太原河漫灘沖、洪積層地區(qū)施工降水探討

肖磊

摘 要：本文以太原地鐵2號(hào)線某標(biāo)段三個(gè)明挖基坑為例，對(duì)比了止水帷幕+坑內(nèi)降水、無(wú)止水帷幕的坑外降水兩種降水方式。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在太原地區(qū)類似的地質(zhì)條件下，坑內(nèi)、外降水均可行，且各有優(yōu)缺點(diǎn)，周邊環(huán)境較為空曠時(shí)采用坑外降水優(yōu)勢(shì)較為明顯;而止水帷幕+坑內(nèi)降水適用于周邊環(huán)境復(fù)雜的地段。

關(guān)鍵詞：河漫灘;基坑;降水;止水帷幕;輕型井點(diǎn)

Abstract： In this paper， taking three open excavation foundation pits of a certain bid section of Taiyuan Metro Line 2 as an example， two precipitation modes were compared： water curtain + in pit precipitation and out pit precipitation without water curtain. Through comparison， it was found that under the similar geological conditions in Taiyuan area， the precipitation inside and outside the pit was feasible， and each had its advantages and disadvantages. When the surrounding environment was relatively open， the precipitation outside the pit had obvious advantages; while the water stop curtain + precipitation inside the pit was suitable for the sections with complex surrounding environment.

Keywords： flood plain;foundation pit;precipitation;waterproof curtain;light well point

影響深基坑土方開挖進(jìn)展的關(guān)鍵因素是水，如果能夠快速有效地疏干基坑內(nèi)的積水，就能為結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造一個(gè)干燥、安全的施工環(huán)境[1-5]。根據(jù)土層情況、滲透性、降水深度、地質(zhì)情況、地下水類型，可選用不同的降水方式，管井的布設(shè)可以在基坑內(nèi)，也可以在基坑外。太原地區(qū)含水層主要由汾河沖洪的黏質(zhì)粉土、粉砂、中砂等組成，所采用的深基坑降水方式比較單一，幾乎全為止水帷幕+坑內(nèi)降水。本文以太原地鐵某標(biāo)段兩座車站及一段明挖區(qū)間為研究對(duì)象，探討太原地區(qū)是否適用坑外降水的方式，并對(duì)坑內(nèi)降水和坑外降水的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析。

1 工程概況

太原市軌道交通2號(hào)線一期工程土建施工SGTJ-204標(biāo)段包括兩站兩區(qū)間，由南向北分別是嘉節(jié)站、嘉節(jié)站～龍城大街西站區(qū)間（含明挖及盾構(gòu)）、龍城大街西站、龍城大街西站～中心街站區(qū)間，線路總長(zhǎng)1.9 km。標(biāo)段內(nèi)的2座車站及嘉節(jié)站～龍城大街西站區(qū)間明挖段（以下簡(jiǎn)稱“嘉龍明挖區(qū)間”）均采用明挖順作法施工，因此，選取其作為本文的研究對(duì)象。其中嘉節(jié)站作為太原市軌道交通發(fā)展有限公司坑外降水的試點(diǎn)車站，采用無(wú)止水帷幕的開放式圍護(hù)結(jié)構(gòu)+坑外降水，嘉龍明挖區(qū)間及龍城大街西站采用太原地區(qū)常規(guī)的止水帷幕+坑內(nèi)降水。

三個(gè)基坑地質(zhì)條件基本相似，基坑范圍內(nèi)潛水主要賦存于30 m以上的粉細(xì)砂和中砂層，黏質(zhì)粉土亦存在一定的賦水性，但水量較小;弱承壓水主要賦存于下部的粉細(xì)砂層，因上部隔水層不連續(xù)，黏質(zhì)粉土也存在一定的透水性，故表現(xiàn)出一定的弱承壓性，但總體上屬潛水類型。地下水主要由大氣降水和汾河下滲、側(cè)向補(bǔ)給，水量頗豐，排泄方式以大氣蒸發(fā)和人工開采為主。其中嘉龍明挖區(qū)間及龍城大街西站的止水帷幕墻趾位于黏質(zhì)粉土及粉細(xì)砂層中，未完全隔斷第四系松散層淺層孔隙潛水，基坑內(nèi)外存在一定的水力聯(lián)系。

2 降水方案的設(shè)計(jì)

2.1 嘉節(jié)站

嘉節(jié)站長(zhǎng)212 m，車站主體與各附屬結(jié)構(gòu)基坑的基坑降水同步設(shè)計(jì)、分期施工。采用封閉式布井方式，降水井位距離車站主體鉆孔灌注樁及車站附屬外側(cè)2.3 m。受車站兩側(cè)盾構(gòu)區(qū)間始發(fā)、接收端頭加固的影響，車站北、南兩端采用2倍延長(zhǎng)布井方式布置真空管井。為分析不同布井間距、降水井類型、井管類型對(duì)地下水控制的影響，方案將車站劃分為4個(gè)區(qū)域進(jìn)行布井：車站西側(cè)采用無(wú)砂水泥管井、車站東側(cè)采用鋼花管井、站體兩端采用真空管井、車站中心采用普通管井，且車站中心、盾構(gòu)始發(fā)端和盾構(gòu)接收端設(shè)置不同井間距。井深根據(jù)地層不同而進(jìn)行調(diào)整。降水井設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

2.2 嘉龍明挖區(qū)間

嘉龍明挖區(qū)間長(zhǎng)238.8 m，北側(cè)相接的龍城大街西站隔離樁以南55.8 m并入嘉龍明挖區(qū)間一并開挖。基坑支護(hù)形式為鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁止水帷幕，屬于止水帷幕+坑內(nèi)降水，標(biāo)準(zhǔn)段深18.6 m，局部地區(qū)（南端頭井）開挖深度約20.18 m。經(jīng)過(guò)計(jì)算，疏干井深度取25 m（主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段）和27 m（盾構(gòu)井），整個(gè)基坑設(shè)置39口降水井，井間距15 m。地鐵基坑一旦圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)上部承壓含水層的隔水效果不理想，坑內(nèi)抽降地下水過(guò)程中，將引起坑外地下水的同步變化，進(jìn)而導(dǎo)致坑外地面沉降加劇。因此，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)坑外水位變化情況，故需要在坑外布置潛水觀測(cè)井。必要時(shí)，坑外的觀測(cè)井可作回灌井使用。坑外普通潛水水位觀測(cè)井共布置12口，采用無(wú)砂水泥管，深潛水觀測(cè)井1口，采用鋼花管。過(guò)濾采用80目濾網(wǎng)，過(guò)濾器為橋型過(guò)濾器。嘉龍明挖區(qū)間降水井、觀測(cè)井設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

2.3 龍城大街西站

龍城大街西站隔離樁以北車站主體基坑長(zhǎng)233.7 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)及降水形式與嘉龍明挖區(qū)間一致。標(biāo)準(zhǔn)段寬21.6 m，頂板覆土約3.0 m，基坑深約17.40 m。龍城大街西站施工在嘉節(jié)站及嘉龍明挖區(qū)間之后，結(jié)合前期的施工經(jīng)驗(yàn)，龍城大街西站降水井間距調(diào)整為11～12 m，基坑內(nèi)共設(shè)置44口降水井。由于本基坑由南向北開挖深度依次變淺，經(jīng)綜合考慮，位于9～30軸范圍內(nèi)基坑開挖深度按照17.4 m和31～36軸開挖深度按照15 m計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，9～30軸取井深24 m、30～36軸降水井取21 m，降水井超過(guò)底板底深度約5.6～6 m。在總結(jié)前兩個(gè)基坑的經(jīng)驗(yàn)后，適當(dāng)減少了觀測(cè)井，共在基坑四周設(shè)置8口坑外普通潛水觀測(cè)井、1口坑外深潛水觀測(cè)井，具體布設(shè)數(shù)量及位置詳見表3。

3 降水井施工工藝流程及要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

本工程鉆井設(shè)備選用GF-150反循環(huán)鉆機(jī)設(shè)備，成孔采用正循環(huán)自然泥漿造漿，泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔，鉆頭選用帶保徑圈的三翼鉆頭，鉆頭直徑按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求選用。具體的工藝流程如圖1所示，較為普遍，在本文不再贅述。

3.2 施工及維護(hù)要點(diǎn)

3.2.1 設(shè)置備用井及備用物資。降水井在實(shí)際運(yùn)行中（尤其是坑內(nèi)降水井），會(huì)因各種原因的影響出現(xiàn)損壞的情況，從而導(dǎo)致降水工程中斷。為了避免出現(xiàn)這種情況，在設(shè)計(jì)降水方案時(shí)，要根據(jù)基坑形狀、開挖難易程度等判定降水井被破壞的風(fēng)險(xiǎn)，在布設(shè)降水井時(shí)，在計(jì)算的數(shù)量的基礎(chǔ)上增設(shè)20%～40%的降水井作為備用井兼觀測(cè)井。在降水運(yùn)行過(guò)程中，備用井并不是一直使用，而是在其他工作井出現(xiàn)問題時(shí)投入使用，確保降水運(yùn)行效果。同理，降水的相應(yīng)物資也需要同步備用，如水管、水泵、發(fā)電機(jī)等。

3.2.2 土方開挖期間降水井保護(hù)要點(diǎn)。當(dāng)車站端部設(shè)有格構(gòu)柱時(shí)，降水井宜盡量靠近格構(gòu)柱，為挖掘機(jī)預(yù)留進(jìn)出的通道。基坑開挖時(shí)，注意保護(hù)降水井管，因?yàn)榻邓芄懿膹?qiáng)度不是很高，經(jīng)不起機(jī)械設(shè)備的碰撞和沖擊。具體來(lái)說(shuō)，第一，必須保證井管連接的焊接質(zhì)量;第二，在坑內(nèi)挖土過(guò)程中，挖機(jī)等不能直接碰撞坑內(nèi)井管，井周邊500 mm范圍內(nèi)的土不得用挖機(jī)操作，可以人工扦土;第三，值班施工員及土方開挖值班人員要緊盯開挖面，降水維護(hù)班組也要派專人及時(shí)拆除暴露在外的降水管節(jié);第四，首層土方開挖之前，所有的降水井頂部必須插上小紅旗以示警戒;第五，坑內(nèi)的疏干深井隨基坑開挖深度逐步割除多余的井管，在下層土方開挖之前，疏干深井的管口處應(yīng)設(shè)置小紅旗等醒目標(biāo)志。

3.2.3 技術(shù)措施。第一，選取濾料時(shí)應(yīng)當(dāng)選用經(jīng)過(guò)仔細(xì)清洗、篩選的粒徑合適的級(jí)配碎石或粗砂，且濾料回填時(shí)要嚴(yán)格控制回填時(shí)間和高度;第二，鉆孔時(shí)保證降水井深度滿足要求，或者適當(dāng)增大井徑以提高其透水性，如果地下水比較多，還可以縮小井間距來(lái)提高降水效果;第三，根據(jù)降水井水位情況，交替使用功率大小不同的抽水泵，從而提高降水效果。

3.2.4 死井形成原因及預(yù)防措施。第一，井管在安裝時(shí)發(fā)生偏斜，導(dǎo)致過(guò)濾部位填料分布不均，而過(guò)濾層比較薄的部位因?yàn)槲爰?xì)泥造成過(guò)濾器堵塞形成死井。為避免此情況發(fā)生，可以在濾管端部安裝“定中環(huán)”，以避免井管偏斜。第二，濾網(wǎng)破損或脫落堵塞井管形成死井。對(duì)此，一方面要對(duì)濾網(wǎng)質(zhì)量及安裝進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，保證濾網(wǎng)質(zhì)量合格、安裝牢靠;另一方面，在井管下管時(shí)，要規(guī)范施工，不可強(qiáng)干、蠻干。第三，砂井的滲透性不好。對(duì)此，要保證砂井的成孔質(zhì)量;保證選擇濾料粒徑符合要求;嚴(yán)格控制井孔內(nèi)的循環(huán)水含泥量，小于5%為可以接受。第四，未及時(shí)進(jìn)行洗井，致使泥沙堵塞濾孔形成死井。對(duì)此，應(yīng)用高壓水插入井點(diǎn)管底部反復(fù)沖洗井點(diǎn)管或拔出重新埋設(shè)。

4 降水效果檢查及應(yīng)急補(bǔ)救措施

4.1 嘉節(jié)站降水效果檢查及補(bǔ)救措施

降水后基坑實(shí)際開挖表明：基坑標(biāo)準(zhǔn)段完全達(dá)到了無(wú)水施工要求，但基坑北端頭盾構(gòu)加深段開挖至17.8 m以下后，發(fā)現(xiàn)坑底水位位于結(jié)構(gòu)底板（18.2 m）以上30～50 cm，未達(dá)到預(yù)期的降至結(jié)構(gòu)底板以下0.5 m的效果。推斷原因是該部位砂層含水層接近疏干，過(guò)水?dāng)嗝嫘?，而降水井間距又偏大。對(duì)此，研究者采用輕型井點(diǎn)對(duì)北端頭進(jìn)行局部接力降水，共施作輕型井點(diǎn)43眼，井深4 m，間距1.5 m。北側(cè)盾構(gòu)井范圍內(nèi)，采用14個(gè)自吸式潛水泵，每個(gè)潛水泵帶3根井點(diǎn)管。井點(diǎn)管采用3.33 cm的塑料管，底部1.5 m打眼成集水花管并用60目紗網(wǎng)包裹2層，以防止砂粒隨地下水排出。在輕型井點(diǎn)啟動(dòng)抽排12 h后，砂層含水層徹底疏干，滿足了北端加深段無(wú)水開挖要求。嘉節(jié)站南端頭與北端頭存在同樣的情況，也通過(guò)輕型井點(diǎn)接力降水成功，將水位降低至基底0.5 m以下。

4.2 嘉龍明挖區(qū)間降水效果檢查及補(bǔ)救措施

嘉龍明挖區(qū)間及龍城大街隔離樁以南部分方案為設(shè)置39口井，實(shí)際施工36口。

4.2.1 南端頭。南端頭開挖至基底后，由于降水井的保護(hù)不到位、降水井施工部分未嚴(yán)格按照方案打設(shè)、局部擴(kuò)大段拐角及端頭井部分井位設(shè)置不合理、局部止水帷幕施工效果差，導(dǎo)致水位高于基底約3 m。在更換大功率水泵降水無(wú)效后，又重新利用反循環(huán)鉆機(jī)在基坑內(nèi)補(bǔ)打降水井。由于需要降水的深度較大，輕型井點(diǎn)無(wú)法滿足要求。此次補(bǔ)打降水井6口，基坑內(nèi)降水井?dāng)?shù)量增至42口。

4.2.2 北端頭。開挖至基底后，同樣發(fā)現(xiàn)坑底水位位于結(jié)構(gòu)基底以上30～50 cm，未達(dá)到預(yù)期的降至結(jié)構(gòu)底板以下0.5 m的效果。對(duì)此，研究者采用輕型井點(diǎn)對(duì)北端頭進(jìn)行局部接力降水，共施作輕型井點(diǎn)27眼，井深4 m，間距1.5 m。北側(cè)盾構(gòu)井范圍內(nèi)，采用14個(gè)自吸式潛水泵，每個(gè)潛水泵帶2根井點(diǎn)管。輕型井點(diǎn)施工完成后，在經(jīng)過(guò)15 h抽排后，北端頭基坑內(nèi)水位下降30 cm，水位已基本位于基底。

雖然北端頭輕型井點(diǎn)施工完成后，端頭的水位下降了約30 cm，但北端頭以南20 m處，水位仍高于北端頭約70 cm。這主要是因?yàn)榇舜屋p型井點(diǎn)施工未僅在兩側(cè)布設(shè)，未封閉成環(huán)，由于基坑面積大，降水區(qū)域?qū)挾冗_(dá)到了26 m。而此時(shí)龍城大街的一單元內(nèi)有格構(gòu)柱，開挖時(shí)降水井部分被破壞，水位遠(yuǎn)高于北側(cè)，由南向北補(bǔ)給，而輕型井點(diǎn)未封閉成環(huán)，不能阻斷補(bǔ)給，從而導(dǎo)致水位不能整體下降到設(shè)計(jì)要求的高度。同時(shí)，因?yàn)榇嬖谀媳钡乃^差，已破壞的井內(nèi)雖然被淤堵，但井壁四周填充的礫石仍是良好的過(guò)水通道，故水沿著管壁向上涌。

4.2.3 措施。第一，在南側(cè)合適的位置補(bǔ)設(shè)管井，封閉成環(huán)，截?cái)嗌嫌窝a(bǔ)給水，特別是南側(cè)為擴(kuò)大段，基坑面積大，降水井缺失;第二，對(duì)于報(bào)廢的管井存在管涌現(xiàn)象，無(wú)法引排時(shí)，可在報(bào)廢的井內(nèi)打設(shè)注漿孔進(jìn)行后退式注漿，水平封堵;第三，滲水較少時(shí)，可采用盲溝進(jìn)行集水明排。盲溝內(nèi)采用級(jí)配碎石充填，并在碎石外鋪設(shè)兩層土工布反濾層。

5 結(jié)論及建議

①針對(duì)類似本工程地層的情況，當(dāng)基坑寬度不大于21 m時(shí)，沿基坑長(zhǎng)度方向布設(shè)兩排降水井，在保證降水井完好的情況下，降水井縱向間距15 m基本可行，能滿足施工需求，但偏于冒進(jìn)。同時(shí)，在端頭加寬部分、水的上游方向、止水帷幕有缺陷處應(yīng)將井間距加密。龍城大街西站部分位置為懸掛式帷幕，標(biāo)準(zhǔn)段井間距11 m時(shí)，即使相鄰的3口井破壞1口，亦可滿足降水要求。但是，在局部廢水池加深的地方，水的補(bǔ)給過(guò)大，疏干井宜適當(dāng)加深、加密，且宜采用大口徑降水井下大功率水泵。

②土方開挖過(guò)程中，需要加強(qiáng)降水井管理責(zé)任制，土方班帶班負(fù)責(zé)人、挖掘機(jī)司機(jī)、降水巡視人員、施工員為主要責(zé)任人，土方開挖時(shí)需要嚴(yán)格盯控，一旦出現(xiàn)因相關(guān)人員盯控不到位導(dǎo)致降水井被破壞時(shí)，要追究相關(guān)負(fù)責(zé)人的責(zé)任。

參考文獻(xiàn)：

[1]王軒，蔣麗君.地鐵車站基坑降水施工技術(shù)研究[J].科技與創(chuàng)新，2020（1）：133-134.

[2]張冠男.深基坑多重降水方案的施工[J].山西建筑，2020（1）：84-86.

[3]許立山，王坤，陳鋒，等.中國(guó)尊大廈深基坑降水及土方施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2019（4）：5-9.

[4]趙艷，張子洋，劉濟(jì)遙.富水砂卵地層地鐵車站基坑施工降水試驗(yàn)與設(shè)計(jì)[J].西部探礦工程，2019（2）：40-44.

[5]楊豫皖，徐飛，張友杰，等.軟土地區(qū)某工業(yè)園區(qū)深基坑降水施工方案[J].河南科技，2018（26）：93-95.