留肥槽内,由于地层为粉细砂层,在使用过程中易造成淤积影响排水效果,因此经现场试验后在成形水沟底部及侧面铺80目纱网,在水沟内填入5～20 mm碎石缓解粉砂的淤积,达到排水的目的。在主体结构施工回填肥槽前,在水沟上部采用塑料布覆盖,有效保持填料的通水性,防止上部回填土造成淤积。

由于隔水帷幕缝隙的存在及地层中水的存在,局部加深部位采用超轻型井点进行单独处理,超轻型井点施工部位为局部加深的电梯井及集水坑,井管采用直径20 mm铁管,下部设滤水段,采用水冲法成孔,填入中粗砂作为滤料。集水管采用暗管埋入垫层下部,通过主管道接至真空泵,与传统的大口井方式相比,超轻型井点具有不影响结构的施工、排水系统便于维护的优点。

5 实际效果

从基坑完成后的实际效果看,本体系能够有效地控制地下水,土方开挖完成后基底干燥,局部加深部分无水,帷幕隔水效果良好,结构施工能正常进行,特别是由于采用了长螺旋高压旋喷工艺,隔水的同时使厚粉细砂层得到固化,解决了桩间土支护的流砂问题,提高了支护施工的进度及安全性。

但也存在明显的不足部分,主要表现为两个方面:(1）部分桩咬合不紧密,造成帷幕的渗漏,主要原因为桩及旋喷桩施工过程中个别桩存在偏差,主要是垂直度的偏差造成咬合不好造成渗水及流砂; (2）由于地下水位较高,随深度增加水压增大,造成在锚杆施工过程中地下水从锚孔中流出,因此锚杆注浆过程有浆体流失现象,通过二次压浆进行了补偿。

6 结语

随着北京市《北京市建设工程施工降水管理办法》与《北京市建设工程施工降水管理办法实施细则》的实施,本工程多种手段控制地下水的方式可供类似工程的参考。

[1] 滕延京,等.地基基础工程技术实践与发展[M].北京:知识产权出版社,2008.

[2] 虎胆.吐马尔白,等.地下水利用[M].北京:中国水利水电出版社,2008.

[3] GB50021-2001,岩土工程勘察规范[S].

Application of Several Technology Means in Foundation Pit Underground Water Control

SUN Jia-yong(CREC E-lectrification Bureau Xi’an Railway Engineering Co.,Ltd.,Xi’an Shaanxi 710032,China）

The paper introduced the comprehensive application of several technology means in foundation pit underground water controlwith an engineering case,the local underground water controlwith water-sealing curtain in deep sand forma-tion would be the reference to the similar engineering.

foundation pit engineering;underground water control;water-sealing curtain

TU46+3

:A

:1672-7428(2010）05-0067-03

2010-03-05;

2010-04-27

孙加永(1976-）,男(汉族）,江苏徐州人,中铁电气化局西铁工程公司机械化公司副总经理,水文地质与工程地质专业,从事施工与管理工作,陕西省西安市东二环金花北路25号,40070426@qq.com。