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简析建筑工程施工中基坑降水技术的应用

发表时间：2020/11/25 来源：《基层建设》2020年第22期作者：李文强

[导读] 摘要：本文针对某深基坑工程场地内地层中浅部潜水和中部微承压水的勘探资料，研究处理对策及相应降水深井的布置和井深结构设计。

        中铁七局集团西安铁路工程有限公司陕西西安 710032
        摘要：本文针对某深基坑工程场地内地层中浅部潜水和中部微承压水的勘探资料，研究处理对策及相应降水深井的布置和井深结构设计。提出对地层浅部潜水以疏干为主，布置疏干井进行土体疏干抽水，降低土体含水率，提供土方开挖条件；对中部微承压水采取布置减压深井的方式，根据施工进度，按需抽水减压，保证基坑安全。由于承压水控制能否成功关系到基坑工程的成败。为避免基坑微承压水突涌，利用压力平衡原理，对场地内的3层微承压含水层分别进行了抗突涌验算。确定了每层微承压水自然水位埋深条件下的临界开挖深度和不同开挖深度下每层微承压含水层的安全水位要求，保障了基坑开挖施工的安全性，为基坑环境保护提供了理论依据。
        关键词：超高层建筑；软土地区；真空疏干井；微承压水；水土突涌
        1 工程概况
        某工程基坑开挖面积2.1万m2，除两角外呈较规则的正方形，边长147m，周长567m；地下室普遍区域基坑挖深12.5m，其中塔楼、裙楼区域的基坑深度分别有18.2m，15.6m，局部电梯集水深坑挖深达23.8m，如图1所示。综合基坑土质及工程地理位置，基坑工程采用“明挖顺作”法配合0.8m厚“两墙合一”地下连续墙围护体系进行施工，地下连续墙插入地下室区域基底下18.8m，坑内上下设置三道水平混凝土支撑。鉴于基坑工程较大的一次开挖面积较大及复杂的周边环境，基坑工程对降水提出了较高的要求。
        2 水文地质概况
        在建项目地表下150.26m深度范围内地基土属第四纪河漫滩、滨海～河口相、浅海相、沼泽相、溺谷相及河口~湖泽相沉积物，主要由粘性土、粉性土及砂土组成，一般具有成层分布特点，根据地基土的特征、成因、年代及物理力学性质可划分为8个主要层次（市统编地层第6层、7层及8层粘性土层缺失），其中，第1层、5层及9层再细分为若干个亚层或次亚层，另在第3层中部还分布着3夹层粘质粉土。本工程除普遍区域12.5m对微承压水影响不大，裙房普遍区域挖深15.5m，塔楼普遍区域挖深18.0m，塔楼内部电梯集水深坑挖深达23.8m，而微承压水最浅埋深17.5m，裙房区域开挖面已接近第52-1层，塔楼普遍区域开挖面已将第52-1层揭穿，塔楼内部23.8m深坑开挖面已接近第52-3层，基坑突涌风险极大。同时根据本工程所做的水文地质抽水试验报告，三层微承压含水层间有着一定的水力联系；故本场地内微承压含水层与承压含水层间也存在着水力联系。本工程基坑围护体系为地下连续墙，地墙底部插入裙房基底以下18.8m处，地墙底部位置处于53-1层，插入深度大于2m，虽然已经将第52-3层隔断，但鉴于地墙的施工工艺、成墙质量等仍存不确定因素，且塔楼基坑开挖面已处于第52-1层微承压水中，各微承压水层之间实际上存在着一定的水力联系，微承压水对基坑安全存有一定的威胁。因此，在本工程的基坑开挖过程中，基坑降水应重点放在防止基坑突涌、坑内流砂的微承压水控制上，降水必须做到按需降水。
        3 浅部地层潜水降水设计
        3.1 降水对策
        根据抽水试验数据，场地内潜水中静止水位埋深自地面算起为0.88m，通过设置真空深井，对浅部地层内的潜水进行降水，进行地层疏干，确保水位低于开挖面以下1.0~1.5m。根据前期水文勘察报告，本工程地下第52-1层微承压含水层最浅埋深为17.5m左右，裙楼普遍区域基底开挖面（挖深15.5m）已接近该层微承压含水层顶板，塔楼普遍区域开挖面（挖深18.0m）则已经揭穿该微承压含水层；且止水帷幕（地连墙）已完全隔断该含水层，前期的抽水试验结果也显示第52-3层和第53-2层微承压含水层对上部第52-1层基本没有影响，故第52-1层微承压水和上部潜水一并考虑，疏干深井进入第52-1层微承压含水层。
        3.2 疏干井布置
        该潜水含水层内主要是淤泥质粘土和粘土土质，根据降水经验，单疏干井有效疏干一般面积为200~250m2。由于本工程场内分布有江滩土和非江滩土区域，综合考虑土层渗透系数、贮水率等因素，在江滩土区域单井有效疏干面积按200m2/口布置，非江滩土区域按250m2/口布置。

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        3.3 疏干井井身结构设计
        （1）井深：疏干井井深24m，贯穿第52-1层微承压水含水层，并向下伸出1.0m。（2）井口：为避免地表污水流入井内影响降水工作，井口顶标高需高于地面0.5m，管口封孔采用优质粘土，在滤料围填面上填埋夯实至地标，其深度不小于2.0m。（3）井壁管：井管壁均采用3mm厚焊接钢管，每段之间焊接连接，内径273mm。（4）过滤器（滤水管）：过滤段埋深3.0~6.0m，9.0~12.0m，17.0~23.0m，过滤圆孔孔径10~15mm；滤水管与井壁直径相同，外包一层尼龙过滤网，孔径0.4mm。（5）沉淀管：沉淀管相当于过滤器，主要起到过滤作用，避免因井内沉砂堵塞，影响进水的作用，沉淀管接在滤水管底部，直径与滤水管等同，长度为1.0m，用铁板封死沉淀管底口。（6）填滤料（中、粗砂）：疏干井处地表下2.0m位置开始至井底范围内，均围填中粗砂；疏干井井底至过滤器（水位观测作用）顶部1.0~7.0m范围内，均围填磨圆度较好的滤砂（中、粗砂）。（7）洗井：为疏通深井，使用了空压机洗井方法，该方法需要洗井到清洁水并测量含砂量，含砂量必须为1‰以下。
        4 中部地层微承压水降水设计
        4.1 微承压水安全性评价
        塔楼开挖至基底时（挖深18.0m），第52-1层微承压含水层已被挖穿，即使在该承压含水层埋深19.00m处，塔楼基础底板下卧隔水层厚度也仅有1.0m，此种情况不能满足基坑底板处的抗突涌稳定性要求，基坑开挖时存在突涌风险，需评价每层承压水产生突涌的可能性。
        根据前期勘探所测得地层厚度、容重级水压等水文地质计算参数，从计算结果来看，若不采取抽水减压措施，土方开挖至塔楼普遍区域基底时，第52-3层微承压含水层存在突涌风险，开挖至塔楼电梯集水深坑基底时，第53-2层微承压含水层存在突涌风险。所以，针对本工程的3层微承压含水层来说，需设置减压深井进行抽水降压，并计算降水工况，根据挖土深度与内支撑施工的工况状态按需降水。
        4.2 降水工况计算
        随着开挖土方承压含水层上覆土厚度变薄，开挖面以下至承压含水层顶之间覆盖土的自重压力减小，为避免基坑产生突涌需要抽水减压，使承压水压力小于覆土重力并具有一定的安全阈值。所以，需根据每阶段的开挖深度，确定承压水安全水位，提前抽水降压，保证基坑施工安全。
        4.3 减压深井井身构设计
        （1）井深及过滤段设计。第52-3层微承压含水层层顶最浅埋深27.0m，层底平均埋深32.0m，减压井过滤段设置在27~32m范围内，该层减压井井深按33m考虑。第53-2层微承压含水层层顶最浅埋深43.0m，层厚15.8~24.7m，地墙未隔断该层微承压水坑内外相互补给，坑内超降会引起坑外地表沉降超出允许值。所以该层减压井井深不宜过深，按55m考虑，过滤段设置在45~54m范围内。过滤段井壁圆孔孔径10~15mm，滤水管与井壁直径相同，外包一层尼龙过滤网，孔径0.4mm。（2）井口：为避免地表污水流入井内影响降水工作，井口顶标高需高于地面0.5m；管口封孔采用优质粘土，在滤料围填面上填埋夯实至地标，其深度不小于2.0m。（3）井壁管：井壁管均采用4mm厚焊接钢管，每段之间焊接连接，内径273mm。（4）沉淀管：沉淀管相当于过滤器，主要起到过滤作用，避免因井内沉砂堵塞，影响进水的作用，沉淀管接在滤水管底部，直径与滤水管等同，长度为1.0m，用铁板封死沉淀管底口。
        5 结束语
        本文重点针对在建深基坑工程地下赋存的第52-1层、52-3层及53-2层等3层微承压含水层突涌可能性进行了分析，利用前期进行抽水试验获得的水文地质参数，根据承压水含水层的覆土压力与顶托压力相互平衡的原理公式，进行了定量性理论计算，计算出了不同开挖工况下的安全水头高度，为基坑开挖施工过程中防止承压水突涌状况的发生，总结出施工的控制方法。
        参考文献：
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