高落差大型基坑降水施工技术及应用

2018-02-26王晓峰王志强

建筑施工 2018年11期

关键词：管井帷幕降水

王晓峰王志强赵源

中铁三局集团建筑安装工程有限公司山西太原 030006

本文结合工程案例，重点研究、探讨了“三轴水泥搅拌止水帷幕桩+钢筋混凝土支护桩+阶梯形管井降水”的基坑封闭降水施工技术。

1 应用工程概况

1.1 工程简介

乌鲁木齐铁路局南站住宅小区工程，位于乌鲁木齐火车南站货场，西邻兰新高铁客专及普速铁路，距铁路线最近处仅20 m，南邻乌鲁木齐市七十一中学教学楼14.6 m，东面、北面与雅山北路绿化带相邻，场地呈不规则梯形状，南面宽、北面窄，南北最宽处600 m，东西最宽处300 m。小区内建设高层住宅15栋（地下1层，地上33层，高度97.35 m，剪力墙结构），建设公建房、商铺、幼儿园计4栋（2 层，高度9.6 m，框架结构），小区院内地下1层开发车库，总建筑面积273 000 m2。

1.2 工程特点

1）基础底标高－5.1 m，基础下设厚100 mm的C15混凝土垫层、厚300 mm碎石褥垫层，基坑开挖至－5.5 m，场地地下水位埋深3 m，相当于相对标高－3.45 m，故降水深度至少为2.55 m，降水深度大。

2）原设计降水施工持续至主体结构封顶并达到设计荷载，基础沉降后浇带浇筑完毕，地下室顶板覆土完成。经与设计院协商，同意采用基础底板后浇带加强板及地下室混凝土外墙后浇带加强肋技术（图1）。待主体结构施工到2层顶板及地下室顶板覆土完成，达到设计抗浮能力（设计院计算）后即可停止降水施工，降水周期可大幅缩短。

3）小区占地面积大，基坑开挖分为2个地块开挖，B1地块开挖深度2.6～3.5 m，开挖面积17 300 m2；B2地块开挖深度2.5～4.5 m，开挖面积约22 000 m2，降水面积大。

4）基础底板下为粉质粉土，渗透系数大。

模式层计算输入特征向量与训练中各个模式的匹配关系，模式层神经元个数等于各个类别训练样本数之和，该层每个模式单元的输出为

2 方案选择

任何基坑降水都必须坚持以下原则：

图1 后浇带加强板及加强肋节点示意

1）必须把地下水降至基础底板以下至少500 mm处，保证基坑开挖及基础施工在干燥环境中作业，保证基底土层不被地下水隆起击穿、涌水，满足工期进度要求。

2）降水效果明显，且经济合理。

本工程现场场地属于山间冲积河谷区，地势南高北低，西高东低，地层主要为第四系地层，由厚度不等、成因各异的松散堆积物组成。按土层结构从上而下依次为杂填土、粉土、角砾、粉土夹层（该层为角砾层夹层，仅局部可见），区域附近无地表水系。

结合勘察地质资料综合分析，对本工程有影响的地下水为第四系松散岩类潜水，静止水位深度3.2～10.3 m，相当于相对标高－5.00～－3.45 m，地下水由南侧径流和大气降水补给，主要向北侧排泄，蒸腾排泄。水位受季节气候、地表降水等因素影响，6月—10月为丰水期，水位年波动幅度为1.5 m左右。

本工程小区地下水主要赋存在角砾层中，地下水水源丰富，渗透系数大，适合选用降水量大、降水速度快的管井降水方法。

考虑到基坑距西侧兰新高铁客专与普速铁路较近，与南侧乌鲁木齐市七十一中教学楼紧邻，为预防降水施工时，地下水位变化对周边建筑物产生沉降变形等不利影响，在基坑周边设1道单排三轴水泥搅拌桩止水帷幕，并利用止水帷幕桩＋钢筋混凝土钻孔灌注桩作为基坑支护体系。

高铁客专对地质环境、沉降有较高的技术要求，因此在止水帷幕外侧设置观察井、回灌井，保证将基坑外侧与铁路间的场地地下水位控制在合理范围内，保证土体稳定性，确保教学楼和高铁路基的安全性（图2）。

根据以上原则，为保证住宅小区工程的顺利进行，我们对工程的场地情况、地质水文条件、周边环境因素、基坑工程特点进行了多方探讨分析及可行性论证，本工程最终决定选用“三轴水泥搅拌桩止水帷幕＋钢筋混凝土支护桩＋阶梯形管井降水”的基坑封闭降水施工方案。此方案具有以下优点：三轴搅拌止水帷幕桩施工方案快捷，工序简单，机械化程度高，且对周围环境影响小；管井降水排水量大、降水效果好、设备简单、维护方便，成本投入相对较低。回灌井注水全程实现智能化自动控制，保证回灌注水及时准确。

图2 三轴水泥搅拌帷幕桩及降水井、回灌井平面布置

3 施工方案

3.1 管井设置

本小区场地地形、地质水文条件复杂，降水施工对周边建筑物与铁路营运线影响较大，因而设置环形止水帷幕，将小区分为B1、B2这2个地块。根据以往工程经验、基坑涌水量及单井单泵出水能力计算得出：B1地块设置降水管井33眼，B2地块设置降水管井37眼，管井井深11 m，基坑外西侧沿铁路线方向设置21眼回灌井、3眼观察井，南侧沿教学楼方向设置4眼回灌井、1眼观察井。根据场地地形以及各栋房屋分布及室外地坪标高情况，管井布置由南到北、由西向东呈阶梯形分布（图3）。

图3 阶梯形降水井分布示意

管井具体参数为：降水井井深为基底以下8.0 m，降水井机械成孔直径为600 mm；降水井埋设φ377 mm的带孔钢管，管外包裹40目密目网，填充粒径0.5～2.0 mm的碎石。水泵采用潜水泵，扬程为25～55 m，出水口处使用φ100 mm的塑料管连接到集水井排水，集水井采用φ400 mm的塑料管连接汇集到沉淀池。

3.2 总体方案

先进行三轴水泥搅拌止水帷幕桩和钢筋混凝土钻孔灌注支护桩施工，然后进行第1步土方开挖，开挖深度2 m，至标高－2.45 m；进行降水井、回灌井、观察井施工，验收合格后进行基坑降水，同时回灌井采用智能化自动回灌系统对地下水进行回灌补偿；待基坑降水到地下水位－6.0 m（基础底下500 mm）以下时，进行第2步土方开挖，开挖至基底－5.5 m；土方开挖完成后进行垫层基础施工；待基础施工结束，按设计要求完成主体结构2层顶板施工后停止降水；最后进行降水井、回灌井、观察井的封井施工。

4 施工技术要点

4.1 三轴水泥搅拌止水帷幕桩施工技术

三轴水泥搅拌桩在咬合和施工时垂直度的控制依靠套接一孔法和搭接法保证，解决了桩体分叉问题；地质条件复杂和帷幕桩端头部位，使用高压旋喷衔接技术，保证了帷幕桩的搭接，使帷幕桩形成整体截水系统。单排三轴水泥搅拌桩的宽度为0.85 m，经济合理，便于施工。三轴水泥搅拌桩技术成熟，施工方便快捷，可靠度高（图4）。

图4 三轴水泥搅拌帷幕桩及钢筋混凝土灌注支护桩示意

4.2 钢筋混凝土钻孔灌注桩施工技术

钢筋混凝土灌注桩采用旋挖钻机成孔。旋挖钻机自动化程度高，劳动强度低，钻进效率高，成桩质量好，安全性能高，环境污染小。在施工现场可以自行移动，操作灵活方便，机动性大、速度快，成孔周期短、工效高。在旋挖钻机成孔时，钻机自动垂直，且有导向杆对钻杆进行导向，施工时非常平稳，保证成孔的位置准确和垂直度符合要求。

4.3 基坑降水施工技术

4.3.1 管井施工及降排水要点

采用旋挖机成孔＋泥浆护壁工艺建井，成孔后及时清孔，并测量井深，防止因泥浆相对密度小而造成坍孔。检查井管完好无损后及时下管，管顶部高出地面500 mm。安装井管完毕后，在井管外侧、井壁之间充填砾料，必须一次连续填充完成。然后用水泵清洗滤井、冲除尘渣，按照洗井→静置→洗井循环作业，以抽出清水净砂为标准；最后安装抽排水管路、水泵设备和控制系统，进行抽水试验，确保系统可以正常工作。

4.3.2 回灌井、观测井施工要点

回灌井、观测井埋设及质量要求与降水井相同，回灌井滤管的设置长度要达到标准数值（通常是从地下水位以上0.5 m到井管底部的长度），在井管和井壁间填充砂石过滤层。回灌井注水采用我公司研发的智能化自动回灌系统，保证回灌注水的及时性、准确性。

4.3.3 降水井、回灌井封堵技术

根据降水设计计算、基坑降水计划、管井分布位置、井的用途、基础主体结构施工进度，确定管井的封井顺序及封堵方案，降水井封堵随着主体施工进度的推进也有序、逐步地进行。

按设计要求，主体结构施工到2层顶板、地下室顶板覆土完成，且经计算达到抗浮能力后，降水井才可封堵。降水井管随筏板混凝土一同浇筑，在井口端部位置筏板处预留φ500 mm、深300 mm的封堵盲板安装坑，井口端部距筏板面200 mm，降水井采用C30微膨胀混凝土封堵，井口焊接法兰盘，用螺栓紧固盲板并施焊，用高一强度等级的混凝土填筑安装坑。

降水井封堵结束后，回灌井用粗砂填充至原水位以上。水位回落后用黏土回填至管口，并用盲板焊接封堵。

4.4 基坑降水回收再利用技术

本工程地处山间冲积河谷区，地下水主要赋存在角砾层中，地下水水源丰富，日出水量达1 700 m3（泄压井出水量大），为了扩大基坑降水回收再利用的范围，避免基坑内降水抽取的地下水浪费，项目部对基坑降水的水质进行专业抽样送检，检测结果为：“本工程地下水除了人员不能直接饮用外，其他方面均可直接使用。”

根据检测结果，项目部决定除了项目管理及施工人员食用水和洗涮用水以外的其他方面均采用基坑降水回收再利用。把抽取的地下水经三级沉淀后储存到货场原有的室外消防水池内，再自动抽到高位水箱，然后用于卫生间冲洗用水、部分主体结构施工用水（混凝土养护用水、拌制砂浆用水）、基坑外侧地下水的回灌用水、临时消防用水、施工场地、道路及工作面控制扬尘的洒水用水、施工现场绿化浇水、车辆冲洗用水等方面，从而减少本工程对城市自来水的用量，实现了绿色施工“节水和水资源利用”的目标，降低了工程成本，保护了环境。

4.5 基坑外侧地下水智能化自动回灌技术

为了减少基坑内侧降水对周围建筑物与铁路线的影响，在基坑外侧设置了25眼回灌井，对地下水进行回灌补偿，整个回灌采用我公司自主研发的智能化自动回灌系统。当地下水位降到设置的警戒水位时，智能化回灌自动控制系统将自动启动，向回灌井内注水；当水位恢复到正常水位后，智能化回灌自动控制系统将自动停止向回灌井内注水。整个过程全部实现自动化，保证了回灌的及时性和准确性，保证水资源的充分利用并最大限度地节约了用水，同时减少人力的投入，降低工程造价，保证降水回灌效果和质量，有效地保护了地下水资源。