古湖积盆地深基坑井点降水技术的研究和应用

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　　摘要：本文主要介绍了深基坑井点降水施工技术，通过对云南昆明市昆钢科技大厦工程实例分析，重点对在古湖积盆地超高层建筑中的深基坑进行降水施工时，如何采取最优方案在控制基坑周边沉降的同时达到降水要求的问题进行研究，并根据实施成果总结了井点降水施工的一些经验和注意的事项。

　　关键词：深基坑,井点降水,动态设计,成果拟合

　　引言

　　随着我国城市建筑规模越来越大，一大批超高层建筑拔地而起，基坑工程正向广、深方向发展。在地下水位较高的地区开挖深基础，由于含水层被切断，在压差作用下，地下水必然会不断地渗入基坑，造成基坑浸水，使现场施工条件变差，在动水压力作用下还可能引起流砂、管涌和边坡失稳等现象。而在高层建筑及旧城区混合环境周边施工采用井点降水，引起邻近建筑、管线、路面开裂下沉的现象屡见不鲜。特别是古湖积盆地中地质情况的负责的情况也为降水方案的选择带来较大困难。本文针对昆钢科技大厦工程实例研究，采用动态设计配合施工，根据实际情况拟合降水等值线的方式对井点降水技术实施中出现的问题提出针对性的建议。

　　1 工程概况

　　1.1 工程综合概况

　　昆钢科技大厦工程位于昆明市区，建筑用地面积约两万平米，总建筑面积148708㎡，地下3层，地上50层，建筑高度219.30m。工地南侧为滇池路，北侧为约100米高的新建住宅，东西两侧为多层民用建筑。基坑南北长约150m，东西宽约110m。基坑边距离东西和北侧建筑约12m。

　　主楼区域为3.5m厚筏板基础，其他部分为承台与底板组成。主楼区域大面底板底标高为-17.2m，坑底最深标高为-22.4m，属本地区最深的基坑。

　　1.2 基坑支护及止水概况

　　本工程基坑支护采用基坑北侧、南侧采取搅拌桩(一排)+二排旋(摆)喷桩共同形成截水帷幕，基坑东、西侧二排搅拌桩+二排摆喷桩形成双层截水帷幕。同时前期基坑施工单位在主楼电梯井和集水坑范围采用高压旋喷止水帷幕施工。

　　1.3 场地工程地质条件与水文地质条件

　　场地地处滇池断陷盆地范围，吴井桥剥蚀残丘西南侧，属盆地堆积地貌(复合地貌)。地下水主要赋存于粉土、粉砂、圆砾层中，场地原始地貌属于古滇池湖积盆地中部。

　　场地主要分布第四系人工堆积、人工填土、第四系冲洪积粘土，第四系冲湖积粘土、粉质粘土、粉土、粉砂、园砾及淤泥质粘土等。现由上至下主要叙述如下：

　　整个场地具有较统一的地下水面，稳定水位埋深介于0.60～1.20m之间。场区钻探深度范围内有三层地下水：

　　第一层为赋存于人工填土①层中的潜水，在整个场地分布，水位埋深0.60～0.8m

　　第二层为赋存于圆砾④层中的潜水，由于其上覆地层为粘土②、淤泥质粘土③为分布较广，较连续的隔水层，使得本层具有一定的承压性，其下伏为不透水的粘土⑤层。本含水层为场地及昆明地区的较大范围内普遍存在的含水层。

　　第三层地下水赋存于圆砾⑥层中的潜水，由于其上覆地层为粘土⑤为分布较广，较连续的隔水层，层底为⑦层粘土隔水层，使得本层具有一定的承压性。

　　2 基坑原有降水情况

　　本工程基坑支护桩外侧设置有止水帷幕，采用高压旋喷止水工艺。在电梯井周边设置了摆喷止水帷幕。根据第三方监测单位提供的监测报告，基坑周边有4个水位监测孔，水位监测孔监测的水位降深很大，水位基本与基坑周边的坑底持平。这说明④层水与⑥层水之间是导通的，由于坑内的水位下降至-17m以下，造成坑边水位随之下降。

　　根据第一口降水井成井情况及现场实际抽水情况，得到的基本水文地质参数为：现基坑内距电梯井20m左右承压水头标高为-13m左右，坑内承台底标高为-16.9m的承台范围内的水头标高高于-16.9m，电梯井内减压孔的出水量实际约4000立方米/天;水井设置深度在24 m则出水量约10立方米/小时;基坑塔楼大底板周边水量约3000立方米/天。

　　基坑工程随着开挖深度增加，基坑开挖范围内④层中的承压水基本已全部疏干，但⑥层承压含水层中的承压水对隔水顶板的水压逐渐增大，而坑底下隔水顶板土体随着厚度变薄，土体自重应力逐渐减少，若承压水水压超过顶板土体自重应力，或挖穿顶板土体，就会产生涌水、流砂，形成地下水水患。

　　场区第二承压含水层组顶板埋置深度标高为-23.52～-28.35m，基坑开挖至底板底后，大面积基坑开挖范围内下伏尚存在一定厚度的隔水底板。按开挖到电梯井垫层底时，按承压水头标高-17.0m时根据相关规程规范进行抗承压水突涌稳定性验算：

　　式中 gty——坑底突涌抗力分项系数，对于大面积普遍开挖应大于1.2;对于局部承台分别开挖，应大于1.0;

　　D——坑底至承压水层顶板的距离;

　　g——D范围内土的平均天然重度;

　　Hw——承压水水头高度;

　　gw ——水的重度。

　　根据突涌验算，坑底突涌抗力分项系数及降水要求见下表：

　　在电梯井部位，基坑开挖到底后，隔水层⑤层厚度仅有1m左右，而承压水头高于坑底至少在4m以上，坑底极易发生突涌现象，危及基坑的安全。同时计算结果也表明，本基坑开挖过程中，极易发生承压水突涌或管涌问题，为保证该基坑开挖及底板施工的顺利进行，必须对场地承压水进行有效治理。

　　3 降水方案的选择

　　为确保坑底稳定，降低坑底承压水头高度，由于在电梯井部位已设置了减压井，该减压井已揭穿含水层，故本层地下承压水宜采用疏干设计。本场地周边环境未经过大面积的抽排水，大量的抽排水对周边将造成一定的影响。为减少降排水对周边环境的影响，采用深井降水与坑内明排相结合，以减少降水降深。经相关大量类似的工程成功经验表明，深井降水作为治理承压水是一项行之有效并且质量便于控制的常用方法，所以本基坑采用深井降水与坑内明排相结合是最佳措施。

　　4 降水方案设计

　　4.1 实际成井拟合

　　根据原勘察报告中的水文地质参数进行了模拟计算，计算成果与实际情况相差很大。为有针对性的进行降水方案的设计，按照现场的实际情况进行了拟合计算，拟合计算成果采用“渗透系数8m/d、影响半径280m”其成果与实际最为符合。

　　4.2 降水井设计

　　根据深井降水与坑内明排相结合的降水原则，结合实际成井获取的单井涌水量、抽水影响半径、渗透系数、地下水类型等因素，确定基坑降水设计方案为：

　　降水井：设计单井抽水量为30T/h的降水井，设置降水井13个(最初施工的降水井，井深24m，出水量约10立方米/小时，该井作为备用井兼观测井);降水井在基坑内周边环形通道的-13m平台设置13口。

　　坑内明排井：在-21.4m的电梯井四周设置明排集水井4口。集水井底标高-22.4m，顶标高为-17.2m，采用钢板焊接，内侧用8#槽钢焊成骨架支撑，井内径为1000mm，井壁厚为10mm。其中井底下50cm范围内采用碎石作为滤料层。

　　通过动态的设计配合施工，可使该方案技术合理，造价经济，避免了无谓的超降，有利于控制降水对周边环境造成的沉降影响。井位的实际布置情况见下图：

　　坑中坑周边-13m处降水井施工完成后，进行群井抽水试验，复核设计参数。

　　施工期间根据承压水的水位、基坑开挖深度、开挖处的土层地质条件等因素综合考虑降水，在满足基坑不发生突涌的前提下，尽量少抽水。降水维持过程中，考虑不同地段开挖深度的不同，应根据挖土程序的需要及地下室主体的施工进度，合理调整抽水井开启数量。

　　4.3 降水井的结构及降水井深度

　　至于降水井的深度，因抽取承压水的目的是为了降低承压水位，故在满足降深的前提下，降水过程中要尽量减少抽水量，同时又要保证降水井的含砂量不超过有关规范要求。结合场区实际水文地质条件，基坑降水井设计深度为31.5m(-13m平台)、34.5m(-10m平台)，根据相关规程规范要求，降水井必须满足以下技术要求：

　　1.降水井实管采用外径273mm厚度4mm钢卷管，侧壁密封无孔隙。

　　2.降水井滤管采用外径273mm钢卷管，侧壁钻孔，孔径18mm，孔距5cm，呈梅花桩交错布置或使用桥式过滤器。

　　3.粘土球为直径20-40mm，反滤料为直径3-20mm瓜米石。

　　4.滤管外包缠10目钢丝网一层、60目尼龙网4层。

　　5.单井抽水深井泵需保证每小时流量20-30吨(根据实际抽水试验情况调整)，降水井含砂量需满足规范及设计要求，要求抽水48小时后含沙量不大于1/10000、抽水7天后含沙量不大于1/30000、抽水15后含沙量不大于1/100000。

　　4.4 降水井施工工艺流程

　　4.5 降水井施工技术措施

　　(一)成井施工技术要求：

　　为有效保证基坑施工工期，降水井的施工与电梯井坑底明排同时进行。在降水井施工过程中及时进行群井抽水试验，进一步校核设计参数，优化设计方案。

　　1、保证电梯井基坑内每一点的降水深度均满足设计要求;

　　2、根据基坑分区开挖深度要求，合理布置降水井;

　　3、尽量避开地下连续墙、止水帷幕、工程桩及结构梁等位置;否则需根据现场情况对降水井井位在0.5米范围内调整(距离止水帷幕不小于2m)。

　　4、安装好排水系统，采用管道排水，受多级深井泵扬程限制及市政排水沉淀的需要，将抽出的地下水先排入中转池(兼作沉淀池)，再用深井泵转运至有排泄能力的市政排水系统，防止倒流。

　　5、所有井管都要求圆直，成井时井管下到预计深度后，其环状间隙，应尽快按设计要求填充砾料及优质干粘土球。

　　6、应采用冲击式清水钻进成孔，必要时可用泥浆护孔。每口水井成井后洗井不小于24小时。

　　7、对基坑内降水井及坑外回灌井进行动态监测，以及时准确反映场地地下承压水位动态变化及降水井运行情况;能代表场地地下承压水位动态变化规律;不影响基坑结构施工，便于观测。同时在基坑外侧各边均应设置水位分层观测孔，监测地下水的动态变化。每天对所有降水井、回灌井及坑内电梯井水位进行地下水位的变化的监测，并做好记录，每天不少于2次。

　　8、在前期根据施工的降水井进行了2次抽水试验的基础上，在施工完外侧道路的降水井井群后应再进行抽水试验，以验证设计用的水文地质参数和设计的井数及井结构、调整坑内明排水方案。

　　(二)降水维持期的施工要求排水管道需进行有效保护。

　　1、安装好排水系统，采用管道集中抽排至中转池，再将抽出的地下水排入有排泄能力的市政排水系统，防止倒流。现场设置中转池2处，分别位于西南角和东北角。中转池采用6000mm*5000mm*20mm钢板焊接制作，内用角钢焊接成支撑架。

　　2、配备有安全装置的供配电系统，供电量不小于200KW，并配备双回路电源(备用发电机)，以便在主电源临时停电时，在10min内能继续供电抽水。其它设备用电不得干扰降水用电或串入降水供电线路内用电。为保障水泵运转和正常使用，对电机设备要配有补偿保护装置。

　　3、降水维持期间可以根据实测的承压水高度调节降水数量。

　　4、降水维持适宜采用分段分级降水，按降水要求逐渐开启降水井数量，严格控制因降水引起的周边地层不均匀沉降。

　　5、整个抽水维持期内，应当根据基坑的施工状况，进行信息化管理，坚持每天测量3次承压水头，以最适当的排水量，确保达到深基坑具有干燥的作业空间，严禁随意开启或关闭水泵。

　　6、成立现场专班，作好各项记录，确保各抽水、排水和供配电系统的正常运行，发生设备等故障和基坑险情时，能及时反馈并采取有效措施加以排除。

　　7、各种施工机械要避免碰撞损坏降水设备、供电线路，排水渠道要保持畅道，不得向基坑内倾倒垃圾及堆放物品，不得损坏降水设施。对井管口应进行护栏保护并做鲜明标记。排水井管通过道路时应深埋地下0.8m以上，并采用厚度不小于20mm的钢板覆盖保护。

　　8、在基坑周边布设一定数量的沉降监测点及在基坑外布设一定数量的水位监测孔。通过上述各监测点跟踪观测结果要及时汇总分析，进行信息反馈，一旦发生地面沉降超标、变形过大等不良现象，应立即采取应急措施处理。

　　9、关闭井泵后应及时将泵提出，并对管井进行填封，并确保填封质量。

　　10、每个中转池应备用深井泵一台、电梯坑内集水井应备用污水泵2台，以防止泵损坏。

　　5 对周围环境影响的评估与监测

　　基坑开挖及降水后，承压水位降低将使周边土层产生附加荷载而导致相应的沉降，对周围建筑物及市政设施会构成不同程度的危害。鉴于此，对可能发生的危害程度做出正确的评估是非常必要的。在深基坑开挖过程中，应根据挖土程序的需要及基坑的施工进度，合理调整抽水井开启数量，减小基坑周边水位降幅。同时由于已有一段时间的基坑明排，基坑开挖范围内的④层土中的承压水已基本疏干，承压水头降低明显。由于④层土中的承压水水头降低对周边现成的沉降已完成了大部分。本次降水仅针对电梯井部位，抽水量有限，且主要是针对⑥层中承压水，对基坑周边引起的降深较小，即本次降水对周边的影响将较小。

　　建议监测部门在周边布设一定数量的沉降监测点、位移监测点及地下承压水位观测点，特别是对沉降敏感的建构筑物应作为重点监测对象，如周边建筑物、地下排水箱涵、地下管线等。有条件时，可设置孔隙水压力计和分层沉降标。通过上述各监测点跟踪观测结果要及时汇总分析，进行信息反馈，一旦发生地面沉降超标、变形过大等不良现象，应立即分析原因并采取应急措施处理。

　　根据现场施工的深井降水工程监测结果，由降水引起的沉降比较均匀，对周边环境的影响较小。经计算后期降水引起的沉降约3cm，且地面沉降差小于0.3%，对周边建筑造成的影响较小。

　　6 封井措施

　　深井降水完毕后，应采取有效措施封堵井孔，避免承压水沿井孔及井壁上涌，根据该工程的特点封井的原则及具体措施如下。

　　1、地下室主体基础底板施工时，对于承压钢管应在降水井管壁加焊两层止水圈，止水圈采用圆形钢环焊接，钢环直径Φ500mm，焊接部位为：下层为底板底以上10～20cm，上层为底板面以下10～20cm，防止承压水沿井壁上涌;对于临时采用的为明排水使用的集水井，在降水井水位降至设计标高后将拆除，底板钢筋绑扎可将砼回填后一次性浇筑到位。

　　2、基坑底板施工完毕并达到一定强度后，为减小降水井井管对施工造成影响，应根据施工季节的地下水位，在充分考虑底板强度的基础上，合理调整开启降水井的数量，对不再开启使用的降水井及时封堵。

　　3、降水井的封堵宜采用“先内后两外，先深后浅”的原则，封堵前，先加大该井周边的降水力度，使待封井管内水位降至最低进行封堵，对最后封堵的降水井，应慎重处理。

　　4、对前期底板施工后封堵的井孔应充分考虑后期洪水季节水位的上涨是否对地下结构施工造成影响。

　　5、因场区裙楼地下室基坑底板基本位于粉砂层之上，为增强基底土层的承载能力，降水井封堵前采用井内预埋注浆管的方式对周边地层进行加固后再封堵降水井井口。

　　6、地下室封顶后，采取“以砂还砂，以土还土”的原则封堵井孔，加焊封口钢板。

　　7、电梯井集水井在电梯井的砼浇筑完成后3天，采用 C20砼回填封堵。

　　7 总结

　　本深基坑井点降水技术成功应用在本项目，现项目已基本完成地下室结构施工，通过工程实践，有以下几点体会：

　　(1)针对古湖积盆地的地质情况的不确定特性，地质勘察报告可作为参考资料，实际操作中应通过试验井的数据来做降水方案的分析和设计;

　　(2)施工过程中应进行动态设计配合，特别是需结合现场实测变形监测数据来调整降排水井的开启封闭时间和数量;

　　(3)井点降水应结合实际采用深井降水与坑内明排相结合的方式，达到最佳降水效果。

　　(4)由本工程前期基坑单位采用止水帷幕桩长不够，大量的地下水从其底部涌入基坑内导致降水失败可以得出在水量丰富的古湖积盆地区深基坑施工，采用井点降水成本低，效用大。