试探地铁深基坑降排水施工技术

[摘 要] 降水是深基坑施工中的一道重要环节， 大部分基坑事故都与降水有关。如何在工程现场错综复杂的不利条件下进行有效降水并避免降水施工对周边道路、管线及建筑物的破坏是深基坑工程按照技术要求、计划工期实施的先决条件。本文结合宁波轨道交通1号线世纪大道站深基坑降水施工实例，分析深基坑降水施工特点，浅谈降水施工及运行质量控制因素，总结实施过程遇到的实际问题、处理方法，积累了宝贵的降水施工经验。

[关键词] 地铁车站 深基坑 施工 质量控制 降水技术

中图分类号： O213.1 文献标识码： A

一、工程概况

宁波轨道交通1号线世纪大道站车站沿中山东路布置，位于中山东路与世纪大道的十字路口西侧, 呈东西走向, 总长 185m。车站结构形式为上下两层的单柱双层双跨矩形钢混框架结构。车站所在的中山东路两侧均为临街建筑, 居民楼房密集, 大部分侵占道路红线, 且以大型建筑为主。车站均为明挖法施工。明挖法施工部分设计为 “地下连续墙 +钢管内支撑 ”作为支撑体系。地下连续墙和基坑内施工时同步进行降水。

车站西端头井处基坑深度约为18.38m，采用800mm厚地下墙，墙长37m，东端头井处基坑深度约为19.1m，采用800mm厚地下墙，墙长38m。基坑平面呈长方形,长 185m, 宽18.7m,总面积约 3476 m2, 挖深平均为16.8m。 所以必须采取有效措施, 使地下水位降低至22m以下, 才能保证施工安全。各岩土层特征见表 1。

场地内土质以淤泥，淤泥质粘土为主，接近基底处为③-1层粉砂。其物理性质见下表。

主要不良地质情况如下: ( 1)开挖深度范围内及基坑以下土层含水量高、 渗透性强, 内摩擦角小, 含水后具有低强度、 高灵敏度, 自稳性差, 基坑开挖时易产生侧向变形而导致开挖面失稳。 ( 2)粉土及粉、 细砂含水量较高, 强度较低, 属中等压缩性, 中―高灵敏度。基坑开挖时, 在地下水水头作用下易产生涌土、涌砂、 开挖面不稳现象, 对施工不利。 ( 3)车站施工时进行大面积的降水,易导致周围地面及道路出现地面沉降。而道路两侧大部分为高层建筑, 风险较大。( 4)场地 22m 深度范围内分布的粉土及粉细砂、中砂, 根据现场标准贯入试验, 按国家标准进行液化判别为液化土层。

二、降水方案设计

2 . 1 降水方法的拟定

在充分研究地质资料、 认真分析其他工程降水试验失败原因的基础上, 结合现场施工条件, 并将电渗、喷射、 轻型和管井等几种降水方式的效益分析合理性进行对比, 同时考虑到降水方式对地下连续墙和基坑开挖的影响程度, 决定采用大口径管井工法进行降水。因为一是大口径管井工法适用范围广, 不仅适用于渗透性强的各类砂性土, 而且也适用于淤泥质粘性土; 二是适用降深范围大,一般为 8.50m。

基本思路是将承压水降至开挖面以下, 同时疏干潜水含水层。降水需达到的目的和要求: ( 1)疏干基坑开挖范围内土层中的地下水及确保在基坑开挖时地下水位控制在开挖面以下 2. 0m, 满足基坑无水开挖施工的要求。 ( 2)通过降水提高整个土壤层的土体强度, 以提高土体水平抗力, 减少基坑位移和周围地基沉降, 便于机械施工。 ( 3)降低承压水头高度, 确保基坑稳定开挖和结构施作。

2.2降水对策

针对本工程特点，充分利用降水设计及地下水控制经验，采用以下措施解决降水工程中的难点：

⑴ 对于坑内浅层潜水含水层，采用管井降水措施，对坑内浅层土体进行疏干降水；

⑵ 本区需减压降水的含水层为③1承压含水层，因主体结构地下连续墙已将该层承压水完全隔断，且基坑底板已进入该层，故在坑内布置疏干井，此层为疏干层位。

2.3降水井井点布设

为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量。

坑内疏干井数量按下式确定：

n = A / a井

式中：n ― 井数(口)；

A ― 基坑需疏干面积 (m2)；

a井― 单井有效疏干面积 (m2)；

主体结构基坑面积约为3476m2，拟布置18口疏干井，井深23.00～25.00m；

同时在基坑内端头井基坑内预留2口备用井,井深为25m，基坑外预留3口水位观测井，井深15m。

三 降水井施工工艺

1成孔

该工程降水井孔径为钢管φ650mm，本工程钻井设备选用GPS-10型钻机，成孔采用正循环自然泥浆造浆，泥浆护壁回转钻进成孔，钻头选用带保径圈的三翼钻头，钻头直径按设计及规范要求选用钢管φ630mm。根据施工经验，使用这些钻头施工稳定性好，能确保成孔质量，能有效控制成孔中的缩径现象，为确保工程质量奠定基础。

根据地层勘测报告显示，场地内土质以淤泥，淤泥质粘土为主，因此，此次采用 GPS-10型钻机，成孔采用正循环自然泥浆造浆，泥浆护壁回转钻进成孔。确保孔径不小于650 mm，考虑抽水期间沉淀物沉积的影响，成井深度略大于设计深度 0.20 m。钻孔过程中做好成孔记录，并采集土样，核对含水层所在部位和土的颗粒组成。

2 清孔

井管下入前进行清孔作业，清孔采取注入清水置换，利用砂石泵抽出沉渣，并测定井深。

3 下井管

井管采用焊管钢管，在焊管钢管管鞋上放置井管，同时水位以下包缠尼龙滤网，缓缓下放，当管口与井口相差200 mm 时，接上节井管。井管要高出地面不小于200 mm，并加盖防水雨布临时保护。

4 填滤料

下管后立即填入滤料。采用人工方法沿井孔四周均匀连续填入。滤料填至井口下 1m 处，其上用粘土回填夯实。

5 洗井

回填滤料完成后，要及时进行洗井，防止井底沉渣厚度过大或无砂管孔隙堵死；洗井时间不少于3 个台班，要求基本达到水清。洗井结束后应进行单井试抽水试验，当出水量小于预计水量时，应采取其它处理措施以增大出水量，必要时应重新施工降水井。

6 水泵安装

将潜水泵及泵管吊放至井底以上 1.5 m 处。安装并接通电源，做到一井一泵一闸一漏，检查水位继电制动抽水装置和漏电保护系统。

7试抽

洗井后，对井管进行单井试抽，如有异常情况，重新洗井，并再次进行抽水试验。

8 排水管路安装

沿基坑边缘设置排水管沟，将每个降水井的排水管汇入排水管沟，利于维修、监控；管路过路段设置保护套管，避免重车碾压破坏管路，造成渗漏。

四、 降水施工及运行质量保证

为保证降水效果，降水井施工及运行过程中严格控制降水井施工质量。

1. 确保降水井深度

降水井钻孔完毕后由专人进行量测，确保井深满足要求，保证接触面积进而保证降水井透水性能和效果。

2. 严格控制滤料质量

降水井采用洁净的滤料从井底向上至地表以下3 m，在井管与孔壁之间的空隙均匀围填。滤料规格为含水层筛分粒径的 5～10 倍，且最大粒径≤5 cm，级配良好。滤料按照设计要求严格筛选，选取粒径合适的级配碎石，反复清洗干净；严格控制滤料回填的时间及高度。

3. 洗井要彻底

洗井是成井工艺中重要的一道工序。一口井能发挥作用，取决于洗井的质量。在滤管四周填滤料后立即进行洗井，清除停留在孔内和透水层中的泥浆与孔壁的泥浆。疏通透水层，并在井周围形成良好的反滤层。洗井过程中观测水位及出水量变化情况。

4. 做好试抽工作

试抽应连续进行，不应中途间断。需要维修或更换水泵时，应逐一进行。抽水开始后，应逐一检查单井出水量、出水含砂量。当含砂量过大，可将水泵上提，如含砂量仍然较大，应重新洗井。

5. 提前降水

按照施工进度计划， 在基坑开挖前 15 天提前进行降水，以保证能及时降低基坑内的地下水位。

6. 降水维护与动态监测

降水工程施工结束后，是较长时间降水运行阶段，维护与动态观测是此阶段的工作重点，降水运行期间，做好各井的水位观测工作；现场实行 24 h值班制，值班人员要认真做好质量记录，做到准确齐全；对降水运行的记录，及时分析整理，绘制各种必要图表，以动态指导降水工作，提高降水运行的效果。

五、结语

降水施工在深基坑明挖施工中占据主导地位, 它控制着施工进度与基础工程的安全。合理的设计和一流的成井质量是降水成功的关键。通过大井法计算承压水作用下基坑涌水量是可行的, 能准确地确定井深、 井数和井距布置。合理的设计思路和布井模式又是降水成本控制的重要环节。

参考文献

[1]刘国彬,王卫东.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2009．

[2]JGJ/T111-98,建筑与市政降水工程技术规范[S].

（作者单位：1.中铁十九局轨道交通有限公司；）