深基坑井点降水方案浅析

周志顺

(中铁十六局集团 路桥工程有限公司，北京 101500)

深基坑井点降水方案浅析

周志顺

(中铁十六局集团 路桥工程有限公司，北京 101500)

深基坑井点降水方案涉及到水位降深、布井方式、降水量、降水时间、排水方式、排水能力、降水效果、施工工期、施工风险等各种因素。鉴于部分工程从立项到施工间隔时间较长，加上地方水土治理效果影响，地下水位变化较大，必须对多种方案结合现场实际地质、场地条件，综合考虑安全、质量、工期、经济等因素进行分析，在原设计方案基础进行降水计算复核，选择安全、适用、经济的方案，保证施工顺利进行。

深基坑；井点降水；水位变化；降水计算

鄂尔多斯站是新建铁路东胜至鄂尔多斯机场线的倒数第二座车站,位于包西铁路鄂尔多斯火车站站前广场下方,近南北走向,站位东侧约28.7 m处为鄂尔多斯火车站出站地道。主体结构明挖基坑围护结构43 km+222.900 m～43 km+339.900 m采用降水以管井井点降水为主,排水沟明排为辅,井点间距10～15 m,共设25个孔,围护结构43 km+339.900 m～43 km+425.500 m采用基坑内排水。在开挖基坑的四周或中部设置排水明沟,每隔20 m设置一个集水井,使基坑内渗水与施工废水汇入其中,通过水泵抽排出基坑。由于东胜至鄂尔多斯机场地质详勘报告于2010年进行勘探,降水井施工在冬季枯水季节,基坑开挖处于春季,并且近年来由于鄂尔多斯加大了环境治理力度,在水土保持治理方面取得了较好的效果,造成地下水位变化较大,并超出了早期勘察水位线,在春季开挖过程中基坑内出现坑底涌砂现象,并造成43 km+222.9 m附近小面积坍塌[1],为保证施工安全及防止基底受水长期浸泡,首先进行方案论证,然后采集现场实际数据,参照原设计计算模型进行重新验算,加强降水措施施工,使水位降低至底板以下1 m,为后续主体施工创造干燥基底环境。

1 降水方案验证

1.1 地下水影响分析

本区间地下水按赋存条件主要分为孔隙潜水及基岩裂隙水,孔隙潜水主要赋存在第四系细砂层、全风化花岗岩中。基岩裂隙水主要赋存在强、弱风化泥质砂岩层中。勘察期间地下水位埋深4.9～13.0 m,水位高程1 295.7～1 307.2 m,水位变幅2.0～3.0 m。地下水总的径流方向为由东向西,由丘坡到谷地。站西侧1.3 km为东红海子边缘,常年有水。地表湖水与地下水具水力联系,补给排泄关系随季节的变化而变化。地下水的排泄途径主要为侧向径流。由于近年来鄂尔多斯市环境治理及水土放流失方面效果显著,在鄂尔多斯春季期间,地下站最高水位达到1 308.7 m,相比勘察期间水位上升2 m左右,而且鄂尔多斯地下站43 km+222 m附近基底有承压水涌出,此处地层为全风化泥质砂岩,渗透系数1 m/d。

1.2 降水方案

降水方案涉及到水位降深、布井方式、降水量、降水时间、排水方式、排水能力、降水效果、施工工期、施工风险等各种因素。但是在相同的地质条件和周边环境下,能够达到目的的技术方案不止一个。因此,必须对多种方案结合地质、场地条件,综合考虑安全、质量、工期、经济等因素进行分析,对比研究各方案的优劣,选择安全、适用、经济的方案。对于深基坑降水,根据鄂尔多斯地下站的工程地质和水文地质条件,选择了三种不同降水方案。归纳如下:

1.2.1 坑内降水方案

坑围护结构采用地下连续墙、钻孔咬合桩、挖孔咬合桩单层结构,挡土、截水功能合一。或基坑采用围护桩(钻、挖)与截水帷幕联合作用,帷幕截水,围护桩承载。降水井在基坑内梅花型均匀布置,采用管井群井降水。这种方案适用于软土、黏土或富水砂层中明挖修建的车站和区间[2]。以上海地铁一号线工程最早成功使用,其后在广州、深圳、南京、天津均被采用,在控制坑外地表沉降、减少排水量等方面积累了较为成熟的应用经验。

1.2.2 坑外降水方案

基坑围护结构采用地下连续墙、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩等单层结构,降水井在基坑外沿围护结构布置,采用管井群井降水,必要情况下采用深井回灌技术。这种方案适用于富水砂层采用明、盖挖或浅埋暗挖法施工的车站和区间。以北京地铁最早成功采用,其后在北京的各条地铁线建设中均采用这种降水方案[3]。同样取得了较为理想的效果,也积累了成功的经验。

1.2.3 堵水方案

堵水方案是采用注浆、搅拌、旋喷等方法将基坑或洞体周边进行隔水封闭的方案。对明挖方案可以通过两侧垂直帷幕和基底水平帷幕的型式进行封闭;对于浅埋暗挖方案,可以采用洞体周围注浆形成隔水帷幕的型式进行封闭。堵水方案在国内还没有作为主方案进行大范围采用的先例。对于局部降水效果不好或降水条件不具备时采用堵水方案。此种方案作为一种辅助措施在北京、广州等城市均有所采用。

通过方案比较,根据鄂尔多斯地下站工程地质及水文地质条件,前期施工方案采用坑外管井降水方案,即钻孔灌注桩加坑外降水方案,符合基坑降水条件。由于基坑开挖处于春融季节,地下水位上升,前期基坑降水井已施工完成,基坑周围规划成钢筋加工场及材料堆放区,加密降水井施工场地受限,施工周期较长,为加快施工进度,减少降水井施工工程量,现决定在基坑内加设降水管井,基坑内降水井位置设置在原集水井处。降水井设置的直径、深度及数量根据排水量计算。

1.3 排水量计算

为了评价场地地下水水文地质参数,室内进行了土的渗透试验确定渗透系数,根据室内外试验结果结合土的渗透性指标经验值,得出粉细砂层渗透系数为1 m/d,与设计值相同。本基坑降水计算选取车站小里程端ZDS-鄂14处钻孔,根据文献[4],现场在ZDS-鄂14处钻取得水文孔进行了抽水试验。根据抽水试验确定的水文地质参数详见表1。进行降水井计算。

表1 参数一览表

为评价基坑的涌水量,根据其水文地质条件,群井按大井简化的均质含水层潜水完整井的基坑降水总涌水量可按下列公式计算[5],即

(1)

得出

Q=869.12 m3/d

降水井数量n=1.1Q/q

根据前期降水井出水量统计,平均每个井出水量在31m3左右,降水井数量为31个,原设计降水井数量为25个,现需补打6个降水井。

加设的管井布设如图1所示。

图1 基坑内降水井位置图

1.4 降水设计参数确定

基坑内降水纵向及横向井间距20m,井数为6眼。

靠近基坑小里程端布置。

降水井井径800mm,井管直径400mm。

降水井井深:降水井井深在底板标高以下5m。

降水井构造同原设计。

2 施工工艺

由于小里程段的基坑开挖未完成,降水井施工完成后要对完成的降水井进行保护,防止在开挖过程中受到机械破坏,导致降水井堵塞[6]。

降水井施工工艺流程见图2所示。

图2 降水井施工工艺流程图

2.1 施工步序

2.1.1 挖探井

在放样好的井位上人工挖探井2.5～3m,确认无地下管线及地下构筑物后,作护筒,以防止钻井施工用水大量漏失及塌孔[7]。

2.1.2 挖(围)泥浆池

根据场地条件在降水井附近挖4m3左右尺寸的泥浆池,加设的6个降水井共用一个泥浆池。

2.1.3 钻井、替浆

为确保降水效果,减小洗井难度,所有管井采用旋挖钻成孔,井径、孔深不小于设计值,井孔应保持圆正垂直。

井管下入前注入清水置换全井孔内泥浆,泥浆泵抽出沉渣并测定孔深。替浆过程中,安排好泥浆及渣土的清运工作。

成孔后,替浆是控制单井涌水量的关键。替浆后泥浆比重控制在1.1左右,以防止泥浆过浓影响出水,也须防止泥浆过稀造成塌孔事故[8]。

2.1.4 下管

井管0.4m,前期基坑开挖深度在5m左右,原降水井深21～25m,加设的降水井在16～19m,在下管前探测孔深,当与井管长度不符时,要重新成孔。成孔后立即安装井管,防止暴露时间过长出现塌孔。下管时轻提慢放,并使井管居中。

2.1.5 填砾料

井管下入后立即填入碎石。滤料为粒径3～15mm干净碎石。滤料沿井管外四周均匀填入,宜保持连续,并一次连续完成,要避免填料速度过快或不均造成滤管偏移及滤料在孔内架桥现象。

填滤料时,应随填随测滤料填入高度,当填入量与理论计算量不一致时,及时查找原因。不得用装载机或手推车直接填料,应用铁锹填料,以防不均匀或冲击井壁。

2.1.6 洗井

洗井是降水工作的一道重要工序。其作用是清除井内泥砂和过滤层淤塞,使井的出水量达到正常要求。井管安装完毕,立即开始洗井。如果洗井较晚,容易产生泥浆沉淀,影响井的有效深度。

洗井的方法:可采用下泵试抽洗井,用潜水泵反复进行抽洗,如果泥浆中含泥砂量较大,可先进行捞渣,再进行洗井,直至水清砂净。

出现井内涌砂现象时,立即报废此井。每井洗井完毕,及时作抽水试验。通过观察本井及钻成井的水位降深及本井的水量,了解降水效果。

2.1.7 水泵安装

潜水泵及泵管安装吊放,置于距井底以上1.5m处。安装并接通电源,做到单井单控电路,并检查水位接电制动抽水装置和漏电保护系统。

2.1.8 抽降

管网全部安装完毕后进行试抽。当抽水设备运转一切正常后,整个抽水线路无漏气现象,可以投入正常抽水作业。开机后一个星期内将形成地下降水漏斗,并趋向稳定,土方开挖前20d进行井点降水。

连网统一抽降后应连续抽水,不应中途间断,需要维修更换水泵时,应逐一进行。开始抽水时,因出水量大,为防止排水管网排水能力不足,可以间隔的逐一启动水泵。抽水开始后,应逐一检查单井出水量、出水含砂量。当含砂量过大,可将水泵上提,如含砂量仍然较大,应重新洗井[9]。

开始降水后,随时监测水位动态变化,监测基坑周围土体沉降量及对建筑物或管道等的影响。必要时采取加固措施,防止发生事故。

降水用电采用场地内电缆接入,并配备静音发电机,保证24h不间断抽水。工地配备备用水泵,以便及时更换有故障的设备。

2.2 使用阶段注意事项

(1) 基坑外和基坑内井点应同时抽水,使水位差控制在要求范围内。加强水位监测。

(2) 防止排出的地下水回渗而流入基坑。

(3) 潜水泵在运行时要注意检查电缆线是否和井壁相碰,以防磨损后水沿电缆芯渗入电动机内。

(4) 位于基坑内的深井井点,由于井管较长,挖土至一定深度后,井管应与附近的支护结构支撑或立柱等连接,予以固定。排水管路断面应根据排水流量确定,并连接严密。排出的水经过沉砂处理后方可排入市政管道[10]。

3 结束语

由于设计与施工时间间隔较长,加上鄂尔多斯地区水土治理效果较好,导致地下水水位季节性变化较大,给降水施工带来了较大的不确定性,在降水施工过程中出现后期水位上升情况后应及时对水位进行监测并计算,采取相应措施,保证深基坑结构施工顺利安全进行。

[1] 孙 琦．黄土基坑降水对邻近建(构)筑物影响的研究[D].西安:西安工业大学，2014．

[2] 张 楠，胡鹏辉.紧邻既有铁路线深基坑的降水设计与沉降监测[J].铁道工程学报，2010(9):1～4.

[3] 马谱文．地铁车站深基坑降水设计[J]． 工程建设与设计，2015(2):68～70．

[4]JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].

[5] 王建秀，吴林高，胡力绳，等.复杂越流条件下超深基坑抽水试验及工程应用[J].岩石力学与工程学报，2010(S1):3082～3087.

[6]TZ331-2009,铁路隧道防排水施工技术指南[S].

[7] 包冠军．柴达木盆地巨厚砂层深基坑降水实例分析[J]．中州煤炭，2015(3):77～79．

[8] 吴林高．工程降水设计施工与基坑渗流理论[M]．北京:人民交通出版社，2003．

[9] 现行建筑施工规范大全[M]．北京:中国建筑工业出版社，2015．

[10] 吴林高．工程降水设计施工与基坑渗流理论[M]．北京:人民交通出版社，2003.

2016-12-06；修改日期：2016-12-19

周志顺(1986-),男，安徽池州人，中铁十六局集团路桥工程有限公司工程师．

TU463

A

1673-5781(2016)06-0811-04