哈爾濱市某綜合樓項目基坑降水工程施工方法研究

劉 恂

(哈爾濱空港新城建設發(fā)展有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001)

1 工程概況

1.1 工程項目指標

本工程位于哈爾濱市道里區(qū)太平鎮(zhèn)，臨空第一大道以南，臨空第二大道的北側。由哈爾濱空港新城建設發(fā)展有限公司投資建設，總建筑面積52938.64m2，用途為多層公共建筑，地下一層為設備用房及地下立體停車場，地上一層為售樓大廳，二層至四層為辦公及酒店客房，基礎結構形式為獨立基礎。

1.2 工程項目所在區(qū)域水文地質條件

擬建場地地形南高北低呈緩坡狀，地勢稍有起伏，地面絕對標高在135.46～137.62m之間。該建筑場地是由河流沖積作用形成的河流侵蝕堆積地貌，屬松花江流域河谷漫灘相，上部地基土主要由黏性土組成，其中夾有厚薄不等的粉砂夾層，下部主要為粉砂及中砂層[1]。

按照地下水埋藏條件和含水層的狀態(tài)分類，勘察場地地下水類型為第四紀松散層孔隙潛水，含水層分布較穩(wěn)定。該場地地下水與松花江水力聯系密切，由于含水層的滲透性和徑流條件較好，因此形成互補的補給和排泄條件。地下水動態(tài)變化規(guī)律為：7-9月份為豐水期，水位上升，3-5月份為枯水期，年變化幅度在2～3m左右。1998年松花江流域遭遇百年罕見特大洪水，哈爾濱段水位達120.89m，也創(chuàng)歷史最高水位?？辈炱陂g場區(qū)地下水初見水位埋藏深度為2.8～5.2m，穩(wěn)定水位埋藏深度為2.4～4.1m，絕對標高在132.44～134.11m之間[2-5]。

2 基坑降水工程內容

(1)基坑周邊降水井60眼，觀測井1眼，井深為30m，井距為10m。由于地質條件以粉質粘土為主，透水性差，且基坑長邊約200m，跨度較大，因此在基坑中部增設7眼降水井，總進尺1830m，單井排水能力約為14.14m3/h以上；由于場地降水地質構造觀測井前20d作為減壓井進行抽水，待降水井全部正常運行用于觀測水位。

(2)降水用機電、設備安裝(水泵、電源線、配電箱)。

(3)降、排水輸送管道安裝。

(4)運行期間降水巡視、觀測、維護和檢修，保證整個降水系統(tǒng)安全高效運行。

(5)為保證建筑物、構筑物基礎正常施工水位埋深降至-7.4m以下。

3 基坑降水設計要求

井點降水時，必須滿足降水應大于地下水的涌水量，同時應考慮地下承壓水的因素。降水井距離與圍合面積必須認真熟悉地質勘察所提供的水文資料及地層結構與特證。要結合本工程實際需要既預設工期和實際工期，跨越的時間段是否進入汛期等各種因素。

采取理論數據計算方法，基本排水量確定，不在汛期采取兩種計算方法平均值，進入汛期和跨越汛期采取最高值與經驗值。

根據以上工程特點降水時間長，頂板施工回填土結束才能停止降水。降水井布置既要滿足施工要求，又要給主體施工創(chuàng)造條件，做到機械施工無障礙，本工程以整個降水閉合區(qū)為一降水單元，降水井布設采取圍合設置?；优潘繎_保基坑挖土和承臺、底板施工達到干槽施工時的安全，地下水降至底板以下0.5～1m，降水深度約為-5.2m，保證干槽施工。

4 基坑降水方法及降水井點的布設

4.1 基坑降水方法

現如今主流的有效降水方法有大口徑深井點降水，明排降水和輕型井點降水等，依照勘測報告的水文地質數據及本工程施工作業(yè)輻射范圍周邊環(huán)境情況，根據本工程降水過程時間短、施工現場周邊建筑物較少、地下水降水深度大、降水水量多等特點，擬采用大口徑深井點降水方法降水，以確保本工程基礎工程的基坑開挖施工順利進行。

4.2 基坑降水方案計算

采用深井點降水方法進行降水。總排水量18557.52m3/d,降水井60眼，觀測井1眼，井深為30m，井距為10m。在基坑周邊布置，管徑φ300mm，開孔孔徑φ550mm。排水方案采用分管道(排水集、輸送管道)排放方法，在基槽開挖前注重多層基礎及塔吊的支護。

基坑降水采用下式計算：

式中：

K—含水層綜合滲透系數，取試驗值8m/d;

H—含水層厚度，取40m；

L—濾管長度，取3 m；

R—有效影響半徑，取計算值R=55.81m;

S—基坑中心水位降深，設計值5.2m；

r0—基坑大井概化半徑，經計算80.48m；

A—基坑面積；

計算得Q基=18557.52m3/d。

降水井點管數量和間距：

(1)結合勘測報告水文地質數據及施工現場的施工輻射范圍內周邊現場環(huán)境，采用大口徑深井井點降水；施工布井應考慮以“周邊布井為主”的原則，達到水位降低的要求。針對地下滲透流砂對建筑物地基所處土層土體的不利影響，基坑降水井出水量不宜過大，出水量小于等于20m3/h。

(2)基坑降水運行時總排水量應大于計算的基坑基本涌水量，即Q總≥nQ單=Q基需井點數量。

≈339.29m3/d≈14.14m3/h。

n=1.1×Q/q=1.1×18557.52/339.29≈60.16≈60眼。

式中：Q0—單井出水能力(m3/d)；

Rs—過濾器半徑(m)；

L—過濾器進水部分的長度(m)；

K—含水層滲透系數(m/d)。

①單井出水量；

經計算當n=60時，Q總=nQ單=60×20m3/h×24h=28800m3/d。

經驗證，Q總>Q基，故降水條件滿足要求。

依照上述驗算描述：降水井眼數設置為60眼，降水井水量14.14m3/h，降水井井內水位應控制在7.4m以下。按驗算結果配套潛水泵選用參數應為：額定出水量20m3/h，揚程大于52m，功率5.5KW。為了保證施工的順利進行，降水應提前30d進行。

由于地質條件以粉質粘土為主，透水性差，且基坑長邊約200m，跨度較大，因此在基坑中部增設7眼降水井。

②井點管間距離的確定

按下式計算：

D=2×(L+B)/100。

式中：L、B——分別為矩形井點的長度和寬度(m)；

經計算：D=10m。

(3)降水井深度確定

降水井深度的確定按公式：

Hw=Hw①+Hw②+Hw③+Hw④+Hw⑤+Hw⑥。

式中：Hw：基坑降水井垂直設計深度(m)；

Hw①：基坑垂直設計深度(m)；

Hw②：降水水位與基坑底部所需滿足的設計深度(m)；

Hw③：i×r0；i水力坡度0.06～0.10；r0降水井間距15(m)；

Hw④：基坑降水過程中地下水水位邊度幅度(m)；

Hw⑤：過濾器裝置設計長度(m)；

Hw⑥：沉砂管設計長度(m)。

Hw=7.4+1+15×1/15+3+3+6≈21(m)。

經計算井深為21m，因自耕土層至約-19m范圍內均為粉質粘土，滲水率小，因此預計將降水井深度加深至30m進入中砂層，使形成地下水隔斷層，增強滲水，因此最終確定降水井深度為30m(已開挖基坑地面)。

(4)排水方案

由于水井點較多，加之排水量大，在基坑開挖周邊兩側分別連接、圍管方式集中排放。排水管選螺旋鋼管Φ273mm,主管線向南鋪設至河道內長度約為1700m。為了保證整個工程的降水以防止停電給工程造成影響，需配備300KW發(fā)電4臺。

4.3 基坑降水試抽水試驗及地下水水位監(jiān)測

當完成前三個降水井點施工后，應進行基坑降水試抽水試驗，以獲取施工現場實際水文地質參數以及單個降水井的出水量，以便設計單位復核設計參數。在試抽水試驗進行中應著重檢測含沙量，如若該區(qū)域地下水體含少量較大，應對降水系統(tǒng)反濾層結構進行調整，包網處理后續(xù)所有降水井點。

在基坑降水施工過程中要嚴格做好地下水水位檢測，按要求每日收集地下水水位數據，出現異常應及時上報，采取應急措施。

5 基坑降水主要施工方法及施工流程

根據場地勘測報告所述水文地質數據、設計要求及施工規(guī)范內容，確定井深30m。降水井井管管徑Φ250mm，選用6mm厚的塑料波紋管，鉆Φ14的孔間距8×8cm梅花型布置，纏井底布兩層，鉆井孔為Φ550mm，井管與井壁之間采用5～8mm砂礫料填充。由于降水面積達16200m2，而且同時施工降水，降水井60眼，排水量大約為18557.52m3/d。降水井初始集水管應在建筑開挖周邊兩側分別聯接、做到一井一閥門控制，以便進行維修。開工后，首先在設計井點位置打兩口試井，進行抽水實驗，確定降水參數，對原井點降水方案設計進行調整，使之滿足施工需要[6]。

基坑降水施工流程：測定標注井點定位點→泥漿預留坑開挖→下設降水井鋼護筒→井孔鉆機調校就位→降水井井孔成孔→回填井底砂墊層→安放井管→回填濾料→封井→洗井→安裝排水管下泵→試抽水→降水井正常工作。

6 基坑降水對施工作業(yè)輻射范圍內環(huán)境改變及應對措施

基坑降水工程對施工作業(yè)輻射范圍內原始土層的改變主要是在進行降水井鉆孔作業(yè)時會對原始土層產生擾動，從而造成破壞。為防止此類原始土層的破壞，應在基坑坡腳、坡面、坡頂保持穩(wěn)定的前提下，采取如下措施：

(1)降水井鉆孔完畢后，必須將濾水管埋設于-2.5m以下位置，濾水管上部至地面采取封井措施，封井材料使用粘性土。

(2)降水井內抽水泵應按設計降水深度選擇匹配的出水量及揚程，其出水量應控制在每小時20m3以內，揚程高度大于52m。在抽水作業(yè)過程中，防止出水量過大，水流速度過急，導致泥沙進入降水井，對原始地層土體造成破壞[7]。

7 結語

目前來看，基坑開挖前需要降水已經是一種比較常見的施工情況，若不采取合理的施工措施，會直接影響工程的施工質量。本工程在進行基坑降水施工過程中，通過采取上述施工方法，保證了工程的順利開展，取得良好效益。