建筑深基坑降水施工技術(shù)探析

陳俊 李志強(qiáng)

【摘要】深基坑施工是建筑工程中的基礎(chǔ)內(nèi)容，降水是基坑且尤其是深基坑施工中的重點(diǎn)內(nèi)容。本文首先分析了建筑深基坑施工難題，并圍繞深基坑降水施工技術(shù)方法展開(kāi)詳細(xì)探討，最后以具體案例為基礎(chǔ)闡述了深基坑降水施工技術(shù)的應(yīng)用情況，以期可供參考。

【關(guān)鍵詞】建筑;深基坑;降水技術(shù);工程案例? ? ? ? ? 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.34.065

1、引言

近些年隨著深基坑工程的發(fā)展，由于深基坑開(kāi)挖所導(dǎo)致的事故屢見(jiàn)不鮮，在諸多導(dǎo)致深基坑事故的因素中，地下水的影響最為明顯，如何正確合理地處理好地下水的不利影響，對(duì)基坑工程至關(guān)重要，同時(shí)也是工程中必須攻克的困難。對(duì)此，加強(qiáng)建筑深基坑降水施工技術(shù)研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2、建筑深基坑施工難題

近幾十年來(lái)，我國(guó)工業(yè)與民用建筑建設(shè)步入高速發(fā)展時(shí)期，層出不窮的市政水利工程、高層住宅和超高層商業(yè)建筑、地鐵隧道工程推動(dòng)著基坑工程向大范圍、深基坑、復(fù)雜多變方向發(fā)展。基坑工程是一個(gè)串聯(lián)的整體，主要由場(chǎng)地勘察、支護(hù)體系、降防排水體系、土方開(kāi)挖、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等部分組成，任何一部分發(fā)生失控，都會(huì)導(dǎo)致深基坑工程事故的發(fā)生。為了推動(dòng)深基坑工程的發(fā)展和應(yīng)用，本文從建筑深基坑降水的角度出發(fā)展開(kāi)詳細(xì)分析?，F(xiàn)場(chǎng)基坑施工根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)要求通常需要開(kāi)挖到地下水的含水層中及其以下位置。在以往的工程施工案例中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)流砂、管涌、坑底突涌現(xiàn)象，尤其是當(dāng)基坑開(kāi)挖深度內(nèi)存在飽和軟土和含水層時(shí)，如果未對(duì)含水層進(jìn)行減壓，地下水滲流很容易破壞基坑底部，同時(shí)還伴隨流砂和基坑底部土壤流失現(xiàn)象。根據(jù)基坑的大小和深度，地質(zhì)條件和土壤特性，可以通過(guò)各種降水方法來(lái)控制地下水。

3、建筑深基坑主要降水施工技術(shù)方法

基坑降水一般分為明溝排水和井點(diǎn)降水兩大類。根據(jù)場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件與地表的復(fù)雜程度，各類降水方法可擇優(yōu)選擇，也可組合應(yīng)用。下文就建筑深基坑主要降水施工技術(shù)方法展開(kāi)分析。

3.1明溝排水技術(shù)

明溝排水最為經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、方便，適于淺基礎(chǔ)排出上層滯水。地下水比較豐富，開(kāi)挖深度不大于4m，水的滲水量較少的地層中宜適用此種降水方法。若在地下水位較高的地方僅采用這種方法，容易使基坑底部土質(zhì)軟化，并造成地下水侵蝕、基坑邊坡出現(xiàn)滲漏失穩(wěn)，并且錨噴網(wǎng)支護(hù)施工難度可能會(huì)增加。所以，在此類的基坑支護(hù)施工過(guò)程中，明溝排水一般不單獨(dú)使用，經(jīng)常與其他降水方法結(jié)合使用，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

3.2井點(diǎn)降水技術(shù)

（1）輕型井點(diǎn)降水是一種使用頻率較高的排水系統(tǒng)。它通過(guò)集水總管利用降水設(shè)備在井點(diǎn)管路內(nèi)形成真空，將地下水從井管內(nèi)不斷抽出，從而降低地下水位（圖1）。該系統(tǒng)可以根據(jù)地下水量安排井間距，適用于地下水位較高的地方;3～6m是此種方法降水的最佳深度，一般不超過(guò)8m。

（2）電滲井點(diǎn)降水法一般不會(huì)單獨(dú)使用，通常與輕型井點(diǎn)或噴射井點(diǎn)法結(jié)合使用。利用黏土的電滲現(xiàn)象和電泳特性，促使土壤中的毛細(xì)水分子更快流動(dòng)，加速土體的固結(jié)速度，增加土體強(qiáng)度，以達(dá)到較好的降水效果。在滲透系數(shù)小于0.1m/d的飽和粘土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土中通常采用此種方法，尤其是在淤泥和淤泥質(zhì)黏土中降水效果較好。

（3）噴射井點(diǎn)降水由于其系統(tǒng)的復(fù)雜性，降水中很少使用此法。適用滲透系數(shù)較小的粉質(zhì)黏土、粉土、粉細(xì)砂土層，降水深度較大，可達(dá)到8～20m。但是，噴射井管地面運(yùn)行系統(tǒng)非常復(fù)雜，易出錯(cuò)，施工管理復(fù)雜，工作效率低，且成本比其他井點(diǎn)降水方法高。

（4）管井及深井降水。主要設(shè)備由濾水管、吸水管、水泵組成（圖2），管井或深井井點(diǎn)一般在地下水豐富的土層、砂層、碎石土層，滲透系數(shù)較大（20～200m/d），以及輕型井點(diǎn)或噴射井點(diǎn)難以解決時(shí)使用。管井孔徑一般為400～800mm，管徑一般為200～500mm。深度從10m左右到100m以上。每口管井排水量因管徑的不同而不同，最大排水量可達(dá)1000m3/d，適用范圍廣，施工方便。

（5）自滲井點(diǎn)。在基坑下部的土層中，如果存在上下兩層或多層含水層，可采用自滲井點(diǎn)。通過(guò)向孔內(nèi)投擲礫石或粗砂;或放入水泥礫石濾水管，利用自滲井良好的滲透條件，將上部含水層中的地下水、上層滯水導(dǎo)入下部含水層中，最終達(dá)到控制基坑地下水位的目的。

4、實(shí)例探析建筑深基坑降水施工技術(shù)的應(yīng)用

4.1工程概況

本項(xiàng)目為某11層的住宅樓工程，地下設(shè)有單體停車庫(kù)及建筑人防工程。施工場(chǎng)地地勢(shì)較為平緩，地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定，常年未發(fā)生過(guò)滑坡、坍塌及泥石流等災(zāi)害。

經(jīng)調(diào)查，場(chǎng)地土層厚薄相對(duì)不均勻，主要填埋有①1層雜填土和②2層素填土，雜填土厚度0.30～2.60m，大多為碎磚塊、碎石等硬質(zhì)建筑廢料以及部分生活垃圾。素填土主要以粘性土料為主，填埋土層厚度0.50～3.10m，呈塑性狀態(tài)分布在土層上方;素填土的自然濕度較高、壓縮比較大，但正是素填土的濕軟特性，使得其受壓承載力較低。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)地下水位進(jìn)行勘測(cè)，探明的地下水位特征如下：初見(jiàn)水位埋深0.60～1.40m，標(biāo)高0.540～1.430m;穩(wěn)定水位埋深0.50～1.20m，標(biāo)高0.640～1.630m。

4.2降水、排水設(shè)計(jì)方案

4.2.1降水設(shè)計(jì)

結(jié)合工程施工點(diǎn)地質(zhì)特征及地質(zhì)勘探水位探明報(bào)告，該施工區(qū)域地下水位適用于管井法達(dá)到降水目的，降水井的布設(shè)點(diǎn)位設(shè)計(jì)在降水基坑的外側(cè)，并在局部觀測(cè)點(diǎn)位對(duì)水井的水位進(jìn)行觀測(cè)?；趨^(qū)域內(nèi)同類建設(shè)項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)降水井的間距為6m，井深開(kāi)挖深度15m（該開(kāi)挖深度已將集水坑、電梯井部位預(yù)觸水高度計(jì)算在內(nèi)）。

鉆井時(shí)通過(guò)機(jī)械反循環(huán)鉆機(jī)打孔，設(shè)計(jì)井筒直徑600mm，井管埋設(shè)直徑400mm的無(wú)砂混凝土材質(zhì)管道，水質(zhì)過(guò)濾網(wǎng)材質(zhì)與井管材質(zhì)相同，過(guò)濾網(wǎng)的孔隙率設(shè)計(jì)為25%～30%，并在過(guò)濾網(wǎng)的最外層包裹80目的尼龍網(wǎng)進(jìn)行粗過(guò)濾。在隔水層部位填入粘土球，對(duì)井筒地基層進(jìn)行密封，其他填土段使用3～5mm濾料填充，若初次抽水值達(dá)到設(shè)計(jì)的目標(biāo)值，可分時(shí)段抽水。

本項(xiàng)目探明的地質(zhì)資料中，地下水位平均潛水標(biāo)高約1.290m，抽水后水槽能夠降低至設(shè)計(jì)槽底水位以下2m左右。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)井槽的地質(zhì)環(huán)境，水位達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后降水時(shí)長(zhǎng)持續(xù)增加，在抽水過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定量的沉砂現(xiàn)象，故鉆井設(shè)計(jì)深度為10～12m。對(duì)降水井的位置布局，分別在水井的4個(gè)角布設(shè)水井，中間位置按照橫、縱方位均勻布設(shè)，共計(jì)打降水井60～65口，確保降水效率。

4.2.2排水設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目潛水泵設(shè)計(jì)最大揚(yáng)程高于20m，水泵的排水量超過(guò)24m3/h。工程項(xiàng)目中的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分別在基坑降水部位的外圍安裝架空式排水管（管道直徑D=500），并開(kāi)挖集水坑蓄水。在基槽頂部外側(cè)四周約1m位置，安裝主排水管道，并在排水管道下方每隔5～8m分別砌筑托臺(tái)，避免排水管道距離過(guò)長(zhǎng)出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象。在排水井的井口部位進(jìn)行水泥襯砌，并蓋上井蓋，在設(shè)計(jì)排水管網(wǎng)時(shí)，應(yīng)確保其與水流方向有1%～2%的坡度，確保排水時(shí)出現(xiàn)的積水被及時(shí)排出。

4.3施工方案

4.3.1降水井施工

鉆井施工的單井循環(huán)操作流程為：施工點(diǎn)位測(cè)量放線→開(kāi)挖探坑下護(hù)筒→準(zhǔn)備鉆機(jī)→試探性鉆孔→安裝井下濾水裝置→填充濾料物質(zhì)→洗井沖刷→安裝抽水泵→試抽水→正常抽水。

鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆具等機(jī)械保持水平狀態(tài)，鉆孔垂直鉆入，按照設(shè)計(jì)的鉆孔直徑、孔徑進(jìn)行施工。在鉆井作業(yè)中，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)做好記錄，如孔號(hào)、孔深及地層巖性特征等;下管時(shí)管道的接口部位對(duì)齊進(jìn)入，并在接口部位捆扎密布網(wǎng)避免濾料涌入。井管對(duì)接部位要嚴(yán)格捆扎牢固，防止出現(xiàn)井管脫落或傾斜現(xiàn)象;選用的井筒濾料規(guī)格均等、干凈無(wú)粘土，鉆孔施工需下井管時(shí)，使用清水沖洗管道并換漿。井筒成型后立即使用空壓機(jī)沖洗井壁，直至水質(zhì)清澈，30min內(nèi)的含砂量不超過(guò)1/10000的設(shè)計(jì)要求，降水作業(yè)環(huán)境下含砂量不超過(guò)1/50000的要求。洗井操作完畢后，及時(shí)將潛水泵下入水井，根據(jù)井內(nèi)出水量大小，對(duì)降水方案進(jìn)行調(diào)控。

4.3.2臨邊防護(hù)施工

由于工程涉及降水施工，開(kāi)挖基坑較深，臨近邊坡會(huì)出現(xiàn)滑坡等風(fēng)險(xiǎn)。依據(jù)建設(shè)工程安全防護(hù)要求搭建臨邊防護(hù)裝置，主要包括臨邊防護(hù)欄桿、欄柱等。封閉欄桿的下方砌筑磚混結(jié)構(gòu)墻體用于擋水，磚墻厚度24cm、高度不小于30cm，并使用1∶3的水泥砂漿對(duì)觸水面進(jìn)行抹面。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，深基坑工程雖屬于臨時(shí)性系統(tǒng)工程，但其整體的安全可靠性十分重要，一旦工程事故發(fā)生，將會(huì)造成惡劣的社會(huì)影響和不可彌補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)此，在工程實(shí)踐中必須對(duì)深基坑整體方案進(jìn)行優(yōu)選，合理開(kāi)展降水方案設(shè)計(jì)與施工，保證深基坑施工質(zhì)量與安全性，為后續(xù)作業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

陳?。?995-），男，湖南湘潭人，助理工程師，本科，工作方向：房屋建筑類施工管理。