X机场基坑降水施工技术详析

刘桂芳

摘要：X机场基坑降水工程具有超大平面、复杂地质条件等特点。根据地质条件及含水层特点，分析并比较降水方案，选用管井降水；阐述基坑降水设计及施工技术。

关键词：机场；基坑；降水；支护；设计；施工技术

1.概述

1.1工程概况

本工程拟建场地位于X县X乡，现状主要为农田，局部有水井和坟地，地形平坦。根据拟建场地地勘资料，地下水位位于槽底之上，基坑开挖须进行地下水控制，以保障主体结构地下部分施工。本工程基坑总面积约17.7万m2，其中航站楼区域基坑挖深普遍约8m～9.5m，面积约8.2万m2；交通换乘中心及停车库区域基坑挖深普遍约5m～7m，面积约9.5万m2。

1.2拟建场区的水文地质条件

1.2.1场区地表水分布情况

X市属黄河流域，黄河从X市南部入境，据X县X水文站实测资料，黄河在本市多年平均径流量248.2m3×108m3，保证率为50%的径流量为243.2m3×108m3。大黑河及支流是X市城区地表水的主要来源。大黑河径流为降雨补给型，其特点为干支流来水，年内、变差大，历年平均降水量为392.8mm，一天内最大降水量为99.1mm，来水集中在汛期6月～9月（60%～80%）。

1.2.2场区地下水分布条件

依据含水层成因、结构特征，可将X市第四系含水层系统划分为山前单一结构含水层系统和平原区双层结构含水系统。平原区双层结构含水层系统，又划分为浅层含水层系统和深层承压含水层系统。具体划分结果见表1-1。

1.2.3地下水条件

本次勘察90.0m深度范围内观测到一层地下水，地下水类型为潜水，拟建场地地下水主要含水层为粉土②层、粉砂②2层及以下透水层，水位稳定且水量较大，主要补给来源为大气降水、地面灌溉、以及深层承压水补给，主要排泄方式为蒸发和人工开采，地下水位一般自每年7月份开始上升，9月至10月份达到当年最高水位，随后逐渐下降，至次年的5月至6月份达到当年的最低水位，平均年变幅约1.0m～2.0m。

2.基坑降水目的、原则及要求

2.1基坑降水目的、原则

（1）遵循施工设计的原则，确保环保一流、坚持以人为本、采用先进的科技成果、高效的施工工艺。

（2）确保挖至槽底时基槽干燥无水；不影响土方、护坡的施工。

（3）遵循维护地下水资源平衡的原则，确保不发生大量地下水流失。

（4）遵循安全施工、文明環保的原则，确保地基及周边管线、建筑物不沉降、不变形、同时保证基坑不发生隆起及管涌等不良地质现象。

（5）处理好残留滞水，确保基坑边坡安全。

（6）遵循经济节约施工可行的原则，设计方案尽量降低造价；坚持实事求是的原则，根据公司的能力，确保施工组织的可行性、先进性及合理性；遵循科学施工的原则，正确组织施工，确保施工质量优良。

2.2基坑降水要求

将上述地下水降至基坑最低筏板标高以下0.5m；基坑大面积开挖深度普遍深处为9.86m，筏板厚度0.8m，因此要求将场区内的地下水位至少要降至11.16m。受降水漏斗的半径影响，需将降水井插入到下一层含水层的土层中一定深度，以保证其排降效果。

3.施工依据

3.1降水条件分析与方案选择

根据降水要求和地下水、地层分布及组成的特点，结合周边工程的施工经验，同时参考周边工程的降水成果。按招标文件要求与充分研究场区水文地质条件和周边基坑环境因素，基坑降水设计采取“以降水为主，疏干井为辅”的地下水控制方案。综合考虑本工程基坑支护设计方案、周边环境影响因素，本项目基坑采用管井降水方案。

3.2降水和排水系统设计

降水井沿基坑外侧布置间距8m～10m布设323口，疏干井位居结构内部间距18m～20m布设166口。

基坑内部疏干井径650mm，采用外径273mm、壁厚4mm的钢管井，钢管井在底板厚度范围内采用实管，以便后期封井。实管和滤管均为钢管，滤管深度至基底以下不少于7m。

基坑外部降水井井径650mm，采用外径为400mm的无砂水泥砾石滤水管，滤管深度至基底以下不少于7m。

四个区域排水口与排水线路关系及距离见下图。以上参数需根据现场实际抽水试验后进行调整。

3.4残留滞水处理

基坑侧壁在上层滞水和潜水含水层的底板位置可能会出现少量残留滞水的渗水现象，可采用导排措施予以解决，即在喷射混凝土护坡面层内埋塑料花管将渗水导出坡面，并导入槽底排水沟、集水井，用水泵抽排至地表排水管网中。

3.5降水工程预防措施

（1）在基坑四周距基坑边沿5m范围内不得设置散用水点；在场地内的所有用水点，均应设置排水沟，将水引入排水管道。

（2）在基坑四周边沿设置排水沟（或排水管道），沟内及以外3m范围的地面用水泥砂浆抹面，防止降雨和人工用水的入渗。

（3）检查并堵塞施工场地内废弃的人防通道、上下水管道和暖气沟等，防止渗水和雨季积水渗漏引起边坡坍塌。

4.降水井施工

4.1降水井施工技术要求

4.1.1钻进方法

采用回转钻机反循环钻进工艺，减少孔壁泥皮，提高成井质量。

4.1.2钻孔

均不得使用粘土造浆护壁，循环钻机成孔时，必须保证清水的供给，循环泥浆池不得小于30m3，以便控制泥浆稠度。下管前进行彻底换浆。

4.1.3成井

选择质量好、渗透能力较强的水泥砾石滤水管、钢管；接头处的死管长度小于2cm；换浆后立即下入井管，井管应保持垂直和居中；井孔内沉淀厚度不得大于0.3m；滤料必须沿四周均匀下入，边洗井边下滤料，上部2m待洗井结束后用粘性土封井。

4.1.4洗井

采用井内洗井方法；循环钻机成孔后，下入井管，边下滤料边用空压机送气吹洗；待水清砂少时，改用潜水泵进行抽水，直至水清砂净为止。

4.1.5水泵安装潜水泵用绝缘材料绳吊放。安装并接通电源，每井附近架立电线杆，铺设电缆和电闸箱，做到单井单控电源，并安装漏电保护系统。

4.1.6铺设排水管网地面管网采用波纹管、钢管、硬塑料管作为排水管线。分为主排水管、副排水管、集水管三级。根据现场实际情况，航站区整体排水暂定分为4个区域。主排水管连接排水口与河道之间，采用大直径波纹管或钢管，暂定采用双φ600波纹管（一用一备）；副排水沿基坑周边布置，汇集降水井抽排出来的地下水进入排水口，采用直径大于250mm的钢管；集水支管采用潜水泵配套塑料管，使水泵抽出来的地下水进入副排水管。主副排水管网向水流方向的倾斜度以1‰为宜，考虑现场场地不平，也可采用集水管增加单向阀措施加压排水或增加加压泵站强制排水。主副排水管网由加压提升泵站排水口连接；副排水管线布置在降水井外侧，根据现场条件可放置于地表或采取暗埋方式。

4.1.7抽降联网抽降后应连续抽水，不应中途间断，水泵井管维修应逐一进行。开始抽水时，因出水量大，为防止排水管网排水能力不足，可有间隔的逐一起动水泵。

4.1.8抽降及维护现场降水人员对不能正常工作的水泵必须及时更换，保证抽降效果。降水人员分两班轮流进行值班。电工每天须有电工记录，每天早晚检查现场排水线路，保证现场降水用电安全。定期清理降水管线、沉淀池里的泥沙，保证排水线路畅通。

4.1.9降水井质量验收施工结束前，对所有井的井深和水位进行验收，达不到设计要求的井点，应进行重新洗井，洗井后仍达不到要求的，应补打；当洗井、抽水时，井内出砂严重时，应停止洗井和抽水，防止砂土流失而引起不良后果。

4.2封孔方案

对于出水量较大的井点，封井采取在井管内灌注混凝土的封堵方法，基本操作顺序及有关技术要求如下：

4.2.1当本基坑挖至設计标高后，在基坑底开挖面以上70cm处，在管外焊一止水板，止水板外圈直径φ600mm；

4.2.2向井管内灌入混凝土，混凝土的灌入高度略低于基坑底板混凝土面约10cm；混凝土灌注结束，及时观测井管内水位的变化情况；

4.2.3待井管内混凝土的初凝能符合要求，并能确定封堵的实际效果满足要求后，即可割去所有外露的井管；

4.2.4井管割去后，在管口要用铁板焊封，管口低于基底混凝土面以下10cm；

4.2.5管口焊封后，用水泥砂浆填入孔洞抹平，封井工作完毕。

4.2.6注：对于疏干井或出水量较小的情况下，采用微膨胀混凝土直接灌入进行封堵；封井后要严格做好封井效果的检验工作，当检测符合设计要求后，方可逐个实施封井工作。

4.3降水井质量保证措施

4.3.1钻机安装应周正平稳，严格按操作规程施工，保证钻孔垂直度误差小于1%，孔深误差小于1%。

4.3.2提下钻具时要轻提慢放，避免产生抽吸作用，造成塌孔。

4.3.3清孔后应保证孔内沉渣厚度小于0.3m。

4.3.4下管时滤水管接头处要用竹片夹好绑牢，防止在下入过程中发生位移；下管时应轻提慢放，遇阻时应查明原因后再下，严禁强行墩放，以防损坏井管；下至设计位置后，要保证井管口高出地面30cm以上，并用盖板盖好，防止杂物掉入；井管要安放在钻孔中央位置。

4.3.5填入滤料时，要仔细检查滤料质量，控制其含泥量不超过5%；填入过程中要用铁锹沿井管四周缓慢均匀填入，防止投料不均或中途架桥；在降水过程中，如遇滤料下沉，应及时补充。

4.3.6空压机洗井时，洗井管应下到预定位置，并随时检查水中含砂量，直至水清砂净。

5.基坑明排水

由于本工程基坑深，土层渗透系数低，基坑内出现积水采用明抽排水方式，基坑整个土方开挖坑内积水需配合管井降水修筑坑内排水沟、集水坑进行集水明排。

5.1工艺流程

确定排水沟开挖的顺序和坡度及位置→基坑顶面管道、排水沟、沉淀（砂）池施工→基坑内排水沟、集水坑施工→下泵架水管及接线→抽水至沉淀（砂）池，沉淀后排出。

5.2主要施工方法及技术要求

5.2.1确定排水沟开挖的顺序和坡度及位置，坑内的排水沟沿基坑一圈布置，每隔40m～60m设置一个集水坑，排水沟的坡度0.3%，明排水结合重型井点降水施工布置。

5.2.2基坑顶面管道、排水沟、沉淀（砂）池施工

（1）基坑顶面排水沟

设计图纸基坑顶的排水沟为300mm×300mm的砖砌排水沟，侧壁厚120mm。垫层为150mm的C15混凝土，壁厚为60mm砖砌体。

（2）沉淀（砂）池在排水工作开始前，根据设计图纸和现场实际在基坑东面设置4个沉淀（砂）池。沉淀（砂）池长4.0m、宽4.0m、高2m，中间设置1道隔墙。抽排水经沉淀（砂）池沉淀达标后排出。

5.2.3基坑内排水沟、集水坑施工

基坑内排水沟和集水坑要随着土方分层开挖而进行修筑。集水坑中下泵架水管及接线，抽水至沉淀（砂）池，沉淀后排出。排水沟、集水坑沿基坑周边设置，应与支护桩保持至少0.5米的距离，以保证桩间土不被扰动。排水沟、集水坑的设置深度应满足基坑内排水的要求。基坑内所设置的抽、排水系统随同基坑开挖深度而逐步降低。

基坑内排水沟采用M5砂浆砌筑MU10砖，沟内抹1∶2.5水泥砂浆厚15mm，沟底采用C15混凝土浇筑，沟底纵坡0.3%。沿排水沟每隔40m～60m设置一口集水坑。集水坑位置根据现场条件设置，一般在转角处、水量较集中位置设置。

5.2.4基坑成型后的排水施工

基坑开挖施工到设计标高时，在基底下开挖排水沟，按设计要求结合现场实际，在基坑支护边沿设置300mm×300mm的砖砌排水沟。排水沟采用M5水泥砂浆砌筑MU10页岩砖，并进行1∶2.5水泥砂浆抹灰15mm厚，排水沟的坡度斜向设置在四个角点的集水坑，基坑开挖时进行放坡，其坡向应为中间高逐步向四周排水沟倾斜的均匀坡度，集水坑内的积水采用潜水泵抽排入降水井沉淀（砂）池后统一排出。

6.降水井应急预案

根据本工程的特点，为了保证降水效果，针对在降水过程中可能出现的问题，编制了相应的应急措施：

6.1在实际降水运行期间，由于各种原因，可能出现抽水泵、电缆线等损坏的情况，造成降水运行中断，为了避免出现这种问题，在施工过程中应预先备好备用抽水泵及相应物资，在抽水泵出现异常情况时立即更换，避免出现对降水质量造成影响的事故。

6.2在基坑开挖前必须要有足够的加真空预抽水时间，这样才能保证土体的疏干效果，如果连续墙有渗漏，导致降水效果差，及时对连续墙进行堵漏，同时降水井根据降水的实际情况在每层开挖后有针对性的采取适当加真空进行辅助，确保基坑的顺利开挖。

6.3在开挖过程中，由于各种工程桩较多较密集，施工过程中做好井点保护工作，以免在开挖过程中井管被挖断、损坏，导致泥土井入井内，堵死降水井造成降水井点失效，影响降水效果。

6.4根据本工程的土质情况，如果遇到雨季施工，及时排干坑内的积水，以免造成土体液化，对降水效果及基坑的其他施工产生影响，同时避免坑内的明水进入井内，回灌至地层、堵死降水井过滤器，给降水带来不必要的影响。

6.5根据本工程的分区、井口数量及水泵功率，应配备4台300千瓦柴油发电机，分别放置于工程四个分区内。

7.小结

基坑工程中对场区地下水处理采用排降法较阻挡法的最大缺陷是会引起邻近建筑物的不均匀沉降。当不均匀沉降达到一定程度时，邻近建筑物就会裂缝、倾斜甚至于倒塌。降水工程的成功取决于对本地区复杂地层的充分理解、正确的降水设计方案以及严格的质量控制，因此配合基坑边坡支护进行降水设计和施工，必须高度重视降水对邻近建筑物的影响，把不均匀沉降限制在允许的范围内，以确保基坑及周围建筑物的安全。

参考资料：

[1]《建筑基坑支护技术规范》JGJ1200-2012.

[2]《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）.

[3]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB 50202-2018）.

[4]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011.

[5]《管井技术规范》GB50296-2014.

[6]《建筑施工安全技术统一规范》GB50870-2013.

[7]《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-2012.

[8]《建筑安装工程资料管理规程》JGJ/T185-2009.

[9]《安全防范工程技术规范》GB 50348-2018.

[10]《施工現场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005.

[11]《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》建办质（2018）31号文件.

[12]《建筑与市政降水工程技术规范》JGJ/T111-2016.

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