复杂环境条件下的深基坑降排水技术应用研究

霍光明

摘要：对于深基坑的开挖及维护，降水起着至关重要的作用。结合某国道下穿铁路顶进箱涵的施工，对在复杂环境条件下的深基坑的降水进行了研究。研究内容主要包括深基坑降水计算和降排水设计两个方面，其中降水计算又包括基坑涌水量计算、降水井点数计算两项内容，降排水设计则包括降水井、排水管的布置以及井管内含砂量的控制等内容。应用结果证明了降水措施的有效性，研究成果对类似的深基坑降水工程，具有一定的指导作用。

关键词：桥梁施工;顶进箱涵;深基坑;降排水

中图分类号：TU46+3 文献标志码：A

0引言

在顶进箱涵进行预制施工时，首先要进行施工基坑的开挖，而基坑开挖首先要做的就是基坑降排水，从而为深基坑开挖提供“无水”作业条件。而某些地区地下水位高或地面积水较多，开挖施工过程中，会遇到地下水和地表水侵入问题。在这种情况下，施工过程会变得异常困难，因此基坑施工前的主要技术问题是降排水工作。杨莹等致力于地铁深基坑的降排水研究工作，剖析整个过程中的施工技术要点，并探讨和描述了如何加强技术应用，以满足其预期效果。汪俊等考虑包括形状和外壳的插入深度和泵送量等因素，利用数值模拟对排水效果的影响因素进行计算。杨周宏等对河道附近深基坑降排水技术进行了研究，从潜水泵排水的施工技术原理、施工工艺及注意事项等方面对此项施工技术进行了分析阐述。山继红等针对新疆亚曼苏水电站厂房基坑遇到的强透水性砂卵砾石层的降排水问题进行了研究，通过采用防渗墙+降水管井的形式进行了截水和排水，系统选择了管井水泵并全面布置了自动监测系统，从而在保证施工质量和安全的情况下完成基坑降排水施工的目的。廖宝嘉等从某工程入手，就前期准备、施工工艺、施工技术要求等方面，较为系统地介绍了轻型井点降水及深井井点降水的施工技术要点。张进等提出了隧道开挖工程施工方案和排水管理措施，这一计划和管理措施的应用也在实际工程中取得了良好的效果。本研究结合江苏南通某国道下穿铁路的立交桥工程施工中的基坑开挖尺寸以及地下水的状况，研究基坑降水规律，制定基坑降排水方案，实现在复杂环境条件下的深基坑的降水。

1工程概况

1.1地貌及水文概况

工程所在位置属平原地貌，地形相对平坦，地势变化不大，工程主体范围主要为农房及藕池、鱼塘等，其他部分为农田。施工现场地下水类型分为孔隙潜水，上部填土层和砂性土层中的孔隙水是其主要来源，其补给来源主要是大气降水和地表径流为主，水量较多。地下水具有明显的动态变化特征，春夏季较多、秋冬季较少，设计勘察阶段测得的地下水位深度是1.0-3.0 m。

1.2顶进箱涵概况

顶进箱涵的框架结构形式采用分离式箱身下穿铁路，下穿段道路长度为38 m，两侧各设置3x15 m的u型槽引道与道路衔接。框架使用分离式箱身结构形式，各项数据如1图所示。箱涵工作坑设在铁路一侧，工作坑垂直于铁路方向长46.7 m，顺铁路方向长52.3 m，开挖深度距离地面6.73 m。工作坑及后背采取钻孔灌注桩作为围护结构，钻孔桩桩顶设C30钢筋混凝土圈梁。工作坑内采用管井进行降水，地下水位降深为降到箱底下面连通管底面标高以下0.5 m。

2基坑降水计算

单井计算非常简单，结果一般与实际效果一致。但对于群井而言，由于降水施工过程中，多口井同时进行降水工作，这样便极易形成相互干扰，导致计算结果和实际效果有很大差别。此时的计算结果就不能按照单井的计算结果乘以相应的降水井数量，因此计算时要先将基坑等效化为一口大井，然后确定基坑总的涌水量，再确定设计单井，确定其出水量，最后依据总的涌水量和单井出水量确定所需井的数量。本次设计计算涉及的参数较多，因此作如下说明。

（1）降水井的直径，过滤管设计有效长度以及水泵的选择等依據市场一般规格提取相应参数;

（2）渗透系数是计算沉淀的一个重要参数，地质勘测报告中没有明确给出，根据土壤的渗透性，以及在当地的项目实践经验决定;

（3）地质报告中并未给出含水层厚度，但其也是影响较大的一个参数，计算过程中，先采用完整井模，假定一个基础含水层数值，按每0.5 m间隔递增算出一组数据，而后采用非完整井模型，同样按0.5 m间隔递增算出另一组数据，利用两种模型的相近数据并结合以往工程经验综合确定。

2.1基坑涌水量计算

依据《建筑基坑支护技术规范》（JGJl20-2012）附录E公式E.0.1计算总涌水量：

因为本土地质情况复杂，渗透系数的取值存在一定偏差，按照以往经验，当降水井间距不超过15 m时，降排水量能达到方案要求，但为了均匀降水，使降水对周边环境的影响降至最低，故在整个基坑范围内均匀布设4个降水井，分别布置到基坑的四个角，降水井中心距离基坑边的距离为2.5 m。

3基坑降排水设计

本工作基坑地处南通沿海地带，地下水位较高，地质主要为粉砂、粉质黏土，渗透性系数中等，计算地下水位深度取2.5 m，则水位降深为5.62 m，故基坑开挖时，极易产生侧向变形导致开挖面变形。根据以往类似情况的经验，采取深井降水施工方法，由于深井降水效率好，可以创建适用于开挖施工基坑结构的有利条件。

基坑降水以管井降水为主，排水沟明排为辅。降水井直径为Ф30 cm，井深20 m，采用多孔混凝土管，并辅以滤网，沿基坑边线布置在基坑内部，结合计算结果，在基坑内布置4口降水井。水位降深在满足施工要求的前提下，尽量选择较小水位的降深，一般降到操作面下0.5 m即可（有特殊要求的除外），这样可最大程度上避免降水对地层的影响，不至于造成地基承载力下降。本次降水深度应低于滑板底部连通管0.5 m，才能保障不影响施工。在开挖基坑的四周设排水明沟，每隔20 m左右设一集水井，使基坑内渗水与施工废水汇入其中，再用水泵抽入地表沉淀池沉淀后排放，保持沟底低于基坑底不小于0.3 m，集水井低于沟底0.5 m。且排水明沟的开挖需要随着基坑的挖深而不断加深。此外，铁路线路部分的基坑降水根据开挖实际情况尽量减少抽水量，并需要严格监测铁路线路的沉降，应及时对线路沉降处理，比如填高道砟轨道等，若监测出现较大沉降应立即停止降水，并及时浇筑系梁支墩将线路进行加固支撑。

4降水井施工技术措施

降水井的施工，主要包括以下步骤。

4.1钻机就位

井位需按照设计图纸多次测量，反复校正，严格对中，钻机基础在确定位置后，需保证其平稳性、牢固性。为保证施工的精准性和安全性，孔位、磨盘、大钩必须在同一垂线上。放置护孔管时要求垂直地面，打入地面20-50 cm，并在四周用粘土填实固定。

4.2钻孔清孔

施工过程中控制好钻进深度，钻进中泥浆的比重保持在1.15-1.25。钻进中应根据当时的地质条件选择合适的钻进速度，达到钻孔深度后，便可进行清孔工序，清空后应达到的效果包括泥浆比保持在1.10左右，并且孔底的沉渣厚度不超过0.1 m。

4.3下井管

下井管前按设计方案准备好足够的井管，并将其整齐排列，下管过程中，应保证管口处至地面不能倾斜，更不能卡在井壁，并严格控制井底标高，下好井管后，把井管居中固定。

4.4填充碎石

钻杆上管放在至沉淀物50 cm处，然后将浆液开始变化，当降低到约1.08的浆料比例时，对砾石和泥浆进行循环填充，沙砾填充达到期望的深度结束。

4.5止水封孔

為避免降水井上部泥浆渗入砾料内，影响成井质量，砂砾填埋结束至少20 min后，在其上部使用粘土封孔。

4.6洗井

活塞和空压机一起工作，以保证洗涤的质量良好，洗井过程中应安排两套台班或以上，直至符合设计要求。

4.7下泵试抽

在完成洗井工作后，等水位恢复便可下泵试抽，水泵的放置深度应位于滤水管的下半段。

4.8电缆电路安排

每个排水井所需的电缆及连接各井之间的电缆一同配齐，电路安装应聘用专业电工，注意电路的防水防潮，并在电闸处设立警示牌。

4.9抽水试验

在做好一切准备工作后，先用1-2 d的时间进行试抽，观测其抽水动态，是否稳定，含砂量是否满足要求，当水位恢复时便进行正式抽水工作。抽水试验时采用边抽水边观测的方式，以绘出降深与时间的关系曲线图为止。结合试验得到的参数，优化降水方案，选择适当的排水设备，安排相应人员负责，保证整个降排水工程的顺利进行。

4.10抽水要求

抽水过程中，全天候派人现场监守，做好记录，以掌握抽水实时动态，指导降水顺利进行，效果达到最优。

5结束语

降水对基坑开挖过程中的施工安全起到了至关重要的作用，特别是在江苏南通地区水位高、渗透强、地质条件复杂的情况下，基坑开挖的顺利实施的关键在于良好的降水效果。本工程经过降水处理后，在基坑开挖、箱涵预制及箱涵顶进的整个过程中，周边地表沉降、基坑坑壁的位移等均未超出规范的规定值，因此，该降水方案合理有效，较好地解决了深基坑的降排水问题。