浅析基坑工程中止水帷幕与管井降水方法的结合运用

2018-05-22陈珍珍

西部探矿工程 2018年5期

陈珍珍

(广东省有色金属地质局九三五队，广东惠州516001）

建筑工程施工中，常常会遇到地下涌水问题，在基坑开挖过程中，由于地下室及基础深度超过地下水位的埋深，地下水就不断地渗入基坑内，为了确保基坑开挖及基坑内的正常施工，就必须做好止水或降水工作。基坑止水、降水已经成为了制约基坑整体进度的关键因素，尤其对于国内某些沿海地区来说，其地下水位高，地质条件复杂，在深基坑开挖过程中，地下水的渗流将使基坑周围形成比较大的降水漏斗，影响周边建筑物，在这个过程中只有采取有效的措施去止水、降水。本文根据实践经验，对惠州市某基坑的水泥搅拌桩止水帷幕与管井降水方法的结合运用进行介绍。

1 工程概况

本项目位于惠州市惠城区数码园，设2层地下室，基坑开挖深度为8.00～9.00m。场地原始地貌为冲积平原，后期经人工大量填土、石，现场地基本平整，四周空旷，交通便利。

1.1 工程地质条件

按场地岩土层层序自上而下分布为：（1）人工填土层；（2）第四系冲积层及（3）下伏第三系泥质粉砂岩层组成，具体分述如下：

①素填土：灰黄色，主要由粘性土及砾石、碎石等组成，部分地段不均匀混夹块石。

②-1粉质粘土：灰黄色、棕黄色，软塑—可塑状，土质较均，局部含少量粉细砂粒。

②-2粉砂：棕黄色、灰黄色，稍密，饱和，充填少量粘粒。

②-4砾砂：黄褐色、灰—灰黄色，中密，饱和，分选性差，局部混夹少量卵、砾石。

泥质砂岩风化层主要揭露有：③-1全风化泥质砂岩、③-2强风化泥质砂岩，为红褐色，基岩裂隙不甚发育。

基坑侧壁土层以欠压实素填土及可塑状粉质粘土为主，局部为粉砂层，基坑底部局部出露粉砂层，主要含水层为粉砂、砾砂，场地典型地质剖面图见图1。基坑止水所需要的岩土参数见表1。

图1 场地典型地质剖面图

1.2 水文地质条件

该场地地下水类型主要为上层滞水、第四系土层中的孔隙水和基岩裂隙水。地下水补给主要依靠大气降水补给。场地砾砂层属强透水层，人工填土、粉砂属于中等透水层，其余各土层均为弱透水层。基岩风化层含基岩裂隙水，基岩裂隙水贫乏，粉砂层、砾砂层处于饱和状态，且砂层水有一定承压性，测得地下稳定水位埋深为4.00m。

表1 基坑止水所需要的岩土层参数

2 设计方案

场地四周较空旷，均有放坡位置，可采用分级放坡，0～4.00m采用1：1.5放坡，4.00～8.00m采用1∶1.25放坡，在4.00m处设1.50m宽平台。基坑北侧50m外存在浅基础民居，降水应考虑对其影响，西侧和南侧30m外的建筑均为桩基础影响不大，东侧不受影响。降水降深要求：地下室范围内整体水位应降至承台底以下0.5m。

本场地基坑的重点在于怎么拦截地下水达到干施工状态，在该地区常见的止水帷幕有①高压旋喷桩；②深层水泥搅拌桩止水帷幕，近年来出现了旋喷桩止水帷幕、螺旋钻机素砼或压浆止水帷幕，但是这些止水方法造价较高，适用于支护止水一体的，不适用该项目。①高压旋喷桩适用于填土层、粉细砂、中粗砂、砾砂层的止水。②深层水泥搅拌桩适用于淤泥质土层、粉细砂、中粗砂。但是造价比高压旋喷桩便宜一半以上。因该场地砾砂层厚度较大且含有少量卵石，比较难达到完全拦截地下水。

根据本基坑地层水文地质条件以及周边环境条件，本基坑可采用的降水方案有：①轻型井点降水；②整体管井井点降水；③分片明沟加集水井降水。①轻型井点降水：适用于基坑面积不大，降低水位不深的场合。若要求降水深度大6m，理论上可以采用多级井点系统，要求基坑四周外需要足够的空间，本基坑已不具备条件。②管井井点降水：管井井点适用于渗透系数大的地层，地下水丰富，每口管井出水流量较大，土的渗透系数在5-50m/d范围内。对于砂砾层等渗透系数很大且透水层厚度大的场合，采用此法最为适宜。但是该场地地下水较丰富，仅采用管井井点降水降水影响半径较大。③明沟加集水井降水：这是人工强制排降法。它主要排除地下潜水、施工用水和天降雨水。在地下水较丰富地区或者承压水地区若仅单独采用这种方法降水，由于基坑底部为粉砂层，容易出现涌砂、流砂现象，施工难度大。

根据上述比选，降水设计应考虑基坑现状，方案选择应因地制宜、技术可行、经济合理、施工快捷，以确保周边安全以及地下结构施工的顺利进行；建议采用深层水泥搅拌桩+整体管井井点降水方案。深层水泥搅拌桩能拦截一部分地下水，减少降水井的数量及降水影响半径。

（1）在-4.00m平台处绕基坑一圈设一排Ø500＠350深层水泥搅拌桩止水帷幕，搅拌桩桩端要求进入全风化层或者强风化岩面。

（2）概化取直地下室周边轮廓线，确定降水范围周长和基坑面积；根据基坑面积，地层水文地质参数，经基坑涌水量计算，估算单井日抽水量确定降水井数量；根据单井要求的抽水量，计算降水井滤水管长度；确定管井结构；计算周边降深；计算周边沉降。经反复计算，选用的降水方案如下：

①降水井：间距15m，成孔直径800mm，井底应穿过砂层至少3m。降水井位于地下室轮廓线和已施工的搅拌桩之间；共设30口降水井。

②回灌井：由于基坑周围地区地下水位随之下降,使土层中因失去水而产生压密，导致周围邻近建筑物的不均匀沉降或开裂。为了防止这种不利情况的发生，设置回灌井点，井点回灌就是在井点降水的同时，将抽出的地下水通过回灌井点持续地再灌入地基土层内，使降水井点的影响半径不超过回灌井点的范围。在基坑北侧临近民房部位，共设6口回灌井，直径400mm，沿坡顶线按照大约25m间距设置于沉降敏感位置。

③抽排周期：地下室开挖前开始抽水，地下室施工至一定稳定地下水位以上且混凝土强度达到80%的设计值时停止抽水。如果局部可以满足施工要求时，可根据实际情况停止部分管井降水。停止抽水后，管井应封闭回填。具体设计见图2、图3。

（3）排水方案。排水通道截面和排水坡度必须满

图2 降水井平面布置图

图3 基坑支护剖面图

足抽水量的要求，可采用管道排水或者排水沟集中排水均可。原则上，排水管沟转角位置设沉砂池。降水井可就近抽到坡顶排水沟或者沉砂池内。可设坑底排水沟或埋设排水管集中后再次抽排至坡顶沉砂池。场地内积水通过排水盲沟排向降水井来疏干。

3 施工技术要求

基坑止水、降水项目的主要施工工序：基坑开挖至-4.00m时深层水泥搅拌桩放线、施工→管井放线、施工→安装水泵→抽水→开挖剩余土方，并支护→地下室工程施工、电梯井施工等→停止抽水→封闭管井。

3.1 深层水泥搅拌桩

（1）孔径：500mm，孔距：350mm，排距：350mm，桩长应穿过砂层进入全风化或强风化岩面。采用四喷四搅施工工艺，搅拌桩水泥掺量不应小于60kg/m，采用P.O32.5R水泥，水泥掺入比a=15%，水灰比0.5，桩体28d无侧限抗压强度不低于0.8MPa；

（2）注浆泵出口压力保持0.4～0.6MPa，搅拌提升速度与输浆速度同步进行，搅拌头提升速度不得大于0.5m/min，以保证加固范围内每一深度得以充分搅拌；确保桩身强度和均匀性。

3.2 管井降水井

（1）降水井施工。降水井采用回转钻机成孔，孔口应设护筒，孔底应至穿过砂层底板3.0m，井管采用钢筋笼滤水管，为防止雨污水、泥砂或异物落入井中，井管要高出地面不小于200mm，并加盖或捆绑防水雨布临时保护。填料采用25～35mm砾石。采用泥浆泵洗井，必须在成井后3h内进行，直至出水清亮。洗井必须达到水清砂净为止。潜水泵及泵管安装吊放，置于距井底砾石滤料以上1.0～1.5m处。

（2）降水。根据地下室施工分区，降水井可分片区降排水，但必须确保水位满足施工要求；抽水采用泥浆泵，其抽水能力不小于16m3/h，扬程不小于25m。抽水开始后，应逐一检查排水管道是否畅通，有无渗漏现象，如接头处或排水管渗漏应返工或维修。检查单井出水量、出水含砂量是否满足设计要求，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。

（3）降水井封闭。降水管井在完成其使用目的后，采用C15素混凝土回填，并人工捣实。

3.3 回灌井

本工程地下水人工回灌的主要含水层为粉砂层、砾砂层，回灌水由抽水井供给。回灌井井口应密封，确保回灌时不漏水，先期采用无压力回灌，当水位无法满足目标要求时，采用压力回灌。同时回灌压力不宜过大，回灌压力应控制在0.05MPa以内，当回灌流量不明显增加时，回灌压力不要增加，否则回灌井周围易产生突涌，并破坏回灌井结构。