对高水位深砂层基坑支护及降水施工技术的探讨

张小卫

摘要：深基坑支护与降水施工方案不仅关系着工程施工安全、进度及质量，制定安全可靠且科学合理的施工方案具有重要的意义。沣西新城雨水泵站基坑支护及降水施工项目的地下水位高且砂层深，本文对该项目基坑支护及降水方案进行设计分析，并对高水位深砂层基坑支护及降水施工技术进行探讨。

Abstract： Deep foundation pit support and dewatering construction plan are not only related to project safety， schedule and quality， it is of great significance to formulate safe， reliable， scientific and reasonable construction plan. Fengxi Xincheng rainwater pumping station foundation pit support and precipitation construction project has high groundwater level and deep sand layer. This article designs and analyzes the project's foundation pit support and precipitation scheme， and discusses the foundation pit support and precipitation construction technology in high water level deep sand layer.

关键词：深基坑;基坑支护;井点降水

Key words： deep foundation pit;foundation pit support;well point dewatering

中图分类号：TV551.4                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）11-0191-03

1  工程概况

本工程位于西咸新区沣西新城新河东侧，地面高程介于388.50～391.00m。场地地貌单元属渭河南岸一级阶地。建筑±0.00对应的绝对高程为391.00m，雨水泵站基坑底标高为-18.60～-16.05m，阀门井基坑底标高为-15.55m。

1.1 地质水文

在基坑开挖深度范围内地层主要为填土、黄土状土、细砂、粉土、中砂、砾砂等构成，场地地下水稳定水位埋深约为9.94～11.38m，地下水属潜水类型。地下水主要受渭河水及大气降水补给，地下水位变化幅度为2～3m。

1.2 设计标准及设计荷载

支护结构安全等级为一级，重要性系数为1.10;基坑支护为临时性支护，支护结构使用期限为12个月。

距离基坑边沿2.0m范围禁止堆载及动载;基坑四周临建或材料堆放场地距基坑边线不得小于1.5m，按均布荷载15kPa考虑。

2  基坑支护及降水方案

2.1 基坑支护方案

基坑AA/2A/3段：坡高17.10m，上部6.0m采用坡比1：1.0钢管土钉墙，下部采用钢筋混凝土排桩+预应力锚索联合支护方案，平台宽4.0m;

基坑A/3BB/1、C/1C段：坡高14.55m，上部6.0m采用坡比1：1.0钢管土钉墙，下部采用钢筋混凝土排桩+预应力锚索联合支护方案，平台宽4.0m;

基坑abcd段：坡高14.05m，上部6.0m采用坡比1：1.0钢管土钉墙，下部采用钢筋混凝土排樁+预应力锚索联合支护方案，平台宽4.0m;

基坑ef段：坡高16.05m，上部7.5m采用坡比1：1.2钢管土钉墙，下部采用钢筋混凝土排桩+预应力锚索联合支护方案，平台宽4.0m;

基坑fgh段：坡高18.60m，上部7.5m采用坡比1：1.2钢管土钉墙，下部采用钢筋混凝土排桩+预应力锚索联合支护方案，平台宽4.0m。

2.2 基坑降水

据《岩土勘察报告》，场地地下水稳定水位埋深约为9.94～11.38m，需要进行基坑降水，降水深度应达到基础底面以下1.5m深度，降水采用管井降水方案。

2.3 工程材料

2.3.1 混凝土及砂浆

钢筋混凝土灌注桩混凝土标号C30;冠梁混凝土标号C30;喷射混凝土面层混凝土标号C20;锚孔注浆砂浆强度M25。

2.3.2 钢材

钢筋： HPB300钢筋，fy=270N/mm2， HRB400钢筋，fy=360N/mm2;型钢：采用Q235号型钢，f=215N/mm2;钢管：普通钢管DN48×3.5;焊接：焊接熔敷金属的化学成分和力学性能应满足（GB/T5117-1995）和（GB/T5118-1995）的规定;水泥：采用强度为32.5R普通硅酸盐水泥，并经过进场复试合格后方可使用。

3  基坑支护施工方法和工艺流程

工程主要施工项目包括土钉墙施工、护坡桩施工、预应力锚索施工、挂网喷射混凝土施工。

3.1 土钉墙施工

工序为：土方开挖→边坡修整→打入钢管→孔内注浆→补浆→面层钢筋网铺设→设置排水孔→面层喷射混凝土→洒水养护。

3.2 护坡桩施工

3.2.1 护坡桩的施工工艺

场地平整→桩位放线→钻机就位、孔位校正→钻孔→清除泥渣→清孔→终孔验收→下钢筋笼和钢导管→浇筑混凝土→成桩养护。

3.2.2 质量保证措施

①护坡桩的定位放线误差在垂直于轴线方向不得大于10mm，且不得偏向基坑內。施工时首先应定出边坡开挖边线的准确位置，在此基础上考虑施工的水平误差和垂直误差，并结合支护结构的最大水平位移50mm进行外放，以保证支护结构不影响主体结构施工。

②护坡桩施工时应间隔跳打或灌注混凝土24h后才能施工相邻的桩;确保桩端桩长及孔底成渣满足设计及规范要求，确保桩身混凝土的连续完整。

③成孔时应注意砂土层出现塌孔、串孔等不良工程现象的发生，确保桩端桩长及孔底成渣满足设计及规范要求，确保桩身混凝土的连续完整，并注意泥渣排污问题。

④钢筋笼纵向钢筋的连接必须采用焊接，在孔口焊接时，主筋接头应间隔预留，同一截面接头数量不得大于50%，相邻接头不小于35d且不小于500mm。焊接采用搭接焊，搭接长度单面搭接焊不小于10d，双面焊搭接长度不小于5d;焊缝厚度不得小于0.3d，焊缝宽度不得小于0.8d;竖向钢筋与横向钢筋的相交点必须全部绑牢或焊牢，箍筋搭接处应沿受力竖筋方向错开布置，钢筋笼安装入孔后，检查其顶端的标高是否符合设计的要求。钢筋笼的长度较长时，可采用地面分段制钢筋笼，孔口分段搭接的方法制作安装。

⑤混凝土采用商品混凝土，施工应连续一次浇灌完成。浇筑冠梁前应将护坡桩顶浮渣全部凿去;基坑开挖应在护坡桩及冠梁混凝土强度达到70%设计强度及锚索张拉后进行，并经设计人员确认安全的情况下方可进行。

3.3 预应力锚索施工

锚索施工工序为：锚孔定位→锚索成孔→锚索钢绞线制作及安放→注浆→腰梁制作安装→施加预应力→锚头锁定。

3.3.1 成孔要求

成孔：采用机械成孔，成孔过程不得加泥浆，为防止塌孔，可注入纯水泥浆;钻孔间距：水平方向孔距误差不大于5cm，垂直方向不大于10cm;钻孔直径：选用的钻具直径不得小于锚孔设计值;钻孔方向：钻孔底部的偏斜尺寸不大于钻孔长度的3%。钻孔速度：钻孔速度不得高出钻机本身标准钻速的1～2%，采用匀速钻进;钻孔深度：钻孔深度不得浅于设计深度，并应超钻30cm;孔底要求：钻进达到设计深度之后，不能立即停钻，必须在停止进尺的情况下，稳钻1～2分钟，防止孔底端部尖灭;成孔过程中应严格做好地质钻孔编录，以便及时调整设计。

3.3.2 锚索制作

锚索体必须严格按照设计要求的材料选用，材料必须要有国家法定单位或部门的合格证书及试验检测报告。每根锚索的长度及钢绞线数目不得少于设计要求，锚索体自由锻进行涂黄油包裹波纹管处理。

3.3.3 注浆

灌浆材料：锚索注浆采用水泥砂浆;水泥采用32.5R普通硅酸盐水泥，水泥砂浆强度不低于25MPa，配合比为1：1（重量比），水灰比为0.4～0.5。水泥砂浆拌合均匀，随拌随用。

注浆：预应力锚索注浆压力为0.5～0.8MPa，注浆管端部距孔底宜为20～30cm。随着水泥砂浆的灌入，待孔口出现溢浆且持续稳定后方可停止注浆。灌浆时应逐步将浆管向外拔出直至孔口。注浆完毕后待砂浆凝固收缩后，孔口应进行补浆。

灌浆要求：灌浆浆液应搅拌均匀，随搅随用，浆液在初凝前用完，并严防石块、杂物混入浆液;浆液作业应一次性完成，中途不得停止;灌浆施工必须做严格记录，以便及时调整灌浆量。

3.3.4 预应力张拉

待锚索砂浆强度及台座砼强度达到设计强度的75%以上时方可进行预应力张拉。上排预应力锚索张拉锁定后方可进行下部土方开挖;张拉采用OVM锚具配套的穿心式千斤顶;正式张拉前必须对锚索进行预紧张拉1～2次，张拉力为设计值的10～20%，使其各部位紧密接触，钢绞线完全平直。

3.3.5 挂网喷射混凝土施工

挂网喷射混凝土施工工序为：土方开挖→边坡修整→钉固定钢筋→面层钢筋网铺设→压网钢筋网固定焊接→面层喷射混凝土→洒水养护。基坑应分段分层自上而下进行开挖，分层开挖深度不超过1.5m，软弱土层分层开挖深度不超过1.0m;当基坑上方的混凝土强度未达到设计强度的70%时，严禁向下方挖土;编制钢筋网片及喷射混凝土前应预留锚索位置，在喷射混凝土初凝后方可进行锚索钻孔施工;面层应根据坑壁渗水情况设置排水孔。

4  高水位深砂层条件的降水施工技术

4.1 降水井布置及施工要求

基坑降水采用管井井点降水方案，共布降水井16个，基坑外降水井间距约14.0m，井深30.0m，布井12个。基坑内降水井间距约15.0m，井深约24.0m，布置在后浇带处，布井4个;每口井中水泵安装流量100m3/h水泵，水泵扬程不小于35m，控制水位按不小于基坑底部1.50m设计;基坑周边的总排水管口径不小于800mm，最少有4个排水口，集水总管水排入明渠中，排水口距离基坑边线不小于200.0m。

成井时应采用护壁措施，减少塌孔，保证孔垂直度;降水井凿井直径800mm，滤水管采用圆孔缠丝钢制过滤器，内径为500mm，壁厚不小于6mm，孔隙率大于30%;过滤器外填充磨圆度较好的硬质岩石滤料，粒径为3～5mm，滤料回填应密实，无空洞;井管下沉后必须充分洗井，保证井管渗水畅通，成井后应进行单井抽水试验，降水施工过程中应做好水位观测及记录;基坑降水应分级进行，先开启基坑外的12口井的水泵抽水，根据基坑开挖深度及基坑内地下水位标高，逐步开启基坑内其他水泵抽水，满足基坑降水需要;基坑降水电路应单独布设，并设置断电报警系统;现场必须配置应急电源，保证降水随时正常进行，防止水位上升引起基坑支护失效。

4.2 降水施工工序

降水施工工艺流程：准备工作→钻机进场→放线定位→钻孔→下井管→填滤料→封井→洗井→安装水泵及集水管→下泵→抽水→记录。

4.3 质量保证措施

凿井：为确保降水效果，减小洗井难度，所有管井采用循环钻机成孔，井径、孔深不小于设计值，井身应保持圆正垂直;

下井管：下管時所有深井的底部按标高严格控制。井管应平稳入孔，接头要完整无隙，下管要准确到位，自然落下，不可强力下压，下好井管后，把井管居中固定;

填滤料：井管下入后立即填入砾料。砾料应保持连续沿井管外四周均匀填入。应用铁锹填料，以防不均匀或冲击井壁，如遇蓬堵可用水冲，在洗井过程中，如砾料下沉量过大，应补填，砾料为？准3-5mm干净砾料;

洗井：填滤料后立即洗井，间隔不超过3小时;要求至少2个台班，直至井内出清水，基本不含砂，井底沉砂不大于10cm;

封井：为了防止上部泥浆及降水直接渗入砾料内影响成井质量，等填砾结束后，上部填粘土;

水泵安装：潜水泵及泵管置于距井底以上2.0-2.5m处。做到单井单控电路，并检查水位继电制动抽水装置和漏电保护系统;

抽降：连网统一抽降后应连续抽水，不应中途间断。开始抽降时要间隔逐一启动水泵。抽水开始后，应检查排水管道是否畅通，有无渗漏现象。

5  变形监测及检测

5.1 变形监测

根据规范要求，在基坑开挖过程与支护结构使用期内，必须进行支护结构的水平位移监测和基坑开挖影响范围内建构筑物、地面的沉降监测，应对锚索拉力及地下水位进行监测;沿基坑四周边坡坡顶及桩顶设置变形观测点，在临近建筑物角点及相邻道路中心设计沉降观测点，应监测每种规格锚索的内力;监测点或监测面不应少于3个;在边坡开挖前应测得初始值，且不应少于两次;当监测结果达到预警值或出现其他异常情况时，立即停止施工，采取切实有效的措施后方可继续进行;施工期间应定期巡视检查，应委托有资质的第三方按照相关要求进行锚索的验收试验和护坡桩的完整性检测工作，桩身完整性检测数量为100%，锚杆（索）检测数量不应低于总数的5%，且同一土层中的检测数量不应少于3根。

5.2 监测频次及预警值

监测频次：施工期间监测不应少于每天一次，支护施工完毕后至基坑回填期间每3天观测一次，强降雨后应增加观测，变形异常时加密观测或连续观测。

监测预警值：坡顶水平位移报警值25mm，竖向位移报警值20mm，变化速率报警值3mm/d;相邻建筑物沉降报警值25mm，周边地表沉降报警值为25mm。

6  结论

由于本工程所处地下砂层厚、水位高、水量丰富且紧邻河道，水位变化受季节天气影响变化幅度大，基坑支护和降水是重点和难点，降水效果直接影响施工安全和进度。针对复杂的地质条件，利用悬臂灌注桩结合预应力管式锚杆、喷射砼面层土钉墙组合支护结构，并采用基坑内外管井降水，很好的解决了此条件下深基坑支护及降水的施工难题，施工过程必须严格按照设计和施工方案进行，保证施工质量。

参考文献：

[1]中国土木工程学会土力学与岩土工程分会.深基坑支护技术指南[M].中国建筑工业出版社，2012，3.

[2]董立朋，刘龙生.富水厚砂层深基坑降水设计与施工[J]. 隧道建设，2012（S2）.

[3]王巍，隋宏岩.基坑支护动态设计在实际工程中的应用[J]. 中国有色金属，2011（12）.