大型超深基坑降水施工技术

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本文介绍的当代万国城北区工程，基坑占地面积达6.8公顷，基坑形状极不规则，东西方向长314米，南北方向长243米。该基坑常年地下水位高，地下车库结构采用了抗浮设计，而且本工程工期紧，22万平米结构工期不到一年的时间；工程科技含量高，仅地基处理工程就包括抗浮桩、CFG桩、地源热泵等多项复杂工序，因此对降水效果要求严格。本文对该工程的降水施工技术、关键控制点以及应急补救措施进行一一阐述。

1、降水设计参数

1.1 降水设计：根据基坑最大开挖深度13.35m、基槽以上3层地下水，渗透系数小，砂层中含泥量大的实际情况，布置周边井和槽内井。周边井采用大口井抽水的降水方式，将基槽以上含水层中的水，引入第五层的砂层中，井深在基槽以下5m，再从砂层中抽取地下水降低地下水，已筹为主；在基槽内布置渗水井，采用以渗为主，抽渗结合的降水方式，将井底设在第七层砂层的承压含水层底部，以利于降低基坑水位。

1.2 降水井结构：降水井井深18.0m，孔深≥18.5m，孔径600mm，井管为直径400mm的水泥砾石滤水管，井管外填入直径为2~10mm的石屑滤料（含泥量
1.3 降水井的布置：基坑周边封闭式布置降水井，井间距7.5m，井中心距基坑上口线1.5m；在基坑内部沉降后浇带和施工后浇带的位置每隔25m左右设渗水井，同时要注意避开土壤源热井的位置，在土方开挖时要做好保护，以便作为观测井和必要时的抽水井使用。管井降水设计参数如表1。

1.4 集水明排措施：由于土质含泥量大，渗透性差，必要时在坑内设置明排辅助降水，需埋设导流管做明排措施。槽底存在难以疏干的残留水时，需沿槽底边布设排水沟、集水井。集排水沟尺寸为20*30cm（宽*高），排水沟内用4~20mm的级配碎石填充；集水坑底面应比集排水沟底面低0.5m，集水井中间埋设一根直径300mm无砂管，集水井间距为50~80m一个，尺寸为0.6*0.6*0.7cm（长*宽*高）。

表1

方案

类型

直径（mm）

深度（m）

间距（m）

数量（眼）

滤管（mm）

滤料

周边井

抽水井

Ф600

18

7.5

103

Ф400无砂砼管

2~10mm石屑

槽中井

渗水井

Ф600

28

25

28

Ф400无砂砼管

2~10mm石屑

1.5 排水系统：在现场四周布置排水系统，出水口有两处，为原市政雨水井。排水系统管线采用Ф300PVC管，排水管线每隔20~30m设一个支墩（0.4*0.3*0.3m）稳定管道，按出水口位置坡度布置。在出水口处各设置一个沉淀池（1.0*0.8*0.8m），将水中泥沙沉淀干净以后排入污水管道内。

2、工程地质概况

见土方开挖部分。

3、材料选择

降水井孔护壁泥浆采用膨润土造浆，泥浆材料的选定及配合比：7~10%膨润土（山公高阳1#）；0.5~1%工业用碱；0.1%羟甲基纤维素

（CMC）；拌和用水为自来水；另外根据施工情况加入适量分散剂。

按下表性能指标及测试方法制备泥浆：

顺序

项目

性能指标

测试方法及仪器

1

比重

1.05~1.15g/cm3

泥浆比重计

2

粘度

10~25秒

500cc/700cc漏斗法

3

含砂量

在测定泥浆材料性能的基础上，即使试配泥浆的最佳配合比。

4、降水井系统施工

本工程由于基坑面积较大，个别地段距离周围建筑物及护坡桩较近，降水井施工时经过适当调整，设置在护坡桩外对应位置。降水井从地面开始施工，井位距基坑边缘的距离为1.5m。根据地质地层情况，采用反循环钻机完成降水井成孔施工，场区内共布置6台反循环钻机进行施工。

4.1 工艺流程：测量定位→成孔→清孔→下管→投料→洗井→布置排水系统→下泵→抽水。

4.2施工方法

1）钻进成孔

①采用反循环钻机成孔时，为防止钻孔相互干扰造成塌孔，在钻孔是采用隔孔跳钻的施工方法，保证孔壁不坍塌。

②钻机垂直度和各后开始钻进，随钻进随补充泥浆，泥浆标高始终保持在地下水静止水位上1~2m。

③钻深由钻杆显示，用专用测绳测定孔深。

④钻到设计深度后停止钻进，检查孔深不得小于设计深度。

2）护壁泥浆

护壁泥浆采用膨润土造浆，考虑环保要求制作专用钢质泥浆槽盛讲，护壁泥浆可经泥浆净化装置净化后重复利用。

3）清孔

孔底沉渣为钻孔与孔深之差，成孔厚应反复清孔，保证孔底沉渣厚度小于300mm。

4）下管

井管采用无砂砼管，在砼预制托底上放置井管，在底部中间设置中器，四周拴8号铅丝，缓慢下放，当管口与井口相差200mm时，连接上节井管，接头处用玻璃丝布粘贴，以免挤入泥砂淤塞，竖向采用2~4根30mm宽竹条固定井管。为防止上下管节错位，在下管前将井管依方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，井管要高出地面300~500mm，并在井口加盖。

5）投料：下入井管后，在井管外周均匀填入含泥量小于5%的滤料至地面下0.5m处，滤料采用2~10mm豆石或石屑。投料时应保持连续，将泥浆挤出孔位，并用粘性土填封孔口。

6）洗井：成井后采用空压机和潜水泵联合抽水洗井，至井内水清沙净，再用污水泵反复进行恢复性抽洗。洗井应在成井4小时内进行，以免时间过长，井壁泥皮影响渗水效果。洗净后进行试验性抽水，确定单井出水量及水位降低能否满足设计要求。

5、关键控制点

5.1 钻机安装应周正平稳，操作应严格按操作规程执行，保证钻孔垂直度误差小于1％，孔深误差小于1％。

5.2 下钻具时要轻提慢放，避免产生抽吸作用，造成塌孔。

5.3 清孔后应保证孔底沉渣厚度小于300mm，浆液含砂率小于4％。

5.4 下管时要轻提慢放，遇阻碍时应查明原因再下，严禁强行墩放，以防损坏井管；下至设计深度后，保证井管高出地面300～500mm，用盖板盖好，防止掉入杂物；井管应居于钻孔中央位置，以保证滤料填入均匀。

5.5 填入滤料时，仔细检查滤料质量，控制含泥量不超过5％；填料过程中用铁锹沿井管四周均匀缓慢填入，防止投料不均、中途架桥现象；当填入量与理论计算量不一致时，须及时查明原因，采用相应措施进行处理。在洗井和抽水过程中，如果滤料下沉量过大，应及时补充滤料。

5.6 为防止含水层中细粒土的流失，应在井深6m以下无砂砼管外包一层60-120目的方格尼龙网。

6、问题处理措施

多年的降水工程施工经验证明，一个工程的降水效果受多种因素影响。地上地下建筑物、管线多且分布复杂，水文地质条件变化也较大，很多地段受多层地下水的影响，因此，盲目地照搬降水设计方案进行施工并不能完全保证降水效果，而是要根据具体出现的问题具体分析，采用针对性的处理措施，才能使降水工程效果达到预期效果。根据经验，降水工程施工过程中主要应考虑以下一些特殊情况及处理措施：

1）不明来水处理

①如果地下上、下水管道漏水严重，这些渗漏水赋存于杂填土和很多已废弃的地下构筑物中，由于具体位置不明确，水量大小无法确定，因此从降水井分布上难以控制，可能造成基坑壁失稳，对地下工程造成很大影响。为了有效预防这种异常水给工程带来损失，应采取如下处理措施：

②基坑开挖遇到突然出现的不明外来水时，应立即停止开挖，作引流回填，控制因出水带出地层颗粒形成地层扰动坍塌，然后查明外来水补给源，采取寻源断流措施。

③对出水范围的基坑壁，必须采用特殊加固措施，比如小导管注浆、局部土钉补强等方法，稳定后继续下步开挖。

2）潜水含水层残留水处理

由于受潜水含水层底板凹凸不平的影响，以及含水层中存在不透水或弱透水粘性土夹层的影响，要完全疏干潜水实际上不可能的，这部分水若处理不好将带出地层中大量细颗粒物质，使开挖面地层土扰动并可能发生坍塌。出现这种情况时，应放慢挖土速度，及时在坑壁作盲管导流，并在槽边挖盲沟集水，再将集水排走。导流盲管一般采用长0.5m的ф25mm的塑料管，做成花管并缠60～120目尼龙网。盲沟一般贴坑壁挖，宽200mm，深300mm。为了防止土块掉落将导流盲沟堵塞，防止水流将基坑底细颗粒物质带走造成基底土扰动，应在盲沟中填4～20mm碎石。

3）降水井间距问题

①在降水井施工时，受场地现状的限制，可能出现降水井的位置和间距与原设计不符。本工程这种现象主要出现在出土马道、拐角点以及配电柜基础等地方。

②根据现场实际，与各方面商量后决定在降水井间距过大的位置施工土钉墙时在此处预制排水导流管保证雨季施工时土层含水可以导流至槽内。同时在导流土层位置槽内设置盲沟，把导流出来的土层含水导入盲沟内，在盲沟适当位置设置集水井，抽走导流出来的土层水，并经常观测护坡情况。

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