淤泥质软土高承压水地层逆作深基坑降水施工

张涛

(中铁十六局集团公司北京轨道交通工程建设有限公司，北京 101100)

天津滨海于家堡地区属淤泥质软土地层，具有地下潜水位高，承压水头高，淤泥质软土层含水量大且渗透系数小等特点，盖挖逆作施工深基坑地下工程施工，对基坑浅层疏干降水和深层减压降水施工技术提出了较高的要求，采用有效基坑降水技术是保证特殊水文地质条件下整个基坑土方开挖和结构施工阶段基坑稳定的关键。

1 工程概况

于家堡站交通枢纽土建四标总建筑面积约65 395.9 m2，包括位于Z1线北侧的轨道交通B2线部分地下结构工程及部分社会车停车场工程。基坑深约17 m，围护结构采用地下连续墙;中间支撑桩柱采用钢管柱和钻孔灌注桩;主体结构为地下2层多跨式框架结构，采用盖挖逆作地模施工工艺。天津滨海于家堡地区属于冲海积平原，地质条件复杂，地下约18 m以上为淤泥质土层，塑性差，透水性差。地下约20 m～55 m范围为细砂层，含水量大，具有微承压性，埋深在18 m～20 m和55 m～60 m范围为粘土层，可视为相对隔水板。根据场地地下水埋藏条件，可将地下水划分为浅层地下水和深层承压水。浅层地下水埋深浅，初见水位0.50 m～1.50 m，深层承压水水头高度高，约－9 m。

2 逆作地下工程深基坑降水意义

1)有效减少被开挖土体的含水量，防止土体在开挖过程中发生纵向滑坡，便于挖掘机挖土、土方外运和坑内施工作业。

2)有效降低下部承压含水层的水头高度，防止基坑底板发生管涌、突涌等不良现象，确保基坑底板的稳定性。

3)有效减少逆作结构下部原状土体含水量，为结构施工提供足够的竖向承载力，同时保证逆作结构地模高程变化趋于稳定状态。

3 降水方法选择

降水井一般有电渗井点、轻型井点、喷射井点、大口径井点等方法。1)电渗井点，较为贵重，一般性基坑不宜采用，适用于淤泥质粘土。2)轻型井点，可降低水位，价钱较为便宜，但是有效深度不够，适用于挖深较浅的基坑，布设在基坑外侧，同时可起到加固土体的效果。粘土层不适用。3)喷射井点，含水量较高的土层，尤其是含砂土层适用，但出水量不大，一般用于辅助降水。4)大口径井点，也就是常说的管井，适用于渗透系数较高的土体疏干，加上真空负压后可用于粉土层、淤泥质粘土层。针对于家堡交通枢纽工程基坑较深、淤泥质粘土层、地下水丰富的特点，并结合经济效益方面因素考虑，综合考虑选用大口径井点降水方法。

4 降水井设计与布置

本工程降水井包括浅层疏干井和深层减压井(见图1)。

图1 浅层疏干井与深层减压井构造图（单位：m）

本基坑包括停车场基坑深16.0 m，B2基坑深17.0 m，根据计算，当开挖至基坑底时，承压水静止水位为9 m深时需要在坑内布置9口深层降水井，另考虑备用井按降水井的40%布置，则需布置3口坑内备用深层降水井，同时预留坑外观测井2口(见表1)。

表1 基坑降水井工程参数表

5 成井施工

施工机械设备降水井选用工程地质钻机及其配套设备。成孔时采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺。

1)钻进成孔。钻进时轻压慢转，当钻具全部进入粉土层及砂层后，可适当加压，提高转速。成孔施工采用孔内自然造浆，钻进过程中泥浆密度控制在1.05～1.20，当提升钻具或停工时，孔内必须压满泥浆，以防止孔壁坍塌。2)清孔换浆。钻孔钻进至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.50 m，进行冲孔清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调低，返出的泥浆内不含泥块为止。3)下井管。按设计井深预先将井管排列、组合，下管时所有深井的底部按标高严格控制，并且保持井口标高一致。井管应平稳入孔，每节井管的两端口要找平。为了保证井管不靠在井壁上和保证填料厚度，在滤水管上下部各加一组扶正器，保证环状填料间隙厚度大于180 mm，外包一层30目～40目滤网。下管要准确到位。自然落下，稍转动落到位，不可强力压下，以免损坏过滤结构。井管到位后下钻杆泥浆稀释，在稀释泥浆时井管管口应密封，使泥浆从过滤器经井管与孔壁的环状间返回地面，稀释泥浆应逐步缓慢进行。4)回填滤料。填滤料前在井管内下入钻杆至离孔底0.30 m～0.50 m，井管上口应加闷头密封后，从钻杆内泵送泥浆进行边冲孔边逐步调浆使孔内的泥浆从滤水管内向外由井管与孔壁的环状间隙内返浆，使孔内的泥浆密度逐步调低，然后开小泵量按井的构造设计要求填入滤料，并随填随测滤料的高度，直至滤料下至预定位置。填滤料时，根据孔口返水情况调整泵量。填滤料过程中要跟踪滤料上返高度，当滤料密实到设计高度后，向井管与孔壁间投粘土球止水，粘土球上部用粘土块填孔密实，防止泥浆及地表污水流入井内。5)洗井。在提出钻杆前利用井管内的钻杆接上空压机抽水洗井，吹出管底沉淤，直到水清不明显含砂为止。

6 抽水试验

在全部降水井施工结束后，进行1次单井及群井抽水试运行，检验施工用电及排水情况，同时观测各井水位，根据各井的实际位置和实际出水量，计算与确定含水层的水文地质参数。根据基坑分段开挖和支撑的施工实际工况，对降水运行进一步细化，提出每个工况下开启降水井的数量和井号，并计算出该工况下地下水位的安全深度，以指导降水运行。

7 降水运行

1)浅层降水井运行。a.浅层降水井降水应在基坑开挖前15 d～30 d或更早进行，以保证有效降低开挖土体中的含水量，确保基坑开挖施工的顺利进行;b.水位降至坑底设计标高以下至少0.5 m后，方可进行第一步土方开挖施工。

2)深层降水井运行。深层降水井的运行必须坚持“分层降水、按需降水、动态调整”，坚持运行过程的信息化施工管理;对于深层降水井，为减少降水对周围环境的影响，必须按需降水，随开挖深度的逐渐加大，逐步降低承压水头;降水运行时开启减压抽水井数量和抽水量大小，应根据基坑开挖深度和对应的安全承压水头埋深进行控制。降水运行时，随开挖深度的逐渐加大，逐步降低承压水头，以尽量减少减压降水引起的相邻地面沉降(见图2)。

8 信息化监测

降水运行过程中需对降水抽水量、基坑内外潜水位及承压水位、地表沉降、基坑位移等进行监测，并将各工况的进展情况及监测资料报送各参建单位，以便掌握降水运行的过程，提高预警机制。

图2 基坑开挖深度与安全承压水位埋深关系曲线图

9 逆作深基坑降水施工要点

针对淤泥质软土地层高承压水工程条件，深基坑降水除应满足一般基坑降水要求外，重点是控制好基坑地下水处理与土方开挖、盖挖结构施工之间的关系。1)土方开挖前，宜提前20 d进行降水，将地下潜水位降至基坑底开挖面以下1 m。针对淤泥质软土地层含水率大、塑性差，且透水性差的特点，可采用一般大口井点降水与真空泵相结合的方式，通过真空负高压将淤泥质软土水分有效疏干，为机械开挖土方提供基本的施工条件。2)土方开挖阶段应严格按照分层、分段、对称放坡开挖的原则进行施工，确保开挖土体边坡的稳定。3)对于深层承压水，宜重点处理好承压水头高度与土体开挖面的竖向位置关系，满足“按需合理降水，动态信息化监控”的基本原则，从而提高基坑稳定性，防止基坑突涌、围护结构渗漏等风险发生。4)盖挖结构层板施工时，地模下部原状土体应为上部结构施工提供足够的竖向承载力，因此，基坑降水宜适度、合理，严禁过度降水。

10 结语

深基坑降水效果对基坑的施工安全和施工质量有着重大的影响，在施工过程中应采取更加积极有效的方法，确保基坑稳定。本工程针对淤泥质软土富水地层特殊水文地质条件，总结提出了盖挖逆作深基坑工程浅层疏干降水与深层减压降水施工的关键技术，有效减少了土方开挖过程土体含水率，降低承压水头高度，同时为盖挖逆作结构提供可靠的地基承载力，确保了土方开挖和逆作结构施工的基坑稳定性，为类似工程的施工提供了可靠借鉴。

［1］ 赵志缙.简明深基坑工程设计施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2000.

［2］ 张永波，孙新忠.基坑降水工程［M］.北京：地震出版社，2000.

［3］ 付志华.深井井点降水在管沟开挖中的设计与应用［J］.山西建筑，2006，32(3)：122-123.

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