管井降水措施在深基坑施工中的应用

郑伟斌

(永同昌建设集团有限公司 福建福州 350002)

1 工程概况

该场地位于福州新店镇，拟建6栋11～17层的住宅楼，设有一层联体地下室，地下建筑面积为11 703m2。该工程±0.00相当于罗零高程30.60m，现有场地罗零标高为23.17m～29.60m，总体地势南高北低，相当于-7.43m～-1.00m。地下室底板面相对标高为-6.24m及-5.44m，底板厚0.34m，垫层厚0.10m，基坑大部分开挖深度约为4.2m～5.90m。局部地表较低部位开挖约1.44m～4.20m。

周边环境：拟建地下室南侧距离红线约7.7m，红线外为市政道路；西侧距离红线约70m，红线外为规划路，现为临时道路；北侧为在建住宅项目；东侧距离用地红线约18m，场地外为市政道路。根据建设方提供资料显示，场地内未见有地下管线通过，如图1所示。

2 工程地质、水文地质概况

地下水是引起基坑事故的主要因素之一，大多数发生的基坑事故都与地下水有关，特别当基坑处于砂土或粉土地层时，在地下水的作用下，更容易造成基坑坡面渗水、流砂、土粒流失，进而引起支护结构失效，引起基坑坍塌。

(1)工程地质概况：根据场地岩土工程勘察报告，基坑开挖影响范围内主要土层及参数如表1所示。

表1 基坑支护影响范围内主要岩土层物理力学参数

(2)水文地质概况[1]：图2显示，该场地对工程有影响的地下水只有上部卵石④孔隙承压水。④卵石为强透水层，渗透系数20.7m/d。水位随地势变化，北东侧水位较高，稳定水位标高基本在28m～30m，南西侧水位较低，稳定水位标高基本在27.5m～29.0m。基坑开挖范围内，地下水的水位埋深在基坑底下平均约0m～1.85m，基坑开挖时需进行降排水。水位降深设计在各级基坑底下0.5m处，因此，基坑开挖时水位降深达0.5m～2.35m左右。为保证地下室施工顺利进行，根据《工程地质手册》(第五版)中表9-5-1工程降水方法及适用条件，选用管井降水措施。

3 基坑支护设计情况

该基坑安全等级为三级，地形较开阔，浅部土层性质较好，根据工程地质及周边环境等条件分析，基坑开挖采用放坡加素喷的支护型式，基坑边坡坡度1∶1.0和1∶0.8，如图3所示。

图2 典型工程地质剖面图

图3 典型基坑开挖及支护剖面图

4 管井降水

管井降水法的优点是降水速度快，能在较短的时间内将基坑中的水降至基坑底部，并且能有效改善基坑边坡土体的力学性质，从而提高边坡的稳定性，工程造价低。

4.1 管井平面布置

(1)管井的数量：基坑范围内的涌水量(Q)和单个管井的出水量(q),计算1.1Q/q的比值从而得出管井的具体数量。

(2) 管井间距：根据经验公式和现场水文地质条件综合确定，经验公式：井距d=(15～25)2πr(r为过滤器半径)，同时避开地梁、墙、柱位置合理确定。

根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJl20-2012)附录E公式E.0.1，潜水完整井：

Q=πK(2H-Sd)Sd/lg〔(R+r0)/r0〕

式中:Q——基坑涌水量,m3/d;

Sd——基坑地下水位设计降深,m;

r0——基坑换算半径,m;

K——含水层渗透系数，m/d;

R——引用影响半径,m;

H——含水层厚度,m。

基坑开挖面积约14 098m2，平均降深约Sd=0.5m，平均基坑降水影响半径R=13.14m，平均H=6m，K=12.1m/d，r0=(A/π)=67m，经估算，基坑总涌水量约1220.6m3/d。

n=λQ/q=1.1×1220.6/23.2=57.9，取整为58口。

经计算：该工程在基坑周边及内部共布置58口降水管井，井距平均约15.5m，管井孔径400mm，管井采用焊接钢管，管径219mm(壁厚>1.8mm)，井深12m。为了减少降水对周边环境影响，采用回灌井回灌，以减少周边地面沉降。降水管井布置如图4所示。

图4 基坑降水井、回灌井平面布置图

(3) 在基坑四周若干口井兼做回灌井功能，采取分段开挖、跳挖等方式支护基坑时，未开挖基坑边降水作为回灌井功能。

4.2 施工技术措施[2]

4.2.1管井结构

管井上、下部各有一节不透水管，中间为透水管。井壁外裹2层40目尼龙网作滤网，外缠1mm～1.5mm的铁丝固定，井壁与井筒之间填充砂砾填料，上口用粘土封填，防止上层滞水流入。井管底与井底之间填300mm厚的20mm～40mm碎石，防止井管下沉，如图5所示。

图5 基坑降水管井结构大样图

4.2.2定位、钻孔定位

以定好的井位点为中心，800mm为直径作圆，向下开0.50m作为井口，深度以见原状土为准，确认无地下管线及地下构筑物后放护筒，护筒外侧填粘土封隔好表层素填土，以防钻井冲洗液漏失。

4.2.3钻孔

采用3台ZL120工程钻机进行降水井钻孔作业。钻进过程中，随时观察冲洗液的流损变化，水的补充随冲洗液的流损情况及时调整，一般保持冲洗液面不低于井口下1m。通过加接钻杆的数量和入水深度判断钻进深度，当达到设计深度并深入0.50m～1m时，停止钻进。

4.2.4换浆

钻孔至设计深度后(一般应大于设计深度的0.5m～1.0m)，反循环钻进时，将钻头提高0.5m左右，然后注入清水继续启动反循环砂石泵替换泥浆。冲击钻则用抽筒将孔底稠泥掏出，并加清水稀释，直到泥浆密度接近1.05g/cm3，粘度为18～20s。现场观察一般以换浆后泥浆不染手为准。

4.2.5下管

井管采用φ219焊接钢管，竖向连接采用对接焊接，并在接头接不少于3根14mm的加强筋，过滤管的孔隙率不小于23%。吊装时，焊接钢管用钢丝绳一头固定在履带式汽车吊上，另一头套住管堵凹槽稳定后下降。使井管居于井孔正中，避免倾斜，并固定，管顶部比自然地面高200mm左右。

4.2.6填料

井管下入后，及时在井管与土壁间填充砂砾填料。粒径大于滤网的孔径，一般为3mm～4mm的细砾石。不用装载机直接填料，应用铁锹下料，以防分层不均匀和冲击井管，填料一次连续完成。

4.2.7洗井、试抽

冲击成孔的降水井一般都采用泥浆钻进，洗井在下管填砾后4h内进行，以免护壁泥皮时间过长，逐渐硬化，难以破坏，影响降水效果。将空压机空气管及喷嘴放进井内，工作压力不小于0.7MPa，排风量大于6m3/min，利用管井内外的压力差，直至井管内排出水由浑变清。洗井结束后，对单井进行试抽试验检查降水效果，水位下降速度和出水量。

4.2.8潜水泵安装

潜水泵在安装前，对水泵本身和控制系统作一次全面细致的检查。合格后，用钢丝绳吊放到设计位置，一般距孔底500mm～1000mm。

4.2.9降水管网、电网布设

单口降水井的排水，采用150 mm硬塑料管作为排水管路铺设排水管网，排水管一端放置在基坑四周的排水沟内，汇入集水井。

井点供电系统设有防止停电的应急措施, 必要时设置能满足施工要求的备用发电机组，保证降水工作的连续性。

4.2.10封井

地下室周边的土方均回填完成且上部结构的自重大于地下水产生的浮力后停止降水，进行封井。封井前，在地下室底板范围内(离垫层约150mm高处)的井管外壁焊接止水片(止水片外径φ315、厚2mm)，止水片与井管的焊缝质量要保证连续、密实，在止水片下沿设置橡胶止水条。降水施工结束后，提起水泵，管井下部用砂砾石填充至底板垫层底1.5m处，然后填充并捣实C35微膨胀混凝土，最后在地下室底板面标高处用厚2mm的φ219钢板与井口满焊并做好焊缝防腐处理。

5 降水对周围环境的影响

采用管井降水法施工，由于降水会带出部分细微土粒，降水后土体的含水量降低，使土壤产生固结，有可能使地面产生较大的沉降，从而影响到基坑和周边建筑的安全，施工过程应做好监测[3]。该工程监测点布置如图6所示。

图6 基坑监测平面布置图

(1)维护体系深层水平位移监测(测斜管)

该基坑共布设 18 个维护体系深层水平位移监测点，编号为 CX1～CX18。深层土体位移自 2017 年 06 月开始监测，至 2018 年 08 月监测结束，期间共监测了 79 次，基坑围护体系的深层位移变化量最大均在围护体系顶部附近， 其中 CX1 深层位移最大为 7.5mm；CX2 深层位移最大为 2.1mm；CX3 深层位移最大为2.8mm；CX4 深层位移最大为 2.7mm； CX5 深层位移最大为 2.7mm ；CX6 深层位移最大为 3.0mm；CX7 深层位移最大为 4.0mm；CX8 深层位移最大为 3.5mm；CX9 深层位移最大为 1.9mm；CX10 深层位移最大为 2.2mm；CX11 深层位移最大为 1.5 mm；CX12深层位移最大为 1.7 mm；CX13 深层位移最大为 2.2mm；CX14 深层位移最大为 2.7mm； CX15 深层位移最大为 2.4mm；CX16 深层位移最大为 14.1mm；CX17 深层位移最大为9.2mm；CX18 深层位移最大为 11.5mm。由上述 CX1～CX18 变形情况可以看出，该支护深层水平位移变形量均小于设计预警值40mm。

(2) 基坑顶部水平位移观测

基坑顶部水平位移监测点共计35个，编号为SP01～SP35。基坑顶部水平位移监测自2017年06月12日开始，至2018年08月31日结束，期间共监测了79次。基坑顶部水平位移变形量最大为18mm(SP32)，最小为2mm(SP28)，基坑顶部水平位移监测点变形量远小于设计预警值30mm。

(3)基坑顶部竖向位移监测

基坑顶部竖向位移点共计 35 个，编号为 CJ01～CJ35。基坑顶部竖向位移监测自 2017 年 06 月 12 日开始，至 2018 年 08 月 31 日监测结束，期间共监测了 77 次。基坑顶部竖向位移变形量最大为 17.98mm(CJ33)，最小为1.36mm(CJ28)，基坑顶部竖向位移监测点变形量远小于设计预警值 30mm。

(4) 地下水位监测

地下水位监测点共计 8 个，编号为 SW01～SW08。地下水位监测自 2017 年 06 月12 日开始，至 2018 年 08 月 31 日结束，期间共监测了 79 次。地下水位移变化累计最大值为-261mm(SW01)，小于设计及规范允许值1000mm。

综上：邻近建筑物及周边地表变形总体较小，巡视未发现异常情况及有害裂缝，说明基坑施工对周边建筑及地表等的影响较小。且在基坑回填后，邻近建筑物及周边地表未明显变形。可见，该工程采用的管井降水法在保证地下室施工正常推进的同时，未对周围环境产生不利的影响，取得了较好的经济和社会效益。

6 结语

(1)管井降水法对于渗透系数较大、降水位置较深及具有承压含水层的深基坑工程具有较好的适用性。

(2)井管降水的同时，应采取措施，做到水资源的循环利用，做到绿色施工[4]。

(3)基坑采用井管降水施工，过程应做好基坑周边地表及建筑物的监测，发现异常，应会同设计院等单位分析原因，及时采取回灌等措施，保证施工及周围环境的安全。