高層建筑深基坑工程淺談

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摘要:文章以福建省莆田市某安置小區(qū)項(xiàng)目為例，針對(duì)砂性土質(zhì)條件，采用井點(diǎn)降水和管井降水相結(jié)合的綜合降水施工方案，有效解決了沿海地區(qū)地下水水位較高對(duì)建筑深基坑施工的影響，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，確保了施工安全。

關(guān)鍵詞:綜合降水；深基坑工程；井點(diǎn)降水；管井降水

1工程概況

本工程為莆田市聯(lián)十一線連接線涵江安置區(qū)工程。本工程總建設(shè)面積為3333743.78m2，建筑面積為10776m2，本建筑由兩棟住宅建筑物及地下室組成。兩棟建筑地上高度均為53.9m。標(biāo)準(zhǔn)層高為2.95m，底層層高為3.6m。本工程基坑面積為4400m2，基坑開挖深度為3.5m。

1.1地質(zhì)概況

莆田市位于我國(guó)東部沿海地區(qū)，水系豐富，地下水水位較高。經(jīng)前期地質(zhì)勘察，本項(xiàng)目地質(zhì)以砂性土和粉質(zhì)土為主，具有較強(qiáng)的滲透性，自上而下的地質(zhì)條件為:雜填土-素填土-粉質(zhì)黏土-淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土-粉細(xì)砂-粉砂夾粉土。

1.2水文概況

1）地表水文。本工程所在位置處于莆田地面徑流附近，周圍水渠、塘、溝壑較多，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，本工程毗鄰木蘭溪，淺層土壤為粉性土和砂性土，地面徑流密布和地下水水位較高，對(duì)本工程深基坑施工影響較大。2）地下水水文。地下水主要存儲(chǔ)于淺層填土、黏性土或粉性土層中，其中，地下水重要的來源是海水滲透補(bǔ)充、大氣降水和地面徑流。因此，本工程中，地下水與河流互動(dòng)性強(qiáng)，地下水位隨季節(jié)變化大，在實(shí)際勘察中，經(jīng)鉆孔測(cè)量地下水位為0.5~4.6m，相應(yīng)標(biāo)高為1.5~5m。

2深基坑降水施工難點(diǎn)問題研究

1）本工程中，基坑開挖范圍廣、深度高，基坑邊坡采用放坡處理方法，放坡開挖深度為7m，下部垂直基坑開挖深度達(dá)8m，基坑分兩次開挖，合計(jì)開挖深度為15m，在基坑開挖過程中，采用一次降水施工難度大。2）工程中基坑采用無支撐體系，上部放坡開挖，下部采用雙排鉆孔灌注樁和樁間攪拌樁組成重力壩圍護(hù)，上部放坡坡度按1∶1.5，按2級(jí)放坡，上部邊坡降水效果直接影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。3）本工程項(xiàng)目所處位置地下水位較高，水量補(bǔ)給充足，地下水與地面徑流交換頻繁，為了確保建筑工程基坑工程施工的安全性，施工期間施工單位需要不間斷降水施工。4）基坑施工期在汛期內(nèi)，結(jié)合當(dāng)?shù)厮馁Y料，莆田降雨量大，短期降水量可達(dá)100mm/h，為了確?；邮┕ろ樌M(jìn)行，施工單位應(yīng)配置相應(yīng)的地面排水設(shè)施。

3降水施工方案設(shè)計(jì)與選擇

在建筑工程中，常見的降水措施包括明溝排水、輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、管井降水等方式，文章就降水施工方案進(jìn)行對(duì)比研究，并確定最優(yōu)降水方案。

3.1降水施工方案對(duì)比分析

1）明溝降水。明溝降水是在施工區(qū)域地表設(shè)置排水溝和集水井，并借助水泵將集水井中的水抽出，從而達(dá)到快速排水的目的。該方法需要的抽水設(shè)備較少，具有操作簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。同時(shí)，該方法也存在顯著的缺點(diǎn)，抽水設(shè)備排出的地下水沿基坑坡面涌出，極易造成基坑土體軟化，甚至出現(xiàn)泥漿問題，進(jìn)而影響施工現(xiàn)場(chǎng)基坑地面強(qiáng)度，對(duì)其他專業(yè)施工造成不良的影響，尤其是降水施工夾帶粉質(zhì)黏土?xí)r，容易造成基坑邊坡失穩(wěn)、地面沉降等問題。因此，該方法主要適用于地質(zhì)密實(shí)、坑壁穩(wěn)定性高、開挖深度不高、降水深度范圍小的基坑降水。2）輕型井點(diǎn)。輕型井點(diǎn)降水是在基坑的四周每隔一段距離設(shè)置輕型降水井點(diǎn)管，降水井點(diǎn)管深度插入蓄水層，從而使輕型井點(diǎn)構(gòu)成完整的整體，借助抽水設(shè)備將地下水及時(shí)抽出。在輕型井點(diǎn)應(yīng)用中，降水井管間距較小，能夠有效攔截地下水的滲透，從而提高了降水效率，有利于保持邊坡和圍護(hù)樁間土體的穩(wěn)定性。同時(shí)，該方法存在顯著的缺點(diǎn):輕型井點(diǎn)施工量大、施工成本高、占用場(chǎng)地大，且在降水施工期間，施工單位需要保持降水施工設(shè)備供電的可靠性、穩(wěn)定性，維護(hù)成本較高。因此，輕型井點(diǎn)降水方法主要適用于基坑面積較小、降水深度不高的基坑工程。3）噴射井點(diǎn)。噴射井點(diǎn)是在施工區(qū)域埋設(shè)井點(diǎn)管，并在井點(diǎn)管內(nèi)部設(shè)置噴射器，借助高壓水泵或空氣壓縮機(jī)輸入高壓水或壓縮空氣，并在抽水設(shè)備的作用下抽出地下水。該方法降水深度大，降水范圍達(dá)8~20m。同時(shí)，采用該方法進(jìn)行降水時(shí)，由于降水管和降水設(shè)備較為復(fù)雜，故障率和能耗較高，導(dǎo)致降水成本上升，因此，該方法主要適用于滲透系數(shù)較小且降水深度較大的基坑工程中。4）管井降水。管井降水是在基坑施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鉆孔成井，并在井內(nèi)埋設(shè)降水管井，地下水由管井滲透至井內(nèi)，并通過排水設(shè)備排出。管井降水方法應(yīng)用中，井點(diǎn)直徑大、出水量大，能夠滿足較大面積基坑的降水要求，施工成本相對(duì)較低。但是，該方法容易造成周圍建筑物不均勻沉降，一定程度上影響了該方法的適用范圍。在實(shí)際應(yīng)用中，該方法主要適用于滲透系數(shù)大且地下水豐富的地質(zhì)工程。

3.2降水施工方案的選擇

工程基坑采用上部二級(jí)放坡開挖和下部雙排重力圍護(hù)的形式，基坑開挖深度大、面積大，降水范圍廣，且施工現(xiàn)場(chǎng)周圍較為空曠，無重要建筑物，適用于管井降水方法。綜合經(jīng)濟(jì)性、可行性、施工效率等因素，本工程采用上部輕型井點(diǎn)降水（如圖1所示）、下部管井降水方式，以滿足本工程降水需求。

4管井降水施工技術(shù)

4.1確定井位

在管井施工前，施工單位應(yīng)安排測(cè)量人員進(jìn)行專業(yè)測(cè)量，確定管井位置，并設(shè)置顯著標(biāo)志，以便于鉆孔施工。確定鉆孔位置后，施工單位應(yīng)在井管、砂料、鉆孔就位后進(jìn)行鉆機(jī)移機(jī)就位，并埋設(shè)護(hù)孔管，護(hù)孔管應(yīng)垂直并插入地面20~50cm。護(hù)孔管外圍應(yīng)使用黏土填實(shí)，確保泥漿不會(huì)泛出。護(hù)孔管垂直度誤差應(yīng)控制在1%以內(nèi)。

4.2鉆進(jìn)清孔

鉆孔施工前，施工人員應(yīng)測(cè)量好鉆具長(zhǎng)度，合理控制鉆進(jìn)深度，鉆進(jìn)過程中，泥漿比重應(yīng)控制在1.15~1.25。鉆進(jìn)過程中，施工人員應(yīng)加強(qiáng)巖層特性的分層描述，確認(rèn)含水層巖層。達(dá)到終孔設(shè)計(jì)深度后，即可進(jìn)行清孔作業(yè)。清孔時(shí)，應(yīng)注意泥漿比重，以1.10左右為宜?？椎壮猎鼞?yīng)控制在10cm以內(nèi)。

4.3下井管

鉆孔施工完成后，施工單位應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求事先將井管排列、組合，并按管井深度標(biāo)記編號(hào)，確保井管長(zhǎng)度與管井深度一致。下井管時(shí)，應(yīng)確保平穩(wěn)入孔，確保井管垂直焊接。同時(shí)，在下井管時(shí)，應(yīng)在濾水管上下各安裝兩組扶正器，確保環(huán)形填砂礫間隙厚度不小于150mm。下管時(shí)，應(yīng)自然落管，避免強(qiáng)力壓管，以免損壞井管過濾結(jié)構(gòu)。井管到位后，施工人員應(yīng)將井管居中固定。

4.4填砂礫沖孔

將鉆桿沉至管底50cm，井口加上補(bǔ)心后進(jìn)行換漿施工，通過填漿循環(huán)的方式填入砂漿，直至砂漿達(dá)到預(yù)定高度停止。

4.5止水封孔

為防止上部泥漿及降水滲入砂漿，影響成孔質(zhì)量，施工單位應(yīng)在填砂礫施工結(jié)束20min后進(jìn)行上部止水封孔。

4.6洗井

根據(jù)施工技術(shù)要求，施工單位應(yīng)使用活塞、空壓機(jī)聯(lián)合洗井的方法。施工過程中，為了提高洗井效率，確保洗井質(zhì)量，洗井臺(tái)班不應(yīng)少于2個(gè)，洗井作業(yè)直至抽出清水為止，井底沉砂應(yīng)小于20cm。

4.7下泵試抽

洗井結(jié)束后，施工單位應(yīng)待水位恢復(fù)后進(jìn)行下業(yè)直至抽出清水為止，井底沉砂應(yīng)小于20cm。

4.7下泵試抽

洗井結(jié)束后，施工單位應(yīng)待水位恢復(fù)后進(jìn)行下泵試抽，下井深度應(yīng)控制在管井下半部位置，以保證抽水效率。下泵試抽時(shí)，施工人員應(yīng)確?，F(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電可靠連接。試抽2h后，由測(cè)量人員測(cè)定井內(nèi)水位，并安裝水表，以便于及時(shí)觀察管井內(nèi)水位變化情況。工程現(xiàn)場(chǎng)排水應(yīng)順暢，就近排入溝渠中。

4.8抽水作業(yè)

在管井施工完成后，施工單位應(yīng)先進(jìn)行抽水試驗(yàn)，合理選擇井位作為抽水井，并以相鄰管井作為觀測(cè)井。抽水時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)結(jié)合抽水實(shí)際情況確定，以1~24h為宜。待水位恢復(fù)后，由測(cè)量人員測(cè)定水位變化，觀測(cè)時(shí)間間隔。抽水開始前10min，每分鐘觀測(cè)1次；10~30min時(shí)，每2min觀測(cè)1次；30~100min時(shí)，每5min觀測(cè)1次；100min后，每50min觀測(cè)1次。如48h后仍無法準(zhǔn)確繪出S-lgt曲線，則應(yīng)當(dāng)適當(dāng)延長(zhǎng)抽水時(shí)間，最終確定各土層含水情況，優(yōu)化降水運(yùn)行方案。

4.9降水作業(yè)

結(jié)合本工程施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，工程單位安排專人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)降水作業(yè)，并記錄地下水位、井涌量和水位降深，以便于施工技術(shù)人員及時(shí)掌握降水實(shí)際情況，確保降水施工效果。同時(shí)，選擇已抽干的管井作為觀測(cè)井，及時(shí)觀測(cè)地下水位恢復(fù)情況，從而為降水作業(yè)提供可靠依據(jù)。

5降水效果分析

5.1降水情況分析

在基坑開挖過程中，根據(jù)降水觀測(cè)數(shù)據(jù)，水位基本處于開挖面1m以下，局部水位達(dá)到開挖面2m以下。隨著土方開挖，施工人員隨時(shí)割除超高的管井，挖至標(biāo)高后，地下水位穩(wěn)定在開挖面1m以下。開挖土方未發(fā)現(xiàn)泥漿，確保了基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5.2坑底隆起情況分析

在基坑開挖過程中，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員持續(xù)對(duì)基坑表層標(biāo)高進(jìn)行觀測(cè)、復(fù)核，未發(fā)現(xiàn)坑底隆起現(xiàn)象。

6結(jié)語

在大型基坑工程中，通過降水施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，彌補(bǔ)單一降水措施存在的不足，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，起到最佳的降水效果，保障了建筑工程項(xiàng)目的順利開展。

作者：林金發(fā) 單位：福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司