复杂水文地质环境中深基坑施工工艺探讨

复杂水文地质环境中深基坑施工工艺探讨

张扬

张扬

（廊坊市圆福元通勘察技术咨询服务有限公司，河北，廊坊，065000）

【摘要】随着房地产市场的快速发展，各种高层及超高层建筑数量日益增加，建筑物基坑深度都在地下水位以下，地下水防治工作日益严峻，本文通过探讨了深基坑降水施工技术，希望可以确保深基坑后续施工的顺利进行。

【关键词】水文地质；深基坑；深井降水；施工技术

1．工程概况

某建筑工程，地上24层，地下2层，建筑高度：98.77m。采用现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构。工程基坑面积约为5000m2。采用钻孔灌注桩+2道钢筋混凝土内支撑的联合围护形式；基坑开挖深度为10.3m（裙房区域）、11.2m（主楼区域），电梯井区域开挖深度达16.85m。

2．水文地质情况

2.1水文情况

（a）潜水：拟建场地浅部土层中的地下水属于潜水类型，其水位动态变化受控于大气降水和地面蒸发等，地下水位丰水期较高，枯水期较低，水位埋深一般为0.5m～1.5m；钻探期间，浅层地下初见水位埋深为0.51m～1.43m。

（b）承压水：根据地质堪察报告可知，场地内存在着第⑦层承压水层，其顶板位置在29m左右。承压水头埋深一般为3m～11m，呈年周期变化，但近几年水位有下降趋势。经计算承压水对基坑电梯井深坑的开挖产生影响。

2.2地质情况

本工程地质情况为：第①层填土；第②层褐黄～灰黄色粉质黏土；第③1层灰色淤泥质粉质黏土；第③t层灰色砂质粉土；第④层灰色淤泥质黏土；第⑤1层灰色粉质黏土；第⑥层暗绿-草黄色粉质黏土；第⑦层砂质粉土。

3．降水井设计

3.1降水目的

通过深井降水来提高土体的抗力，确保本工程基坑开挖安全和周边管线、建筑物不受损坏的关键。降低土体间的含水量，方便挖掘机和人工在坑内施工作业；降低承压含水层的承压水水头，将其控制在安全埋深以内，以防止基坑底部发生突涌，确保施工时基坑底板的稳定性。同时，必须尽量减少由于减压降水引起的地表沉降以及降水对周边建构筑物的不利影响。

3.2降水方案设想

为了提高基坑的安全、可靠性，提高被动土的强度和刚度，减小围护的变形工程采用真空负压复合的深井降水方法。单井影响半径应在8m为宜，即单井影响面积为200m2。根据地质堪察报告可知，场地内存在着承压含水层。根据当地承压水头长期观测资料和类似工程经验承压水头埋深一般在3m～11m之间，呈年周期变化，但近几年水位有下降趋势。第⑦层顶板最浅处约为29m左右，计算时取最不利工况的承压水头取3m和承压水层顶板取29m计算，以确保基坑的安全稳定。

在基坑底板开挖前，应考虑承压水对底板的影响，以确保基坑底板开挖的安全。因而本基坑降水的关键是如何控制承压水的顶托力对本基坑造成的危害，防止基坑土体突涌的发生，确保周围环境和建筑的安全稳定。

3.3疏干井布置

一般根据基坑面积按单井有效抽水面积a（经验值一般为150m2～25Om2）来确定，由于该基坑较大，开挖范围内以黏性土为主中间加有1层砂质粉土，而坑底也是黏性土。为了增加坑底的强度和刚度，减小围护的变形，确保基坑的安全、稳定性，该基坑的降水方法要采用真空负压复合降水的方法。这种降水方法单井影响半径可以确保8m，即200m2/口，采用多级滤水管，疏干井加真空的复合降水措施，每口井内放1只潜水泵抽水，每3口井为1组真空系统抽真空，以确保每口井的出水量。工程共布设23口疏干井。为了正确指导疏干井的降水运行，需要布设1口疏干井专用水位观测井，总计24口。

4．降水井施工

4.1成井施工流程

施工准备→侧线放井→安装钻机→钻机成孔→终孔后冲孔换浆→下井管→填滤料→止水封孔洗井→下泵试抽

4.2降水井施工质量控制要点

（a）管井为φ273mm的钢管，壁厚≥4mm；滤管采用桥式过滤器，孔隙率≥15%；沉淀管高度1m（疏干井沉淀管高低0.5m），底口用厚4mm钢板焊接；滤管外侧采用40目单层铁丝网进行包裹，采用16#扎丝分档捆扎紧。

（b）清孔换浆是成井的重要环节，保证成井质量，通过泥浆向外带渣，达到清孔的目的。

（c）需根据土层的特点选择滤料，滤料需满足渗透性能好，又能过滤泥砂的要求。

（d）进行封孔时，须采用优质黏性土进行围填至地表，并进行夯实，避免止水封孔不严，在土方开挖过程中地下水顺着井壁上串至基坑内，形成基坑内涌水通道。

（e）坑内所有降压深井的孔位根据深基坑的支撑图正确定位，不能与设计的支撑相碰，并最终固定在支撑附近，并且要在井口搭设平台。

5．深井降水运行

5.1试运行

在开始降水运行之前，测定静止水位，安排好抽水设备、电缆及排水管道作生产性抽水试验运行，验证降水效果，检验排水系统是否通畅，抽出来的水应排入场外市政管网中，以免抽出的水就地回渗，影响降水效果。同时验证电路系统是否正常，对电箱和电缆线等设备进行检查，确保降水持续进行。

5.2疏干井降水运行

基坑内的降水井成井后立即下泵抽水，待抽水2d～3d后安装真空泵，待真空复合降20d左右才能进行开挖基坑。第1道滤水管暴露出来后要立即采用密封带进行密封，确保真空不受影响，余下的降水任务由下一道滤水管承担，直至基坑坑底以下1m。降水管井抽水时，真空泵和井内潜水泵同时开启，真空泵保持全天候不停的运转。

5.3减压井降水运行

5.3.1抽水试验

通过单井试验取得的含水层水文地质参数和群井试验取得的井流和水位观测数据，通过数值模拟的方法进行反演分析，获得整个场地以及周围相邻区域的承压水头变化规律。

为检验围护体系的封闭及承压水补给情况，可进行抽水恢复试验。本工程的各观测井在停抽后18h后，基本恢复到初始水位的80%，说明该区域承压含水层渗透系数大，补给条件好，补给速度较快。

5.3.2开挖阶段减压井降水运行及预测

静止水头为地下3m左右时，基坑开挖深度在14m范围内可以不要降承压水（具体是否开启要根据当时承压水观测井的水位实际高度数据计算后来定）。

5.3.3减压井止水方案

采用高压注浆法，将带有托盘注浆管下到托盘位于井过滤器顶部以上5m左右然后开始注浆，直到达到注浆压力时，将安装在托盘上部的反丝扣接头卸开，提出注浆管（将托盘留在孔内）待浆液固结后孔内抽水，观测封孔效果，然后割去井管，并对大底板进行封孔处理。降水结束后，在±0.000m平台上进行封井，封井结束后通过检验达到效果后再割除井管，然后进行底板和楼板的补洞工作。

6．结语

通过探讨复杂水文地质环境下的深基坑降水施工技术，笔者得出以下几点结论：①在基坑施工前，应做好工程地质方面的勘察工作。并做好降水设计；②在基坑施工过程中，要确保工程各项数据的收集、监测及分析，一旦发现异常应作出积极的处理；③应事先对抽水系统和真空系统进行试抽，并制定出科学的抽水计划；④根据减压井抽水量及减压观测井的承压水位，确定开启的减压井数量，合理控制承压水水位，将减压降水对环境的影响控制到最低程度；⑤基坑预降水应在土方开挖前3周进行，待坑内水位降至开挖面下0.5m～1.0m时方可开挖。

参考文献：

[1]陈云东.谈地下水丰富的深基坑开挖施工技术[J].山西建筑.2012年第33期

[2]彭永铭.复杂水文地质条件下深基坑降排水施工技术应用[J].大科技.2012年第20期