復(fù)雜微承壓水地層基坑降水技術(shù)研究

楊明勇，劉英杰

(中交二公局鐵路建設(shè)有限公司，西安 710065)

1 引言

城市建設(shè)發(fā)展中，各種地鐵工程相繼建成，而地鐵車站深基坑施工存在各種降水問(wèn)題。通過(guò)對(duì)降水方案進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，不但能夠節(jié)約工程成本，同時(shí)還可以保障工程安全。為此，需要針對(duì)復(fù)雜微承壓水地層基坑降水技術(shù)進(jìn)行深入研究，不斷總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為基坑降水技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展打好基礎(chǔ)。

2 自動(dòng)化基坑降水技術(shù)分析

水位檢測(cè)裝置利用LORA 通信技術(shù)把所監(jiān)測(cè)到的水位變化結(jié)果直接輸送到網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)AES 加密，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息被劫取問(wèn)題。網(wǎng)關(guān)借助有線傳輸網(wǎng)絡(luò)和4G 網(wǎng)絡(luò)把相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。后期如需擴(kuò)充其他智能設(shè)備，如可以對(duì)用電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的智能開(kāi)關(guān)等，網(wǎng)關(guān)和平臺(tái)能夠利用現(xiàn)存資源。流量自動(dòng)化監(jiān)測(cè)中，借助水表安裝智能模塊對(duì)相關(guān)變化數(shù)據(jù)信息進(jìn)行準(zhǔn)確讀取。水表具有較強(qiáng)密封性，可以預(yù)防凍壞和卡壞等問(wèn)題發(fā)生。小數(shù)直讀，提升統(tǒng)計(jì)信息數(shù)據(jù)精確性，可以利用U 盤直接對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，較為方便、簡(jiǎn)單。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的最短間隔時(shí)間為1 min，按照監(jiān)測(cè)要求通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔實(shí)施合理設(shè)置。借助現(xiàn)場(chǎng)顯示屏以及系統(tǒng)平臺(tái)能夠?qū)λ蛔兓M(jìn)行實(shí)時(shí)查看，對(duì)應(yīng)水位變化以曲線形式呈現(xiàn)，有助于直接觀察，水位報(bào)警后可以通過(guò)手機(jī)短信進(jìn)行提示。

3 復(fù)雜微承壓水地層基坑降水技術(shù)應(yīng)用案例分析

3.1 工程概況

東麗三經(jīng)路站為天津地鐵11 號(hào)線一期工程8 標(biāo)段的中間站，車站主體建設(shè)規(guī)模為204 m×20.7 m，基坑標(biāo)準(zhǔn)段對(duì)應(yīng)挖掘深度是16.734 m，盾構(gòu)井段相關(guān)基坑挖掘深度是18.59 m。在地連墻圍閉后，分析潛水分布地層狀況，發(fā)現(xiàn)其主要是以黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土以及素黏土等組成，基坑中設(shè)置疏干井，基坑挖掘前實(shí)施預(yù)抽水處理，控制土層含水量，挖掘中對(duì)應(yīng)滲透系數(shù)較低的黏土質(zhì)土層很難疏干[1]。

3.2 基坑降水技術(shù)工藝方法

針對(duì)此次復(fù)雜基坑，降水技術(shù)主要工程流程如下。

鉆機(jī)定位，根據(jù)坐標(biāo)和降水井井位確定鉆機(jī)分布位置。鉆機(jī)選型方面，成井設(shè)備主要選擇ZHZ-50 鉆機(jī)，具體如圖1所示，應(yīng)用正循環(huán)自然泥漿實(shí)施造漿處理，泥漿護(hù)壁進(jìn)行回轉(zhuǎn)成孔，鉆頭可以選擇帶保徑圈的三翼鉆頭。在實(shí)施機(jī)械鉆入中，對(duì)應(yīng)泥漿比重維持在1.05 左右，假如遇到容易出現(xiàn)塌孔問(wèn)題的砂層，則可以把泥漿比重適當(dāng)提升到1.1～1.2，反復(fù)操作，至成井滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

下井管中，根據(jù)設(shè)計(jì)井深率先對(duì)井管實(shí)施有序組合、排列，下管中各個(gè)深井底部需要按照標(biāo)高實(shí)施合理控制，使井口維持一致標(biāo)高，促進(jìn)井管平穩(wěn)入孔。各節(jié)井管兩側(cè)需要針對(duì)端口部位實(shí)施找平處理，疏干井應(yīng)用橋式鋼管，對(duì)于坑外潛水觀測(cè)井選擇無(wú)砂水泥管[2]。

回填填料中，針對(duì)坑外觀測(cè)井以及疏干井可以應(yīng)用0.2～0.3 cm 粒徑的干凈石硝進(jìn)行回填，不含任何粉末。承壓水觀測(cè)井上方土層中存在粉細(xì)砂，該種材料顆粒細(xì)度較低，正常直徑石硝無(wú)法發(fā)揮出良好的擋砂濾水功能，為此針對(duì)承壓觀測(cè)井需要選擇中粗砂作為井濾料。為順利實(shí)現(xiàn)填料，一次到位，需要于井內(nèi)設(shè)置污水泵，在對(duì)坑外結(jié)束填料后，開(kāi)啟井內(nèi)污水泵實(shí)施抽水處理，坑外注入清水，可以于井內(nèi)外流動(dòng)水帶動(dòng)下，砂料內(nèi)部分析顆粒容易被水流順走，降低泥漿濃度，不會(huì)產(chǎn)生泥皮包裹，提升降水井整體出水效果。結(jié)束上述操作后，繼續(xù)對(duì)填料高度進(jìn)行測(cè)量，判斷是否填料到位。

止水環(huán)節(jié)中，疏干井和淺水觀測(cè)井對(duì)應(yīng)黏土封孔深度是地面下方2 m，黏土選擇現(xiàn)場(chǎng)原狀土進(jìn)行封孔即可。承壓水觀測(cè)井止水封孔可以選擇優(yōu)質(zhì)黏土進(jìn)行處理，于井管外側(cè)填礫頂層利用優(yōu)質(zhì)黏土回填5 m，到設(shè)計(jì)高度位置做好止水處理。針對(duì)承壓水觀測(cè)井，為預(yù)防上層土壤水分順著礫料流入抽水井內(nèi)，避免出現(xiàn)回填不夠密實(shí)問(wèn)題，確保下方承壓水順著井管壁和上方潛水全面連通。基坑外圍設(shè)置的承壓水觀測(cè)井從填料頂層到地面下方5 m 內(nèi)選擇優(yōu)質(zhì)黏土實(shí)施回填止水。優(yōu)質(zhì)黏土可以選擇塑性指數(shù)超出20 的黏土，并將其壓制為球狀，曬干后對(duì)應(yīng)球直徑小于50 mm，如圖2所示。

優(yōu)質(zhì)黏土沉底后容易出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，為確保密實(shí)填充，優(yōu)化止水效果，整體操作步驟如下：(1）順著井口邊，順著單一方向持續(xù)旋轉(zhuǎn)，逐漸均勻投放，整體投放速度低于0.1 m3/min。(2）選擇鐵鍬或手工方式實(shí)施投放，禁止通過(guò)推車朝井內(nèi)傾倒，預(yù)防黏土投放后被某一部位卡滯，無(wú)法進(jìn)行密實(shí)回填，投料中禁止對(duì)井管進(jìn)行隨意晃動(dòng)。(3）對(duì)井內(nèi)黏土球上部頂層標(biāo)高實(shí)施準(zhǔn)確測(cè)量，順著井口周長(zhǎng)對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行均勻設(shè)置，最少不能低于4 點(diǎn)，將最低部位標(biāo)高作為參考基準(zhǔn)。(4）頂層標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求后，投入實(shí)際方量不能小于理論要求150%。通過(guò)優(yōu)質(zhì)黏土回填，隨后應(yīng)用普通黏土進(jìn)行全面填實(shí)，填充至地面為止。利用黏土進(jìn)行止水回填中，避免孔內(nèi)未回填到位問(wèn)題出現(xiàn)，減少孔內(nèi)架空現(xiàn)象。不論選擇一般黏土或是優(yōu)質(zhì)黏土，需要進(jìn)行充分密實(shí)回填，在應(yīng)用優(yōu)質(zhì)黏土進(jìn)行止水回填中需要做好過(guò)程控制，避免產(chǎn)生少填現(xiàn)象，提升整體止水成效[3]。

洗井環(huán)節(jié)，率先借助空壓機(jī)裝置開(kāi)展洗井操作，具體如圖3 所示，最后借助水泵洗井，將井底部積砂徹底清除。清洗疏干井需要在填料后立刻實(shí)施，預(yù)防因?yàn)橄淳坏轿划a(chǎn)生泥漿沉淀現(xiàn)象，避免井壁構(gòu)成厚泥硬化，影響出水量和濾水效果。減壓井因?yàn)檎麄€(gè)濾水管長(zhǎng)度較短，所以在減壓井周圍進(jìn)行黏土回填后立刻實(shí)施洗井處理。在洗井時(shí)，需要保障連續(xù)抽水，不會(huì)出現(xiàn)斷流問(wèn)題。借助專門洗井槍頭朝井底實(shí)施充氣，借助充氣處理攪動(dòng)井中泥漿，攪動(dòng)井底沉渣，通過(guò)充氣在井口構(gòu)成負(fù)壓，借助大氣壓力吹出混合沉渣和泥漿。

試抽水環(huán)節(jié)中，在結(jié)束洗井工作后，針對(duì)降水井開(kāi)展試抽水，判斷降水井綜合質(zhì)量。試抽過(guò)程中，對(duì)單井動(dòng)水位以及出水量實(shí)施準(zhǔn)確測(cè)量，在暫停抽水后，對(duì)水位恢復(fù)狀況進(jìn)行全面觀測(cè)，結(jié)束試抽后，保護(hù)降水井井口。

3.3 降水試驗(yàn)

單井試驗(yàn)中，為準(zhǔn)確驗(yàn)證出水質(zhì)量和成井質(zhì)量，于基坑中選擇一個(gè)疏干井充當(dāng)抽水井，把水泵設(shè)置在井底部位，試驗(yàn)中針對(duì)降水井內(nèi)部水位實(shí)施一次性降水，同步觀察基坑內(nèi)外觀測(cè)井中的水位變化狀況。另外，需確保水位恢復(fù)和抽水時(shí)間都是一天。群井試驗(yàn)中，在地面以下15 m 左右設(shè)置降水井水泵，選擇中間基坑部位降水井充當(dāng)抽水井，預(yù)留一個(gè)降水井充當(dāng)坑中疏干水位觀測(cè)井，對(duì)坑內(nèi)外觀測(cè)井整體水位波動(dòng)進(jìn)行同步觀察，對(duì)不同抽水井內(nèi)出水量進(jìn)行同步記錄，連續(xù)兩天抽水。針對(duì)主體基坑抽水井的井底部位設(shè)置抽水井，對(duì)坑內(nèi)外對(duì)應(yīng)觀測(cè)井的水位變動(dòng)進(jìn)行同步觀測(cè)，對(duì)不同抽水井內(nèi)出水量進(jìn)行同步記錄，持續(xù)兩天抽水。在達(dá)到試驗(yàn)水位標(biāo)準(zhǔn)要求后，開(kāi)展水位恢復(fù)試驗(yàn)，具體試驗(yàn)時(shí)間是1 d，開(kāi)展預(yù)降水處理，為下一階段土方挖掘奠定良好基礎(chǔ)。單井實(shí)驗(yàn)中，在井底設(shè)置水泵，按照3 t/h 流量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置水泵，實(shí)施6 h 降水戶，使水位降低到井底，并保持穩(wěn)定狀態(tài)，單井運(yùn)行24 h。

3.4 土方開(kāi)挖降水

因?yàn)榛由喜看嬖诟叨葹?0～12 m 的淤泥質(zhì)黏土，為此選擇借助超級(jí)壓吸措施幫助降水。按照具體挖掘進(jìn)度，需要把井內(nèi)水位限制在基坑挖掘面下方相應(yīng)深度內(nèi)，于真空疏干井正式開(kāi)始抽水前，順利結(jié)束坑外觀測(cè)井綜合施工。在結(jié)束坑外觀測(cè)井施工后，啟動(dòng)真空疏干井，開(kāi)展疏干降水工作，全面優(yōu)化土體整體疏干效果。在預(yù)抽水環(huán)節(jié)中，真空管路對(duì)應(yīng)真空度超出-0.06 MPa。基坑挖掘中，針對(duì)挖掘暴露降水井實(shí)施二次密封，保障真空降水良好持續(xù)性，優(yōu)化土體疏干綜合效果。在挖掘土方前，需要針對(duì)各個(gè)降水井實(shí)施明確標(biāo)識(shí)。土方挖掘前，各個(gè)降水井對(duì)應(yīng)井口部位需要實(shí)施徹底封口處理。土方挖掘環(huán)節(jié)中，需要組織專人實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)勤，保證各個(gè)挖掘裝置覆蓋降水井可以全面顧及，配合機(jī)械挖掘裝置針對(duì)降水井周圍剩余土方實(shí)施人工清理。挖掘中，各個(gè)降水井暴露部位需要粘貼反光條，做好警示?；油诰蜻^(guò)程中，坑外觀測(cè)井沒(méi)有任何異常狀況，相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)較為平穩(wěn)，維護(hù)結(jié)構(gòu)具有良好的止水效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在城市持續(xù)建設(shè)發(fā)展中，深基坑工程在巖土工程的重要性進(jìn)一步提升?；庸こ虒儆谀撤N復(fù)雜性巖土工程，具有較強(qiáng)的地域性特征。軟土區(qū)域施工中，因?yàn)槌袎核T發(fā)形成的突涌問(wèn)題，會(huì)對(duì)深基坑工程穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生直接影響。為此，需要施工建設(shè)人員和工程設(shè)計(jì)者進(jìn)行系統(tǒng)研究，準(zhǔn)確把握復(fù)雜微承壓水地層基坑降水技術(shù)，積累相關(guān)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)工程建設(shè)提供有效指導(dǎo)。