地下车库基坑开挖管井降水工程实例

陈润生 （太原科技大学基本建设管理处，山西 太原 030024）

0 前言

当代城市建筑的施工都离不开基础工程，其中基坑开挖支护和基坑降水几乎是基础施工的必有工序[1]，在建筑施工阶段占有重要的地位。施工降水方案与基坑支护方案选择的科学性对整个工程的安全、质量、进度和费用影响巨大，应引起高度重视。本文以某地下车库工程基坑大开挖降水工程为例，通过地质资料分析，确定了土钉支护、管井降水的基坑开挖方案，介绍了降水井设计、管井施工，土钉支护的基坑土方开挖施工工艺过程，确保了工程的进度、质量和安全。为其他类似工程的基坑降水、支护及土方开挖提供了借鉴[2]。

1 工程概况

本项目位于太原市西北，为地下一层人防工程，平时用作地下车库（以下简称地下车库）。地下车库南侧为同期拟建学生公寓1#楼、2#楼，北侧为同期拟建学生公寓4#楼和二期拟建学生公寓3#楼。车库边缘距离1#楼、3#楼约10m，距离2#楼、4#楼约5m。4栋学生公寓均为高层建筑，地下1层。地下车库结构形式为框剪结构，基础为筏板基础。基坑开挖尺寸为149.3m×31.7m，所挖基坑与同期拟建的学生公寓1#楼、2#楼、4#楼最近点仅有2m。

本工程现场场地高差较大，场地平均标高约为810.925m，基坑底面标高805.34 m，基坑开挖深度为5.58m。基坑支护采用土钉墙支护。

2 地质条件分析及实施方案选择

2.1 岩土勘察报告相关资料

2.1.1 地形地貌

本场地地形高差较大，地形标高809.41～811.96m，最大高差2.55m。属汾河西岸坡状洪积平原。

2.1.2 工程地质情况

根据地勘报告得知，在勘探深度范围内，地基土从上至下划分为9层，本工程挖土方范围土层为①～②层，如表1。

2.1.3 水文地质情况

建筑场地勘探深度范围内的地下水类型为孔隙潜水，稳定水位埋深在现地面下1.86～4.26m之间，水位标高在807.12～807.76m之间，主要赋存于第①层填土中。地下水补给条件主要由侧向径流补给及大气降水入渗，大体流向由西北向东南泄入汾河。勘察期间为平水期，地下水随季节变化幅度为1.00m左右。

2.1.4 建筑场地类别

建筑场地类别为Ⅲ类，为液化场地，液化等级为中等，其中第③层细沙、⑤层细中砂为液化土层。基坑开挖范围内主要为人工填土层。

2.2 基坑施工方案及技术措施

①根据场地情况，基坑施工采用管井降水、土钉支护的大开挖方案。对于与相邻建筑距离太近的地方，采用土钉支护方案，对于场地操作面较开阔的范围采用放坡的方案比较经济合理。基坑北侧偏西（2#楼暂不施工）和正东侧由于场地较开阔，选择按1：1放坡开挖。

②支护方案：用管井将土方开挖范围内的浅层地下水排除后，进行土方开挖，然后土钉施工支护基坑。在基坑四周支护范围设置排水沟，基坑壁覆盖钢筋混凝土面层，避免雨水冲刷和静水压力导致的基坑壁失稳坍塌。

③基坑开挖方案：土方开挖与土钉墙施工交叉或顺序进行。流程为分层开挖→分层做土钉支护→基坑壁覆盖钢筋混凝土面层→在基坑壁的坡顶做散水面→坡脚挖排水沟。

④局部支护措施。与同期拟建研究生公寓2#楼处及基坑西侧用排桩拉锚支护，确保基坑的安全。

3 降水井设计与施工

3.1 管井设计方案

在基坑周边及基坑内布管井降水，共布设降水井41个，井距约为12m，深度为8m，井底标高为803.00m，管井成孔直径600mm，井管采用φ400无砂混凝土管，强度大于2MPa，孔隙率为15%～25%。管壁与孔壁之间填充砾石。在基坑内设置2孔观测井，井深8m，直径及井管同降水井。

施工排水：在基坑周边地面设集水池，用Φ300混凝土管连接，汇入总集水池，经沉淀后回用作场地降尘和绿化。

3.2 管井降水设计计算

根据无压含水层完整井计算公式[3]计算结果为：

基坑涌水量Q=101.35m3/d；

降水井的数量n=41；

单井井管进水长度y0=-2.44m；基坑中心点水位降深S=5.22m。

3.3 管井施工

①成井工艺：施工准备→放线定位→循环成孔钻机成孔→泥浆护壁→成孔下管→下过滤管→上部用粘土填实→洗井→下潜水泵→抽水→封井。

②成井：采用回转钻机成孔，成孔直径为600mm，用泥浆护壁，孔口设置护筒，防止孔口塌方，并在一侧设泥浆池、排泥沟。

③滤料：钻孔后立即对成孔进行清洗，并安装井管。下管前孔内泥浆要充分稀释，并在孔底填入600mm厚度的封底滤料，下管过程要对井管保护操作，严防井管因磕碰损坏。井管的滤管部分应安装在含水层的范围内，以砾石滤料在孔壁与井管间填充，充盈系数要≥1。滤料填充完毕后，采用粘土封口。

④洗井：在安装水泵前，用压缩空气法洗井，冲掉井内沉渣，一直冲洗到水井出水由浑变清为止。

⑤抽水：经洗井完成后，安装水泵并系统调试合格开始抽水，达到正常运行。

⑥抽水过程详细做好井中水位变化记录。管井降水在基坑开挖前一周内开始抽水，保证土方开挖干法作业，所有管井降水一旦开始不得中断，直至结构完成，室外土方回填至地下水位以上方可停止抽水。

⑦封井：管井降水任务完成后，拔除井管，井孔用砂粒填实，上部500mm用粘土填充夯实。基础内的管井在浇筑垫层混凝土时，用DN400mm带止水环钢套管安装在滤水井管外侧，套管长1000mm，待降水完成后从套管用填入砂粒，上部700mm用高标号快硬混凝土封堵。

3.4 地面排水系统安装

基坑周边的各管井均设集水池，集水池采用240机制砖砌筑而成，水泥砂浆抹面，容积为0.6m×1.0m×1.0m，沉淀池容积为3.0m×3.0m×3.0m，水泥砂浆抹面。各集水池采用Φ300混凝土管连接，100mm厚混凝土垫层，管底最浅处距自然地坪500mm。从基坑西北角开始起坡，排水坡度0.5%。沉淀池设水泵1台。

4 施工降水与土方开挖

本工程基坑施工采用大开挖方式，通过降水井将地下水降至基坑设计深度以下，保证了挖土和基础混凝土垫层及防水施工能够顺利进行。工程基坑开挖工期为45d，施工降水、土钉支护、基坑开挖全部完成。

4.1 监测监控

施工监测由专人负责，监测方法以仪器观测为主，监测内容[4]为：

①周围地面沉降观测；

②基坑底下沉情况；

③基坑内外的地下水位观测；

④支护结构位移的观测。

4.2 施工降水的实施

①观测井：施工工期5d，抽水观察时间10天。对观测记录整理，绘制抽水量与时间(Q～t)与水位下降值与时间(S～t)关系曲线，根据实际抽水情况，分析水位下降的趋势与流量变化，预测水位下降达到设计要求的时间，为施工计划提供了可靠的数据。

②降水井：降水井施工10d，连续降水13d。将地下水位降到设计水位之下，保证不影响基底施工。

4.3 基坑开挖的实施

①工期：土钉支护、基坑开挖历时25d。

②施工流向：大致开挖方向自东向西分层、自上而下、整体开挖。坡道设置在基坑北侧，坡道的坡度为15%，挖出土方用自卸汽车运至施工现场东北角。

③基坑分层开挖：采用1台PC200大型挖掘机进行挖土，2台R55-5型小型挖机配合，8辆自卸汽车配合运土。采用边挖边修整边坡，并分层土钉墙施工的方式，最后修整槽边并清底。

5 结论

施工降水是深基坑开挖的一项重要保障措施，降水效果的好坏直接影响施工进度是否顺利，甚至关乎整个项目的成败[5]。本工程能够按照施工计划实施，保证了工程的进度、质量和安全，得益于以下措施，为同类工程的基础工程施工提供借鉴。

①本工程方案先行，基坑降水及土方开挖方案经过了专家论证，并听取了专家的建议。方案计算和经验依据符合有关标准规范要求，做到了方案可行，经济合理。

②施工降水，先做观测井，并做了抽水试验，为降水井的设计提供了准确的计算参数。

③严格按照施工工序施工。土方开挖，采用分层开挖、防护紧跟的措施，保证了工程的质量、进度和安全。

④制定了相应的监测方案，绘制了基坑监测点位图，明确专人对基坑变形进行巡视检查。无论是降水过程还是边坡支护，都做了严格的实时检测，保证了施工的安全。