刘祥勇

在地下水位较高的地区开挖深基坑,由于含水层被切断,在压差作用下,地下水必然会不断地渗流入基坑,如不进行基坑降排水工作,将会造成基坑浸水,使现场施工条件变差,地基承载力下降,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,因此,为确保基坑施工安全,必须采取有效的降水和排水措施。

1 工程概况

上海地铁M8号线某车站为地下2层,标准段开挖深度为15.5 m,围护结构采用地下连续墙,墙深26.5 m～28.5 m,连续墙趾深入地层第⑥层暗～绿草～黄灰绿色粉质黏土。

1.1 地质情况

根据勘察报告提供的本场地地层分布情况大致如表1所示。

表1 车站分层地质情况

1.2 水文地质条件

根据上述地层情况,本场地深基坑内需降地下水为潜水型。

由地表至约30.00 m深的范围内由第②1层、②3-1层、②3-2层的粘质粉土与砂质粉土及第⑤1层饱和的粉质黏土与第⑥层暗绿色粉质黏土组成,其中第②层粉性土的砂性较重,透水性较强,含水量也较大。第⑤1层与第⑥层粉质黏土为透水性很弱的土层。地下水位深度一般为0.50～0.70,相应的绝对标高为+3.50 m～+3.30 m左右。

2 对应措施及目标

1)通过降水及时疏干开挖范围内土层的地下水,使其得以压缩固结,以提高土层的水平抗力,防止开挖面的土体隆起,减少对基坑周围环境的影响。2)通过降水及时降低基坑开挖范围内土层中的地下水,满足基坑无水开挖施工要求。

3 降水设计

车站基本形状为长条形,长宽比大于5。考虑基坑施工实际情况为分段施工,以C区(翻交段长约80 m,宽21 m～27 m)为例进行井点计算,井点采用深井点辅以真空泵,井点布置为双排,距围护墙3 m～3.5 m,开挖深度为15.5 m,水位降深要求为开挖面下2 m。

1)井点埋深：井点管埋深由降水深度及含水层所在位置决定。

取H1=15.5 m,h=2 m,L=10 m,i=1/10,l=0.5 m。

H≥H1+h+iL+l=15.5+2+1+0.5=19 m,取H=20 m。

2)井点计算：该井点系统设计为无压非完整井,井点系统总涌水量：

不满足降深要求,应增加井点管数量。经进一步计算,需增加井点管至10根。

满足降深要求。根据上海地区地铁深基坑内类似砂性地质深井降水经验,单口井有效抽水面积约为150 m2～200 m2,本设计中单井抽水面积经测算约为190 m2。另围护结构采用地下连续墙,开挖段周围墙体封闭,且墙趾深入透水性较弱的地层第⑥层粉质黏土,基坑内除雨水外基本无外补给水源。实际结果证明：C区布置10口深井完全满足施工需要。

4 施工工艺

4.1 降水井的构造与设计要求

1)井口：井口应高于地面以上0.50 m,以防止地表污水渗入井内,一般采用优质黏土或水泥浆封闭,其深度不小于3.00 m;2)井壁管：井壁管均采用焊接钢管,降水井的井壁管内径大于250 mm; 3)过滤器(滤水管)：采用桥式滤水管或钻孔管(两种形式都可以用),滤水管的设计深度与长度见图1;4)沉淀管：沉淀管主要起到过滤器不致因井内沉砂堵塞而影响进水的作用,沉淀管接在滤水管底部,直径与滤水管相同,长度为1.00 m左右,沉淀管底口用铁板封死;5)填砾料：各井从井底向上至地表以下5.00 m均围填中粗砂;6)填黏性土封孔：在瓜子片或砾砂的围填面以上采用优质黏土围填至地表并夯实,并做好井口管外的封闭工作。

4.2 成孔(井)施工工艺与技术要求

成孔施工机械设备选用QJ150-1型工程钻机及其配套设备(也可能改用干取土机成孔)。采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺及下井壁管、滤水管,围填砂砾、黏性土等成井工艺。其工艺流程如下：1)测放井位：根据井位平面布置示意图测放井位,当布设的井点受地面障碍物或施工条件影响时,现场可作适当调整,主体结构范围内的井尽量靠近围护结构中的钢支撑边;2)埋设护口管：护口管底口应插入原状土层中,管外采用黏性土和草辫子填实封严,防止施工时管外返浆,护口管上部应高出地面0.10 m～ 0.30 m;3)钻进成孔：降水井开孔孔径为500 mm～550 mm,均一径到底。成孔施工采用孔内自然造浆,钻进过程中泥浆密度控制在1.10～1.15,当提升钻具或停工时,为防止孔壁坍塌,需在孔内压满泥浆;4)清孔换浆：钻孔钻进至设计标高后,在提钻前将钻杆提至离孔底0.5 m,进行冲孔清除孔内杂物,同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.10,孔底沉淤小于30 cm,返出的泥浆内不含泥块为止;5)下井管：下管时在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径5 cm的扶正器(找正器),以保证滤水管能居中,井管焊接要牢固、垂直,下到设计深度后,井口固定居中;6)井口封闭：在中粗砂的围填面上采用优质黏性土围填至地表,围填时应控制下入速度及数量,沿着井管周围少放慢下的围填,然后在井口管外做好封闭工作;7)安装与试抽：成井施工结束后,在降水井内下入潜水泵,地面接上真空泵,铺设管道、电缆等。当安装完毕,开始真空泵加潜水泵的试抽水。

[1] 余志成.深基坑支护设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社,1998.

[2] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社,1998.

[3] 张永波,孙永忠.基坑降水工程[M].北京：地震出版社,2000.

[4] 俞建霖,龚晓南.基坑工程地下水回灌系统的设计与应用技术研究[J].建筑结构学报,2001(5)：70-74.

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