超深止水帷幕結合井點降水技術研究

姜榮

摘要：結合包頭市多年水文資料記錄及包頭市立體綜合交通樞紐地質(zhì)勘察報告，對包頭市立體綜合交通樞紐工程基本概況進行分析，比選幾種成熟基坑降水方法并對降水設計及施工要求做了研究，同時分析基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，證明了基坑降水方案的可靠性、合理性和經(jīng)濟性。

Abstract： Combining with the records of hydrological data in Baotou City for many years and the geological survey report of the three-dimensional integrated transportation hub in Baotou City， the basic general situation of the three-dimensional comprehensive transportation hub project in Baotou City was analyzed. Several kinds of mature foundation pit dewatering methods were selected and the design and construction requirements for precipitation were made. The monitoring data of the foundation pits was analyzed at the same time the reliability， rationality and economy of the foundation pit dewatering scheme was proved.

關鍵詞：基坑降水；方案；止水帷幕；施工

Key words： foundation pit dewatering；scheme；waterproof curtain；construction

中圖分類號：TU46+3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0133-03

1 工程概況

1.1 基本概況

包頭市立體綜合交通樞紐工程位于包頭市東河區(qū)二里半機場與擬建高鐵包西線（呼包銀線）機場高鐵站之間；二里半機場航站樓以北，嘎臘木路以西，西河東路以東，南海路以南，橫跨機場高速路，交通十分便利。工程總占地面積321500m2，其中交通中心工程總建筑面積135000m2，其中，①交通中心總建筑面積13.5萬m2，其中地上面積3.8萬m2，地下面積9.7萬m2（不含地鐵配套工程面積）。②機場高速路下立交工程為雙向四車道，總長度754m，寬度22m，總面積17820m2；③預留配套地鐵工程一期范圍與本工程整體共建，面積為2.82萬m2?；硬捎谜w明挖順作法施工，總開挖面積約為7.5萬m2。交通中心基坑開挖深度均為13.75m；地鐵基坑開挖深度16.81～17.31m，下立交基坑開挖深度0～16.8m。

1.2 周邊環(huán)境

包頭市立體綜合交通樞紐基坑東側為東河園林廣場，西側為正在生產(chǎn)經(jīng)營的包頭中藥廠，廠房尚未拆遷，距離基坑僅10m；南側為包頭機場，機場高架橋距離基坑22m、機場航站樓距離基坑46m、機場跑道距離基坑550m；北側為包頭市糧庫，距離基坑約100m。

2 工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)勘察鉆孔深度內(nèi)所揭露的底層情況，場地表層多為雜填土及素填土；上部地層主要為第四系全新統(tǒng)河流相沖積（Q4al）形成的粉細砂，夾粉土、中粗砂和粉質(zhì)粘土層；下部地層主要為第四系全新統(tǒng)河流相沖積（Q3l）形成的粉質(zhì)黏土、粉細砂與靜水湖相沉積（Q3al）形成的粉質(zhì)粘土變換出現(xiàn)。各土層地層巖性特征具體如表1。

2.2 水文地質(zhì)

根據(jù)地勘報告顯示，本工程地下水豐富，分布多個含水層，主要為砂層，地下水補給來源以大氣降水、南側黃河及東側南海濕地公園滲流補給為主（東臨南海濕地公園，南側約2.5km為黃河河道），蒸發(fā)是主要排泄途徑。地下水位約1.5～2.5m。根據(jù)包頭市區(qū)多年水文資料記錄顯示，地下水位隨季節(jié)變化較大，水位變幅為0.6～1.6m。場地內(nèi)主要含水層滲透系數(shù)如表2。

2.3 基坑降水方式的選用

基坑降水是指在基坑工程施工過程中，地下水按規(guī)范要求滿足支護結構和土方開挖施工的要求，并且要穩(wěn)定控制地下水位變化，避免對基坑周圍的機場航站樓、高架橋、中藥廠建筑物和環(huán)境造成危害。目前比較成熟的基坑降水方法主要有：明溝加集水井降水、輕型井點降水、管井井點降水等等。各種降水方法及其特點和使用情況如下：

明溝加集水井降水是在基坑開挖過程中開挖至水線附近時開挖集水坑用提升泵將積水抽排至基坑周圍排水溝，該方法對于排除施工用水和天降雨水時比較經(jīng)濟、快速。但是對含水量豐富的潛水含水層降水范圍有限，降水效率較低，過程中影響其它工序推進，影響工期進度，不適合本項目降水要求。

輕型井點降水是將管徑Φ40鋼管插入場地內(nèi)的含水層，井管與總管采用軟管連接，總管一端設置抽水設備，利用抽水設備將地下水從井管內(nèi)抽出，達到降低水位為目的，將原有地下水位降至機構底板以下（0.5～1.5m），滿足施工要求。輕型井點降水一般應用于面積較小、涌水量較少、降水深度較淺的基坑，輕型井點降水降低水位深度一般在4～6m之間，對于降水深度大于6m的基坑，可以采用多級井點系統(tǒng)，占用場地大、設備多、費用高，對于樞紐項目狹窄的場地和較深的開挖來說很不適合。

管井井點降水是在深基坑四周埋置深于基底的單獨濾管（無砂混凝土濾管或鋼濾管），地下水通過滲透作用進入管井，通過井管內(nèi)的潛水泵將水抽出，達到降低水位，滿足基坑開挖的方法。管井井點降水特點：①降水深，排水量大，不受吸程限制，降水速度快，排水效果好；②井間距大，平面布置易于調(diào)整，減少作業(yè)面的干擾和影響；③成井工藝簡單、成熟，成孔（打井）用人工或機械均可；④降水設備費用低，維修簡單，施工速度快。本工藝標準適用于滲透系數(shù)較大（10～250m/d）、土質(zhì)為砂類土、地下水豐富、降水深、降水速度快（基坑開挖前15～30天開始降水），但該工藝對地下水體影響較大，施工時必須制定詳細回灌方案，減少環(huán)境影響。

由于本項目基坑開完深度大、場地地下水位高、水量大、主要含水層滲透性較強，故本次降水施工難度較大，地下水問題較為突出。為防止基坑開挖時產(chǎn)生塌方、管涌、流砂等不良地質(zhì)現(xiàn)象，必須采取相應的預防措施，尤其要注意止水、隔水、降水，以確?；邮┕ぐ踩Ｔ谑┕て陂g應進行疏干降水，方便土方外運，保證施工?；油鈧炔贾?8.0m長的三軸攪拌樁，端部置于粉質(zhì)粘土層（隔水層）中，形成封閉型止水帷幕，阻斷基坑內(nèi)外水力聯(lián)系。交通中心開挖深度13.75m，地鐵及下立交開挖深度17.31m，降水深度大，對工程影響較大的地下水屬潛水類型，根據(jù)工程基坑特點和圍護設計，基坑內(nèi)設置疏干井，將水降至底板以下2m。基坑外側四周設置降水井，將水面降至錨索施工工作面下1m。降水工程全部結束后，所有的降水井均采用降水井用濾料回填。

針對本工程地質(zhì)情況以及周邊環(huán)境狀況，采用管井降水。由于本工程地下水豐富、水源補給快、水位高，故采用超深三軸攪拌止水帷幕止水。

3 降水設計概況

本工程基坑支護原設計為止水帷幕+灌注樁+高壓旋噴錨索。止水帷幕采用38m長Φ850三軸攪拌樁；交通中心設置雙排灌注樁，雙排樁區(qū)域樁頂圈梁通過鋼筋混凝土拉板連接；基坑鄰機場航站樓側安全等級為一級，其余側安全等級為二級，基坑設計使用年限為一年。錨索設置為一樁一錨，設置4道（-3m、-6m、-9m、-11.5m），錨索為6Ф15.2@1600，傾角10度，自由段長度5m，錨固段長22m/20m、錨固體直徑400mm，端頭5m為擴大頭，直徑500mm。為保證基坑支護的安全穩(wěn)定與土方開挖順利進行，坑外設置降水井（錨索施工階段開啟，錨索施工完成后關閉），坑內(nèi)設置疏干井。

3.1 為保證錨索施工，坑外降水井數(shù)計算

3.1.1 基坑涌水量估算

3.1.2 單井出水量

基坑外側降水采用鋼濾管，濾管R=273mm，設計井深26.0m，配置潛水泵（10m3/h），單口管井流量=10*24=240m3/d。

3.1.3 坑外降水井井數(shù)確定

坑外降水井數(shù)量（n）=涌水量（Qd）/單口管井流量（qw）n=5775/240=24，基坑外側四周總降水井數(shù)考慮1.3儲備系數(shù)及觀察井，共設置128口。

3.2 坑內(nèi)疏干井數(shù)計算

3.2.1 基坑涌水量估算

基坑采用止水帷幕進行封閉，涌水量按公式Q（疏干降水排水總量）=含水層的給水度*基坑開挖面積*降水深度進行估算：其中含水層的給水度取0.17，基坑總開挖面積為7.5萬m2，降水深度17.5m。

涌水量=0.17*7.5*103*17.5=229820m3

3.2.2 單井出水量

基坑內(nèi)降水采用無砂混凝土濾管，濾管R=400mm，設計井深26.0m，配置潛水泵（10m3/h），單口管井流量=10*24=240m3/d。

3.2.3 坑內(nèi)疏干井數(shù)量計算

坑外降水井數(shù)量（n）=涌水量（Qd）/單口管井流量（qwt）n=229820/240*10=95，水井數(shù)考慮1.2儲備系數(shù)及觀察井，共設置114口。

3.3 降水井布置

本工程外側設置降水井128口（保證錨索施工階段降水），主基坑外下立交部分布置間距24m，主基坑四周布置間距12m，基坑內(nèi)設置疏干井114口，井距20～40m，井深均為26m。（圖1）

4 實測結果及分析

本基坑監(jiān)測項目基于主要監(jiān)測對象分析，結合現(xiàn)場實際環(huán)境，具體監(jiān)測內(nèi)容包括：坑外潛水水位監(jiān)測；坑外地表沉降；周邊3倍開挖深度的建筑物、高架設施、管線設施等的監(jiān)測。各監(jiān)測項目現(xiàn)場布設數(shù)量統(tǒng)計如下：地面沉降觀測斷面，共24個斷面（每個斷面8個監(jiān)測點）；坑外潛水水位監(jiān)測，共26口。全過程安全監(jiān)測降水和土方開挖。（表3）

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，地表沉降最大速率-0.64mm，累計變化量-3.84mm、建筑物沉降符合規(guī)范要求，坑內(nèi)水位穩(wěn)定控制在基坑底板以下2m范圍，說明基坑降水方案合理、可靠。

5 結語

超深止水帷幕與坑內(nèi)管井井點降排水聯(lián)合方案充分考慮水文地質(zhì)及周邊環(huán)境情況，地表沉降及周邊建筑物沉降控制在規(guī)范要求范圍；水位穩(wěn)定控制在底板以下2m范圍；確保基坑安全；施工造價控制在預算范圍，在該工程得到成功應用。

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，對地下空間的開發(fā)利用也不斷增強，深基坑工程越來越多，基坑土方開挖與支護過程中，出現(xiàn)局部地質(zhì)變異性大（本項目出現(xiàn)大面積隔水層）、局部流砂或涌水、積水現(xiàn)象也是在所難免，降排水方案應提前充分考慮相應的應急預案或處理措施，應變突發(fā)情況，降排水應急措施是否合理在很大程度上是決定深基坑施工技術方案是否成功的主要因素之一。

參考文獻：

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[3]苗云霞.三軸水泥攪拌樁止水帷幕技術在施工中的應用[J].山西建筑.