復(fù)雜條件下河道軟基超大深基坑潛水與地下承壓水降水技術(shù)*

鄧 淵，王帥軍，胡 敏，余 訊

(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

北支江上游水閘及船閘基坑工程位于富陽主城區(qū)下游，深基坑均位于復(fù)雜的河道軟基之上。由于工程區(qū)域地下富含大量承壓水，嚴(yán)重阻礙了工程施工，因此開展復(fù)雜河道軟基超深基坑降水的研究尤為重要。

目前，國內(nèi)許多專家學(xué)者對深基坑降水做了大量研究。例如，常旭東[1]探討了軟土基坑降水施工技術(shù)的要點(diǎn)；賀翀等[2]提出了軟土地區(qū)超大規(guī)模深基坑群承壓水降水時，基坑群同步或交叉懸掛式減壓降水存在明顯的疊加耦合效應(yīng)；李光照等[3]總結(jié)了軟土地區(qū)施工全過程各階段可能產(chǎn)生的穩(wěn)定與變形機(jī)理、危害及控制方法；陸建生等[4]提出了軟土地區(qū)深基坑抽灌一體化的控制設(shè)計(jì)流程和方法；章昕[5]提出了在砂層中含淤泥質(zhì)黏性土的地層中運(yùn)用明排、輕型井點(diǎn)降水和管井相結(jié)合的方法，能取得較好的降水效果；侯玉杰等[6]介紹了基于“連通器”效應(yīng)的混合井降水技術(shù)和基坑降水自動維持控制系統(tǒng)的兩種基坑降水創(chuàng)新技術(shù)；李憑雨[7]和陳華等[8]對滯水、潛水和承壓水的處理和有效防治也進(jìn)行過類似的研究等。

1 工程概況

水閘基坑工程及船閘基坑工程位于北支江上游，原上堵壩下游約50m位置，其中水閘基坑垂直于北支江，基坑長約210m、寬約30m，基坑底板高程為-5.100m；船閘基坑平行于北支江，位于北支江右岸，基坑長約106m、寬約31m，基坑底板高程為-6.600m。 水閘基坑位置現(xiàn)狀地面高程為0.000～1.000m，基坑需開挖5.1～6.1m；船閘基坑現(xiàn)狀地面高程約為2.000m，基坑需開挖約8.6m。

工程區(qū)承壓水含水層主要分布于下部的⑥4層卵石中。相對隔水層為上部的③淤泥質(zhì)黏土夾粉砂層及⑤1淤泥質(zhì)黏土層、⑤2粉質(zhì)黏土層。詳勘區(qū)間對⑥4卵石承壓水觀測資料顯示，其承壓水穩(wěn)定水位高程為4.260m。場區(qū)內(nèi)承壓水水量豐富，隔水層為上部的黏土層(③，⑤，⑥1層)，承壓含水層頂板高程為-16.310～-8.280m，水閘位置基坑下伏隔水層厚度3.18～11.2m，其中在SZK09位置存在承壓水天窗。

由于基坑工程實(shí)施過程中需長時間抽降深層孔隙承壓水，特別是⑥粉砂+圓礫層，水量大，滲透性好，且工程要求地下水位降深大，因此在正式降水之前，需對承壓水進(jìn)行減壓，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在基坑范圍內(nèi)設(shè)置減壓井和觀測井。

2 降水目的

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，基坑開挖前需對承壓水進(jìn)行減壓處理，并進(jìn)行實(shí)地抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)主要目的為：確定承壓含水層的水位分布、水頭及水文地質(zhì)參數(shù)；研究承壓水處理工序是否滿足設(shè)計(jì)要求及施工工效；提供設(shè)計(jì)抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)；確定抽水設(shè)備參數(shù)及單井出水量；通過試驗(yàn)檢驗(yàn)井管施工工藝是否滿足設(shè)計(jì)要求；通過試驗(yàn)確定合理的機(jī)械、人員配置方案；檢驗(yàn)降水效果，驗(yàn)證承壓水處理方案可行性。

3 降水井管設(shè)計(jì)

3.1 降水井布置

水閘區(qū)域在閘室段布設(shè)2排減壓井和1排觀測井，上游鋪蓋和下游護(hù)坦分別設(shè)置1排減壓井和1排觀測井，共計(jì)58口減壓井，15口觀測井。根據(jù)開挖降水情況，可適當(dāng)調(diào)整降水井?dāng)?shù)量及平面位置，降水井直徑800mm，采用DN250降水井管，濾管入卵石層≥10m(不含沉淀管)。

3.2 井管構(gòu)造

降水井管系統(tǒng)由潛水泵、無縫鋼管、橋式濾管和沉淀管組成，井管構(gòu)造如圖1所示。井孔直徑800mm，卵石層以上采用DN250無縫鋼管及無縫鋼管橋式濾管，外包60目濾網(wǎng)2層，并用6目鉛絲網(wǎng)綁扎。

圖1 井管構(gòu)造

4 降水施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 試驗(yàn)井管施工工藝流程(見圖2)

圖2 試驗(yàn)井管施工工藝流程

4.2 降水井管施工技術(shù)

本工程地下水及承壓水豐富，為保證試驗(yàn)階段施工作業(yè)面及高大設(shè)備作業(yè)安全，須采取合理明排方式。沿施工便道設(shè)置100cm×100cm(深×寬)明溝，將水集中排入排水管線中。

工程區(qū)域位于河道軟基，地質(zhì)條件特殊。承壓水試驗(yàn)井管若采用常規(guī)泥漿護(hù)壁造孔，下濾管前進(jìn)行清孔，清孔后泥漿密度降低，勢必會造成塌孔，無法進(jìn)行濾料回填或致使濾管出水量不足影響施工質(zhì)量。因此，初步擬定方案需下套筒至井底完成清孔工作，再下濾管和進(jìn)行回填料等工作。試驗(yàn)井管施工時，先施工基坑內(nèi)、外觀測井，再依次從左岸往右岸方向施工，施工完成后統(tǒng)一進(jìn)行抽水，及時查看觀測井水位及抽水量，將相關(guān)數(shù)據(jù)上報設(shè)計(jì)單位后，后續(xù)根據(jù)設(shè)計(jì)要求優(yōu)化承壓水處理措施。

1)測量放線 依據(jù)設(shè)計(jì)所提供的井管位置，采用導(dǎo)線與三角測量相結(jié)合的方法進(jìn)行放線。

2)鉆機(jī)就位 在平整后的地面上平穩(wěn)安置鉆機(jī)，鉆頭中心及樁位中心在同一鉛垂線上，對中誤差<10mm；正式開鉆前應(yīng)進(jìn)行鉆機(jī)試鉆，穩(wěn)定后再投入使用。

3)護(hù)筒埋設(shè) 護(hù)筒埋設(shè)的位置應(yīng)與樁位相吻合，樁位采用全站儀極坐標(biāo)法定位，并用十字線確定護(hù)筒的埋設(shè)位置。采用450型樁機(jī)下護(hù)筒，護(hù)筒用14mm厚鋼板制作，長11.5m，上端設(shè)排漿口。護(hù)筒結(jié)構(gòu)如圖3所示。當(dāng)埋設(shè)護(hù)筒時，護(hù)筒要高出地面≥30cm；當(dāng)鉆孔內(nèi)有承壓水時，應(yīng)高出穩(wěn)定后的承壓水位1.5～2.0m。

圖3 護(hù)筒及套管結(jié)構(gòu)

4)泥漿制備與使用 本井管泥漿護(hù)壁以外購膨潤土為主。造孔過程中應(yīng)經(jīng)常測定泥漿密度、黏度、含砂率，泥漿質(zhì)量檢查由現(xiàn)場試驗(yàn)人員負(fù)責(zé)做好原始記錄，并將檢查成果通知有關(guān)人員，以便及時調(diào)整。

5)取土成孔 鉆機(jī)水平就位，樁位復(fù)核無誤后，進(jìn)行鉆孔施工，鉆進(jìn)時應(yīng)先慢后快，開始進(jìn)尺控制在0.4～0.5m/次。取土成孔時，應(yīng)詳細(xì)記錄隔水層高程及卵石層高程，以便進(jìn)行濾料、黏土球等回填高程控制。成孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，對孔深、孔徑、孔壁垂直度等進(jìn)行檢查。核驗(yàn)進(jìn)入卵石層厚度是否滿足設(shè)計(jì)要求，且進(jìn)入的卵石層含泥量不能過大，否則影響出水量。

6)吊放套管 取土完成后，采用75t履帶式起重機(jī)下全套管，全套管采用φ610×14無縫鋼管，壁厚14mm，套管長度與孔深相同，孔口采用預(yù)先制作的法蘭盤進(jìn)行套管拔設(shè)。套管結(jié)構(gòu)如圖3所示。

7)清孔 井管下井前進(jìn)行清孔作業(yè)，清孔采取注入清水置換，利用泥漿泵抽出沉渣，并測定孔深。

8)吊放井管 用75t汽車式起重機(jī)緩慢下放井管，確保吊放井管時處于垂直狀態(tài)且在孔中心，避免雜物落入井中，井管應(yīng)高出地面至少20cm，井口加蓋。

9)填濾料、黏土 井管到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，適當(dāng)稀釋井內(nèi)泥漿，然后立即在井管周圍灌填礫料，礫料為：中粗砂+10%瓜子片，礫料填筑為卵石層段，卵石層與隔水層相接區(qū)域1m采用黏土球回填，其余均采用黏土回填。濾料填筑完成后進(jìn)行黏土球(外購)填筑，四周應(yīng)均勻填入，填筑高度≥1m，填筑完成后進(jìn)行黏土填筑。

10)洗井 利用污泥泵對井底不斷抽洗以確保滲水效果。

11)安裝抽水設(shè)備 抽水試驗(yàn)應(yīng)在洗井質(zhì)量達(dá)到要求后進(jìn)行，作最大降深抽水，用穩(wěn)定流原理計(jì)算出水量，測出靜止水位和降深，每隔2h測量井管水位及圍堰上下游水位高程，并詳細(xì)記錄。安裝潛水泵及管路系統(tǒng)前，檢查電機(jī)和泵體，水泵功率P=7.5kW，揚(yáng)程H=50m，流量Q=50m3/h，設(shè)備檢查無損后安裝。

在上下游分別設(shè)置30m×8m×2m的三級沉淀池，如圖4所示。為防止集水坑水滲流及渾水流入北支江，采用C25混凝土結(jié)構(gòu)，因水流量較大，為加快沉淀，需向沉淀池中投入絮凝劑，上下游三級沉淀池各放置3個220kW水泵，2臺工作，1臺備用；水泵至主排水管考慮DN10cm鍍鋅鋼管，主管至集水坑段、集水坑至出水管段采用DN30cm鍍鋅鋼管。對井管進(jìn)行單井試抽，若有異常情況發(fā)生，需要重新做抽水試驗(yàn)。

圖4 沉淀池平面及斷面(單位：m)

12)井管封堵 對基坑進(jìn)行安全蓋重，澆筑混凝土須達(dá)到標(biāo)高-2.000m，底板兩側(cè)回填料須達(dá)到標(biāo)高-1.000m，且至少保證4個相鄰區(qū)的減壓井同時運(yùn)行，減壓井才能進(jìn)行封堵?；臃舛氯鐖D5所示。

圖5 基坑井管封堵示意

5 質(zhì)量控制措施

5.1 降水控制措施

當(dāng)基坑開挖至-5.100m高程時，1～5區(qū)承壓水頭應(yīng)降至-1.000m，6～9區(qū)承壓水頭應(yīng)降至±0.000 高程。降水方向同基坑開挖方向。在每段基坑開挖前應(yīng)進(jìn)行降水，水頭降至設(shè)計(jì)要求時再進(jìn)行開挖；降水施工過程中，做好各降水井的水位觀察工作，水位降至設(shè)計(jì)高程后，控制水位高程，基坑降水時間從基坑第1層開挖到閘底板達(dá)到蓋重標(biāo)高后封閉結(jié)束，運(yùn)行時間較長。在降水過程中，應(yīng)注意降水管路及設(shè)備的保護(hù)，保證基坑降水正常運(yùn)行。

5.2 井管降水施工質(zhì)量問題及防治措施

1)濾管淤積的防治措施

由于卵石層具有較強(qiáng)的滲流能力，濾管一般可置于卵石層；井管孔直徑應(yīng)較勻稱，且不應(yīng)<80cm，橋式濾管出水量必須符合規(guī)定，井管孔的深度一般深于井管0.5m；井點(diǎn)下沉結(jié)束后，要及時檢驗(yàn)井點(diǎn)的滲水能力；在砂濾料從井點(diǎn)管四周灌進(jìn)井孔的過程中，有泥漿水沿井點(diǎn)管內(nèi)流出，或者及時清水注入井點(diǎn)管內(nèi)，水可以迅速滲透下去，即可認(rèn)定井點(diǎn)管良好。若水無法向下滲透，應(yīng)立刻妥善處理。

2)水質(zhì)渾濁的防治措施

井管濾網(wǎng)要小心保護(hù)，下井管前，一定要仔細(xì)查驗(yàn)濾網(wǎng)，一旦出現(xiàn)問題，要盡早處理；井管濾管和砂濾料要視土壤條件而定，濾料選擇中粗砂加10%瓜子片；灌砂量需由孔徑大小和深度決定，實(shí)際灌砂量須至少為計(jì)算量的95%；如果從井管內(nèi)排出的水一直處于渾濁狀態(tài)，則不能再使用，應(yīng)再次成孔。

3)井管出水量小的防治措施

濾清器、井管及總管等管路要做好清潔工作后才能投入使用；塑料連接短管一定要保證井管到集水總管之間的過水面積。

4)局部地段出現(xiàn)流砂和險情的防治措施

開挖基坑時，要注意臨近邊坡挖溝積水問題；基坑周圍不允許堆放過多土料，同時禁止機(jī)械振動過于劇烈；確保排出的承壓水不能于周圍回流進(jìn)入土中。在穩(wěn)定性不足一側(cè)，增加抽水機(jī)組，分擔(dān)部分井管的排量，提高該段井管的抽水能力。

6 結(jié)語

以北支江上游水閘及船閘基坑工程為例，研究復(fù)雜條件下河道軟基超大深基坑潛水與地下承壓水降水方法，設(shè)計(jì)了本工程的基坑降水施工方案，從測量放線、鉆機(jī)就位、護(hù)筒埋設(shè)、泥漿制備、成孔、吊放套管、清孔、吊放井管、填濾料及黏土、洗井、安裝抽水設(shè)備及井管封堵等角度詳細(xì)介紹深基坑降水施工工藝。此外，提出了井管降水施工質(zhì)量問題及防治措施。