地铁超深基坑坑内降水及降水井封堵施工技术

2020-10-29

中国建材科技 2020年2期

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100010）

1 工程概况

森林公园站西北角临近沣河，该处地下水丰富，埋深约8.5～11.7m，含大量粉质粘土隔水层。经勘察，车站主体建设于中粗砂层之上，该区域地下水量相对较大。车站31轴以西围护结构设计方案为Φ1000mm@1400mm钻孔灌注桩（C35）+Φ600mm双重管旋喷桩+Φ609mm钢支撑，并辅以基坑内降水措施；该轴以东也设置有围护结构，具体方案为Φ1000mm@1400mm钻孔灌注桩+Φ609mm钢支撑，采取的是基坑外降水的方式。

2 降水井设计

2.1 降水井布置

1）降水井深度穿过透水层，含水层为潜水，故降水模型按照潜水完整井进行设计计算。

2）根据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》（JGJ 111-2016）[1]，面状基坑涌水量计算见式（1）：

式中：

k-土的渗透系数，m/d；H0-潜水含水层厚度，m；SW-基坑设计水位降深值，m；R0-影响半径，m；r0-基坑范围的引用半径，m

3）根据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》（JGJ 111-2016），降水井单井出水能力计算见式（2）：

式中：

l′-过滤器进水部分长度，m；d-过滤器外径，mm；a′-与含水层渗透系数有关的经验系数

4）基坑降水井个数计算见式（3）：

共和县地处青藏高原东部，南临黄河，北靠青海湖，西与柴达木盆地毗连，地处北纬35°46′至37°10′，东经 98°54′至 101°22′之间，东西长221.5km，南北宽 115.4km。地形由西北向东南倾斜，平均海拔3200m，属高原大陆性气候，四季分明，日照时间长，辐射强，昼夜温差大，降雨少而集中，气候干燥，大风日数多，年平均温度为2.3℃，年平均降水量 274.7mm[2]。

根据勘察报告、站点结构施工顺序、现场施工场地条件、地下管线情况、现场构筑物影响等多方面因素分析，确定降水方案如下：

车站主体基坑地下三层段共设14 口降水井，地下二层段共设28口降水井。地下二层降水井的深度为35m，拟采用150QJ30—50/7 型潜水电泵，扬程50m，流量30m3/h，电机功率3kW。地下三层段降水井深度为40m，采用150QJ40-54/9型潜水电泵，扬程54m，流量40m3/h，电机功率5.5kW。

2.2 降水井结构

降水井井径400mm，降水井结构见图1。

图1 降水井构造图

2.3 抽水水泵

抽水井采用流量32～40m3/h、扬程≥30m的潜水泵，采用自动控制系统控制抽水。

2.4 排水管路

设计排水管主管（集水管）采用Ф400mm钢管，支管采用Ф100mm钢管。

3 降水井施工

根据本工程实际情况确定降水井施工工艺，具体流程如下：施工准备（现场踏勘）→井位施放→埋设护筒→泥浆及泥浆循环系统配备→钻机安装→成孔→清孔→下井管→填滤料→洗井→做检查井→埋设排水联络管线→下泵抽水→恢复原地面。

在此项工作中，需注重以下要点：

2）埋设护口管：为确保稳定性，管底需伸入原状土层，并利用粘性土进一步填堵，避免后续灌浆作业时出现返浆现象。埋设护口管后，需分析管超出地面的长度，此部分为0.3～0.5m。

3）钻进成孔：本工程中将孔径设置为800mm，钻进作业时遵循轻压慢转的原则，确保钻进垂直度，在此基础上利用制浆机造浆，采取泥皮护壁。

4）清孔换浆：持续钻进施工且到达指定标高后，先适当抬升钻杆，使其与孔底保持0.5m间距，通过冲孔的方式全面清理各类杂物，此时适当提升泥浆密度，具体以1.10为宜，安排专员检测孔底沉淤量，需在30cm内。

5）填滤料：在此环节操作前，需向井管内下放钻杆，控制好具体位置，与孔底间距0.30～0.50m；在泵送泥浆的过程中，需持续稀释泥浆，以便在环状间隙内形成返浆；通过持续稀释操作最终使泥浆密度达到1.05，在此基础上填入滤料，检测其高度，确保滤料到达指定的位置。

6）洗井：利用粘性土进行围填作业，随后利用空压机展开清理作业，全面清除井内的沉淀物，该设备会形成大量的压缩空气，经进气管后转移到排水管中，形成气水混合物。相较于管外泥水混合物，二者的密度存在较大的差别，从而形成了管内外压差现象，伴随掺气量的提升，将持续降低泥水混合物密度，通过此方式逐步降低泥土成分，最终有效清理井管。

4 降水井封堵

当各基坑降水工作完成后，应及时对降水井进行封填。

4.1 回填方法

1）先采用砾石回填至地表下2m；

2）向降水井内注水沉淀2d；

3）上部2m采用粘土封闭。

4.2 回填技术措施

1）土方回填必须在沟道回填土完成后方可进行。

2）回填前拆除井内设备。

3）回填时每10个口留一口，以便其他井沉淀用水；其他井回填完后再回填剩余井口。

取出水泵，向井内下放φ50钢管，当与井底保持300mm间距时停止，于坑底周边注浆管处增设球阀装置。采取回弹作业，所用材料以碎石为宜，控制好填石高度，需满足h≤H-L-0.5（H-坑底与井底间距，m；L-止水器长度，m）[2]。做好上述工作后下放气囊，以坑底为基准，要求气囊顶部与之间距≥300mm，通过充气的方式填充气囊，给予48h静置时间，满足此条件后清理残留水，并截管。选取φ210mm钢板，通过焊接的方式将其设置在井口处，并采取压力注浆措施。此环节以素水泥浆为宜，满足水灰比0.5：1的原则，结束注浆作业后需在第一时间关闭球阀，确保无误后截断注浆管，再利用混凝土浇筑，最终与垫层顶标高相同。