超高层建筑深基坑降水施工技术分析

张忠树 江苏省江都职业教育集团，江苏 扬州 225212

1 工程概况

本工程拟建65 层五星级酒店，有主楼、裙房(影楼、会议中心及综合商业中心)组成，整体地下四层的车库。基坑面积约26000m2，地下停车库底板标高为-17.1m，北侧、西南侧基础厚1.2m，垫层厚0.10m，基坑底标高-18.4m，板底实际开挖深度为16.4m;其他侧基础板厚0.8m，垫层厚0.10m，基坑底标高-18m，板底实际开挖深度为16.0m;承台高1.5～2.0m，承台开挖深度16.7～17.2m，5 星级酒店部位底板厚3.5m，坑底标高-20.7m，开挖深度为18.7m，核心筒体部位加深3.6m，即开挖深度为22.9m。本工程基础总土方量约为50 万m3。

2 基坑围护设计

支撑结构设计是本基坑维护设计的核心内容。考虑到该地区土层强度较好，主要为粉砂性土，抗剪强度高、压缩模量大，现根据周边环境条件，卸去6m 土体后，采用2 道内支撑。为了使周围环境造成的影响能够得到尽量的缩减，提升坑壁的稳定性，这就对支撑系统的强度、刚度有了非常高的要求;不仅需要做到经济合理，支撑之间还得留出很大的挖土空间，以便于开挖。

本工程主基坑围护墙采用钻孔灌注桩D900@1100 挡土，外侧采用三轴D1000@1500 搅拌桩隔水;采用放坡结合两道内支撑的支护形式。主楼电梯坑周围采用钻孔灌注桩D600@ 800 挡土，外围采用三轴D1000@1500 搅拌桩隔水;局部设第三道型钢对撑。基坑围护结构剖面图见1。

图1 基坑围护结构剖面示意图

3 降水方案设计

3.1 降水目的

因隔水搅拌桩没能穿透砂层进入不透水层，降水分为三个阶段:⑴第一阶段开挖6m，需控制水位至当前开挖面下1.0m。为保障坑外放坡稳定性以及适当降低坑周地下水头压力，根据委托方要求，需考虑在坑外泄土平台上东、西、南侧设两级轻型井点，北侧设一级轻型井点。坑外轻型井点需始终保持抽水，直至结构完成至+0.00m。⑵第二阶段开挖到裙房及主楼坑底，挖深16.4～18.70m，坑内需提前设置好降水井，降低开挖范围内土中的地下水位及被开挖土体的含水量，便于挖掘机开挖施工和坑内作业;⑶第三阶段开挖至主楼电梯间坑底，挖深22.9m，需将深坑内的地下水位控制在坑底以下1m。

3.2 降水井布设

降水井布置如下表1 所示:

表1 降水工作量统计表

3.3 管井构造

⑴井口:井口应当较之地面更高，高度最好保持在0.3～0.5m 范围内，避免出现地表污水渗入到井内，在进行封闭时，通常应选用水泥浆和优质粘土，而深度则应当设定为2～4m 范围内。⑵井壁管:井壁管均运用Φ273 对钢管进行焊接，井壁的厚度则通常设置为3mm 厚。⑶过滤器:在圆孔滤水管对各类管井进行处理，并用60 目尼龙滤网将滤水管的外层包裹，井壁管、滤水管的直径基本相同。⑷沉淀管:沉淀管主要发挥过滤器的作用，不至于因井内沉砂对进水造成堵塞，另将沉淀管与滤水管底部连接，但滤水管、直径应当保持相同长度，以1.00m 为宜，同时采用铁板对沉淀管底进行密封。

3.4 基坑底板稳定计算

基坑开挖后，由于承压含水层上覆土层厚度变薄，其上覆土的压力降低。当上覆土的压力小于或等于承压含水层的顶托力时，承压水将可能使基坑底面产生隆起，严重时使土体被顶裂产生渗水通道，从而发生基坑突涌。

通常采用式⑴判别基坑开挖后是否处于抗底部承压含水层突涌(以下简称“抗突涌”)稳定(安全)的状态。如图2 所示。

式⑴中:

Ps—承压含水层顶面至基底面之间的上覆土压力，(kPa)

Pw—初始状态下(未减压降水时)承压水的顶托力，(kPa)

hi—承压含水层顶面至基底面间各分层土层的厚度，其和等于图5-1 中的h，(m)

γsi—承压含水层顶面至基底面间各分层土层的重度，本工程取平均值18.0，(kN/m3)。

H—高于承压含水层顶面的承压水头高度，即图2 中所示H，(m)

γw—水的重度，工程上一般取10，(kN/m3)

Fs—安全系数，工程上一般取1.05～1.20;本工程取1.10.

图2 基坑底部抗承压水突涌稳定性验算原理示意图

孔隙承压水主要赋存于4-2 层以深砂性土中，接受侧向补给，以侧向径流为主，富水性较好。根据区域水文地质资料，地下水位埋深一般为2～4m。本工程的最大基坑开挖深度为22.90m，拟建场区内第4-2 层承压含水层最浅埋深为71m，承压水位埋深按照最不利深度2.0m 进行计算，得Ps/Pw=1.32 ＞1.05，因此，4-2 层微承压水层对本基坑开挖与施工无影响，无需进行减压降水。

4 管井成井施工工艺

4.1 工艺流程

具体成井施工流程见图3。

图3 成井施工流程图图

4.2 埋设护口管

在对护口管进行埋设的过程中，应在护口管底部插入到原状土内，同时再运用草辫子或者粘性土在管外进行密封处理，防止在施工过程中，出现外回浆的情况，护管上部相较于地面，应适当高出0.1～0.2m。

4.3 测放井位

按照设计图纸对井位进行测放，若在施工时，出现桩位等导致实施施工受阻或者因条件有限导致施工不顺的情况，都可在现场根据实际情况对其做出相应的调整。

4.4 钻机安装

安装钻机时，为了保证孔的垂直度，机台应安装稳固水平，大钩对准孔中心，大钩、转盘与孔的中心三点成一线，严把开孔关，钻头与钻杆连接处带两根钻铤，并且，弯曲的钻杆不以进洞。

4.5 钻进成孔

施工机械设备选用GPS-10 型工程钻机及其配套设备。开孔的孔径应设定为Φ600mm，当钻孔的深度达到设计要求后，可适当再深入0.3～0.5m。在钻井施工时，若发现实际情况与勘察资料有出入，这时必须联系设计人员对井做出相应的调整，避免出现滤水管安放后，无进水的情况。在进行钻井处理时，需对钻机水平进行提升，使钻孔能够始终保持垂直。

4.5.1 清孔换浆

当钻孔达到设计要求之后，可将钻杆提前提到距离孔底0.5m 的地方，将冲孔中的杂物进行清除，此外，将孔内的泥浆密度调升到1.08，而孔底的沉淤则应当低于30cm，直至返回的泥浆中不在包含有任何的块土即可。

4.5.2 下井管整到

检查井管焊接，井管接头使用套接型进行焊接，套接接箍长20mm，套入上下井管各10mm;套管箍接箍和井管焊接，焊缝均匀，无砂眼，焊缝堆高不得小于6mm。对井管检查完成后开始下井管，下井管过程中为了确保滤水管居中，过滤管的两端分别设有一个直径小于5cm 扶正器，扶正器使用梯形铁环，上下部扶正器铁环应1/2 错开，不在同一直线上。

4.5.3 洗井

实施洗井主要是为了确保含水层中的泥浆能够被完全的抽出，进而保证含水层孔隙得到有效恢复;在进行抽吸时，能够对含水层中的一部分细颗粒完全吸出，保证含水层的孔隙能够被扩大，最终形成人工过滤层。

图4 空压机洗井原理示意图

在将钻杆提出之前，可通过对井管中的钻杆与空压机进行连接，及时对空压机实施抽水处理，当井出水时，即可将钻杆提出，并采用活塞实施洗井。井管内径与活塞直径之间的差应当控制在5mm 以内，同时还需要在活塞杆的底部添加一个活门。在进行洗井的过程中，必须从滤水管下部向上对活塞进行拉动，使水能够从孔口溢出，若井的出水量相对较少，则应当将活塞放置在过滤器的位置，进行上下窜动，使孔壁泥皮能够得到有效冲击，与此同时，应当向井边注入水边对活塞进行拉动。直至溢出的水中不再含有泥砂即可，可运用空压机对水洗井进行抽吸，使管底沉淤能够被及时的吹出，直至水清澈即可。

4.5.4 下泵抽水

对水泵进行安装，并在安装完成之后进行正常的运转，即实施试抽水处理。在对管道以及电缆进行布置时，应注意避免在抽水时进行，以免发生遭受损坏的情况。在进行降水处理时，应当运用管道将水及时排放到周围的沟渠内，通过排水沟使水能够及时被排放到预先设定的排水沟渠内，定时对场地周围的排水管道进行清理，使排水系统能够得到更好的运行。

4.6 水位观测

根据工程的实施情况以及相关计划安排，在基坑围护完成施工之后，立即对其进行2-3 周的预降水处理。为了确保降水井具有更好出水效果，避免出现“死井”的情况，为此，当出现停抽情况时，就应给予降水井维护和管理处理，并安排人员值班进行轮流查看，保证每30min 观察1 次，直至水位逐渐稳定之后，即可每2h 进行1 次观察。

4.7 封井

基坑外的疏干管井若无特殊要求，一般不予拔除，只做回填。当基坑外降水井在降水结束后直接回填，回填物可为砂子或砂、石子混合料，井口部位用黏土封填并捣实。也可全部用黏土封填捣实。基坑内降水井采用混凝土封井。

5 结语

综上所述，管井降水可以达到预期的效果。只要按照据工程地质和水文地质条件，良好的设计方案，注重施工技术，严格按照施工要求，方可达到一个预定的降水深度。由于管道井施工是隐蔽工程，一定要注重全过程的质量监督。严格控制管直径，钻孔深度，井管的制备，滤料级配，回填质量，联合洗井，抽水运行等关键工序，不合格的不验收。

［1］《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99.

［2］《建筑与市政降水工程技术规范》JGJ/T111-98.

［3］《地基处理技术规范》(DBJ15-28-2005).

［4］《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002/J220-2002).