地铁工程中深基坑降排水施工技术

2016-02-08方佳

设备管理与维修 2016年12期

关键词：出水量管井涌水量

方佳

（中铁十八局集团第四工程有限公司，云南昆明650500）

地铁工程中深基坑降排水施工技术

方佳

（中铁十八局集团第四工程有限公司，云南昆明650500）

在地铁工程施工过程中，深基坑排水施工是保证工程质量的基础，做好地铁工程深基坑排水具有重要意义。以实际工程为例，从基坑降排水方案设计、深基坑排水施工等方面，探讨深基坑排水施工技术。

地铁工程；深基坑降排水；井点布置；环形封闭

1 工程概况

某地铁工程为双层结构，基坑为宽度22.8 m，长度27.6 m的长方形结构，基坑采用明挖法进行施工，由于基坑深度达18 m，为保证施工安全，需要采取相关措施将地下水降至20 m以下。主要地质情况如下。

（1）开挖深度范围内核基坑以下土层渗透性比较强、含水量高，含水后地层自稳性差，强度低，开挖过程中容易出现侧向变形，影响开挖面的稳定性。

（2）粉、细砂和粉土的含水量比较高，土层呈中等压缩性，强度比较低，中、高灵敏度。开挖过程中，受地下水水头影响容易出现涌砂、涌土、开挖面稳定性差等情况，会影响施工质量。

（3）车站施工过程中需要进行大面积降水，容易使道路和四周的地面出现沉降。由于道路两侧主要为高层建筑，存在比较大的施工风险。

（4）场地20 m深度范围中所分布的②-4d4-3松散、稍密中砂和②-3c3稍密粉土进行贯入试验后，判定为液化土层。

2 设计降水方案

2.1 拟定降水方法

根据本工程的施工条件，对地质资料进行充分研究和分析后，综合对比了管井、轻型、喷射、电渗几种常用的降水方式的综合效益，分析上述几种降水方式对基坑后续施工所产生的影响后，最终选择管井法进行降水。

2.2 井点布置方法

由于本工程基坑为近似于正方形的长方形结构，因此使用环形封闭的方式布置管井，考虑到本工程降水层主要为基坑底部承压含水，而且降水深度比较大，因此最好选择坑外降水进行施工。选择这种施工方式，对后续各工序产生的影响比较小，结构施工完成后不需要进行封井，管井实际布置时，为了保证在不影响周围道路车辆通行的前提下顺利施工，保证后续施工顺利开展，选择基坑内、外相结合的布井方式[1]。坑内降水井同时作为减压井和疏干井使用，可以将二元结构体疏干至硬塑或可塑状态，以便施工顺利开展。坑外布置减压井主要为了便于结构进行封井施工。

3 降水方案的计算

3.1 计算基坑水力

由于基坑开挖为二元结构含水层，降水主要受承压水和潜水影响，经过分析后潜水对基坑影响不大，因此主要对承压水含水层进行降水施工。基坑总涌水量使用公式（1）进行计算，抽水影响半径R由公式（2）计算，引用半径R0见式（3）。

式中Q总——基坑总排水量，m3/d

K——含水层渗透系数，经过计算K取加权平均值，K= 15 m/d

M——承压含水层厚度，M=45 m

R——抽水影响半径，R=45 m

Sw——设计基坑水位降深，取S=21 m

F——开挖面积，取F=600 m2

R0——引用半径，取R0=45 m

经过计算后，Q总=21786 m3/d。

3.2 单井涌水量计算

单井涌水量q使用公式（4）计算。

式中q——单井涌水量

r——过滤器的半径，取r=0.2 m

K——渗透系数，K=15 m/d

l——过滤器有效长度，l=15 m

经过计算后，q=2786.8 m3/d。

3.3 确定管井数量

管井数量主要是根据单井涌水量和总涌水量进行试算后得到的，根据单井涌水量和基坑总涌水量以及成井材质和工艺差异性形象，设计单井涌水量一般要比计算值小，此次施工设计单井涌水量为2100 m3/d。初步确定管井数量n见式（5）。

经验证后，设置11口管井出水量可以达到要求。

3.4 降水井布置以及降水井深度确定

由于本基坑工程使用封闭是管井降水的防水进行管井的布置，因此所有的管井均布置在开挖基坑外部边缘围护桩外部1.5 m左右的位置，在进行施工时，要先将建筑物基础和地下管线的

式中q——设计单井出水量，q=2100 m3/d

D——过滤器外部直径，D=530 mm

A——经验系数，a=3.65 d/mm。

经过计算，l=14.46＜15 m，达到了设计要求。

单井深度用公式（7）计算。

式中Hm——管井深度，m

H——基坑深度，m

h——井点外露的高度，m

l——井点管距离，m

i——降水区水力坡度，m

Y——过滤器工作部分的长度，m

Z——降水期间地下水位变化幅度，m

T——沉砂管长度，m

经过计算后得出管井深度为38.2 m。

3.5 基坑四周沉降控制和参数设计

埋设好井点后进行抽水时，井内水位会降低，四周含水层中的水会不断流向滤管中，一段时间后井点四周会出现漏斗状弯曲水面，导致地面固结沉降。降水过程中，降水面和原地下水未面之间的土层会出现固结，并导致自重应力情况下沉降值增大。所以，因降水造成的地面沉降会以这部分沉降量为主。可以用（8）和（9）式对降水造成的沉降值进行估算。

式中S——固结沉降量

Δpi——i层土因降水产生的附加应力

ΔH——降水深度

El-2——体积压缩模量

ΔP——附加应力增量

γw——水的容重

结合地质勘测资料，降水深度ΔH=10 m，El-2=19～24 kPa，

Δpi=ΔP/ΔH，γw=9.8 kN/m3，则有式（10）和（11）。

经过计算，最终固结沉降量S=1.2～1.34 cm，此方案已经对基坑周围紧邻建筑物进行了考虑，因此使用小排量深井水泵（功率

2.2 kW，扬程30 m，流量20 m3/h）不会影响四周建筑物的安全性。

4 管井施工技术要点

井管主要由吸水管、滤水管和沉砂管3部分组成。施工过程中，需要重点做好5个方面的工作。

（1）施放井位。降水井井位在施放时，需要对场区内地形管位置确定出来，并适当对降水井井位进行调整。设计降水井间隔距离为10.5 m。

降水井深度和过滤器工作部分长度之间有着直接的联系，一般可以根据单井出水量和含水层厚度进行确定，在将单井出水量设计好后，使用公式（6）对过滤器长度进行检测，保证其长度可以达到要求。线的分布情况进行核查，为了可以避开障碍物，可以根据实际情况对降水井间距作局部调整。

（2）成孔。管井使用8QZJ-160高效轻型水井钻机进行成孔施工，钻孔孔口位置要布置护筒，孔径要超出管径300～400 mm，孔径上下要一致，并保持垂直，井径误差控制在20 mm以内，垂直误差控制在1%以内。

（3）下管。下管之前要对孔深进行探测，当发现井管深度未达到要求时，要重新进行成孔。成孔后立即将井管安装好，避免井管长时间暴露引发塌孔，要逐节将沉入管节，并将接头对正[3]。下管过程中要注意轻提、慢放，并使井管保持在中部。当孔底淤塞或上部孔壁出现缩径时，要放慢下管速度，不允许强行冲击或上下提拉。

（4）填料。下放好管井后，将填料投放到管内，填料选择2～4 mm砂，填料要一次性完成，避免填料冲击井管或分层不均。填料从井底填到距离井口下部1.5 m左右的位置，使用不含砂石的黏土对上部进行封口。

（5）洗井。使用水泵和活塞结合的方式对管井进行反复清洗，直至前后两次洗井用水量差值<10%时停止。水中含砂量要控制在1/20 000以内，当井内出现涌水情况时，要报废处理。洗井工作完成后，要进行降水试运行，各项指标达到设计要求后即可进行正常运转，出水量亦稳定在2100 m3/d以上。

5 观测降水效果

以2#点位观测点对土体开挖情况和地下水位情况进行观测，见表1。施工过程中，虽然遇到了几次暴雨天气，但是水位变化幅度不大，均保持在基底以下，没有对基坑和施工造成不利影响。在降水初期出水总量为20 000 m3/d，地下水位只能下降到基底上部1.5 m左右，此后水量会增加到23 000 m3/d，地下水位会立即下降到基地面下1 m处，基坑施工过程中涌水量没有出现过大的变化，直到结构施工完成，基坑出水量始终保持在23 000 m3/d左右，底板成形后，受基坑外减压井的影响，顺利完成了降水井的封堵，结构质量达到了要求。