富水强风化砂岩地层基坑综合降水技术应用研究

靳高明 陈小楠

摘 要：在上卵石下强风化砂岩地层的基坑施工中，降水较为困难。本文结合兰州环球中心项目，针对富水强风化砂岩地层采用综合降水方案，取得较好的降水效果，为兰州市同类地质条件下的深基坑降水积累了经验。

关键词：强风化砂岩;深井降水;轻型井点;止水帷幕

中图分类号：U231.3文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）17-0103-03

Research on Application of Comprehensive Dewatering Technology

for Foundation Pit in Rich Water and Strong Weathered Sandstone Stratum

JIN Gaoming CHEN Xiaonan

（Gansu Construction Investment Construction Co.， Ltd.，Lanzhou Gansu 730050）

Abstract： In the construction of foundation pits in the upper pebble and lower strongly weathered sandstone formations， it is difficult to dewater. Combined with the Lanzhou Global Center project， this paper adopts a comprehensive precipitation scheme for the water-rich and strongly weathered sandstone formations， and achieves a good precipitation effect， which has accumulated experience for deep foundation pit dewatering under similar geological conditions in Lanzhou.

Keywords： strongly weathered sandstone;deep well dewatering;light well point;water-stop curtain

近年来，地下空间建筑正在朝更深方向发展，如地下交通枢纽、多层地下商城、地下车库和地下人防工程等。在施工过程中，如果遇到富水红砂岩地层，就会给基坑降水施工增加不小的困难。针对这种地质情况，可采用综合降水方案，以取得较好的降水效果。

1 工程概况

兰州环球中心项目基坑开挖面积约为4万m2，开挖深度约为16.5 m（局部19.5 m）。基坑北侧为麦积山路，距离基坑边13.0 m;基坑南侧为民主路，距离基坑边12.0 m;基坑西侧为酒店（8层，框架结构，独立基础埋深4.0 m），距离基坑边10.0 m;基坑东侧为住宅（31层，剪力墙结构），距离基坑边15.0 m;基坑东侧为宾馆（8层框架结构，独立基础埋深4.0 m），距离基坑边17.0 m，如图1所示。

场地勘探深度范围内主要为第四系松散堆积物及第三系砂岩，自上而下依次为杂填土、卵石、砂岩。勘察结果显示，本区域强风化砂岩层厚度较大，成岩作用较差，若遇水扰动、暴露地表，极易软化或风化崩解，扰动后易破碎，岩芯呈短柱状或散砂状。场地地下水类型属孔隙潜水，主要赋存于第四系卵石层中，接受大气降水及侧向径流补给，流向为东北，水位埋深为3.2～3.7 m，卵石层渗透系数为40～50 m/d，单井涌水量为1 000～3 000 m3/d。

2 基坑支护方案

本工程基坑支护采用支护桩+预应力锚索，坡面挂网喷射混凝土。支护桩共有63根，桩径为1 200 mm，桩间距为1 800 mm，桩长为34.9 m。冠梁宽度为1 200 mm，高度为800 mm。基坑沿高度布设5排预应力锚索，锚索孔径为150 mm，长度为18～20 m，倾角为15°，孔内采用M30砂浆注浆。基坑坡面布设[Φ]6.5 mm@250 mm×250 mm钢筋网片固定在支护桩上，喷射80 mm厚C20细石混凝土。基坑上部采用3排槽钢，下部采用2～3排预应力锚索，锚具采用双向支座，预应力锚索为4根直径15.24 mm的钢绞线。

3 基坑综合降水方案

本工程基坑采用深井降水、轻型井点降水、止水帷幕、明沟与集水井组合的综合降水方案。基坑分4段开挖，先开挖一段与三段，开挖面以下5 m含水卵石层采用深井降水。当开挖一、三段时，二、四段卵石层裂隙水会涌入开挖面，无法继续分层开挖，故采用明沟和集水井组合降水方式。当开挖至人工清底操作面时，由于强风化砂岩的微透水性，開挖后虽无明水，但随着砂岩层裂隙水的渗入，操作面缓慢积水，影响垫层施工，故采用轻型井点降水。电梯井等局部开挖深度为3.5 m，采用止水帷幕止水[1]。

3.1 深井降水

3.1.1 深井降水方案设计。水位降深为11.0 m，过滤器半径为0.18 m，水头高度为12.0 m，渗透系数为50.0 m/d，单井出水量为180.0 m3/d，沉降计算经验系数为1.0。根据相关规范可以确定，降水影响半径为538.888 m，基坑等效半径为126.269 m，基坑涌水量为11 819.542 m3/d。单井出水量按180.0 m3/d计算，需要设置73口降水井。但是，在开挖一段与三段的土方时，水的重力因素会使水流向开挖后的基槽，使得周边深井降水出水量达不到设计要求，故深井布置需要根据现场实际情况进行调整。

3.1.2 深井布置。经计算分析，基坑周边沿基坑开挖边线向外1.5 m布设63口降水井，中心间距为16.0～18.0 m，降水井实际布设数量及位置宜参考周边建筑物的降水经验，略微进行调整。由于理论计算所采用的计算参数部分为经验值，而这些参数对计算结果起关键作用，为了确保降水工程安全合理，要进行现场抽水试验，复核理论计算结果，对不合理之处做必要调整。

3.2 明沟、盲沟与集水井组合降水

因开挖工作与深井降水同步进行，开挖部位周边的深井日出水量明显下降，水的重力作用使裂隙水流向开挖面，影响开挖作业。当开挖至基坑底时，其他未开挖侧壁岩砂层的裂隙水和雨水会流向基槽，因此在基坑底及开挖面四周设置明沟、盲沟与集水井，将坡体渗入的地下水用明沟或盲沟导引至基坑底部集水井中，然后用污水泵将其排至基坑外[2]。

3.3 轻型井点降水

上述两种降水方式基本可以解决卵石层的降水问题，但在强风化砂岩地层降水效率特别低，满足不了施工要求。使用轻型井点降水可以将砂岩层的水位降低到符合施工要求的位置，降水效率较高，机具设备简单，如图2所示。

井点管方面，井点深度为6 000 mm，底部5 500 mm制作成花管，以纵横间距2 000 mm方式布置，10～15个轻型井点降水为1组，真空泵功率为2.2～5.0 kW。在柱下墩位置，井点间距为1 000 mm。管线方面，井点管采用DN25三型聚丙烯（PPR）管或聚乙烯管，支管采用DN30 三型聚丙烯管或聚乙烯管，主管采用DN50蛇形高压胶管。三型聚丙烯管采用热熔连接。连接管采用胶皮管，将井点管和总管连接，采用8号铅丝扎紧，以防漏气。抽水设备有离心泵、真空泵、机组配件和水箱。蛇形高压胶管压力应大于1.50 MPa。

轻型井点降水通过真空泵后排到三级沉淀池，再用水泵排出基坑，最后通过地表三级沉淀池排到市政管网。轻型井点降水电力线路布置应避免与基础施工冲突，防止损伤电缆，造成人员触电、排水不畅等事故。轻型井点降水完成后，通过主管向井管内注入水泥浆，待浆液初凝后，再注入聚氨酯，最后将主管焊接封死。正式施工前，应做降水试验，依据试验数据调整井点间距及井点深度。

3.4 止水帷幕

电梯井基坑为强风化砂岩层，开挖至地下19.2 m时有水渗出，无法进行土方开挖。因此，在电梯井坑周边采用高压旋喷桩工艺增加一圈封闭的止水帷幕，并在坑底设置隔水层进行坑内止水。

4 现场实施

4.1 深井的成井、运行

深井采用旋挖钻机成井，要求勤换泥浆，勤捞岩粉，保持井内清洁及井壁稳定。砾粒一次填入量不宜过大，以免填料形成架空导致原地层中细粒土被抽走而使地面沉陷。井管下放要平直，井口应高于地面0.3 m，防止地表污水、杂物渗入或掉入井内，井管下放安装后应进行洗井。在降水井井口设置明显标志，防止机械设备碰撞，造成降水井损坏;在排水管道区段，依据现场实际情况，在危险区域设置明显标志并采取适当措施，并在其他工种施工时加强巡逻[3]。

4.2 轻型井点降水

利用履带式潜孔钻机成孔，成孔比滤管深0.5 m，成孔后立即插入[Φ]25 mm三型聚丙烯管，之后向孔内灌入少量粗砂;接着，铺设[Φ]32 mm三型聚丙烯管，集水管与井点管之间采用热熔连接，严防漏气;最后，连接真空水泵进行抽水，并检查接头质量、井点出水状况和真空泵运转情况，如发现漏水、漏气现象，应及时进行加固或采用黄泥封堵处理。井点降水期间，应不间断连续抽水，真空泵旁必须配有备用发电机。一旦停电，应立即启动发电机供电。降水过程应由专人观测水的流量，对井点降水系统进行维护[4]。

4.3 明沟与集水井组合降水

在基坑底部设置宽度与深度均为300 mm的明沟，表面采用M5防水砂浆抹面。当条件限制时，在基坑底部设置盲沟，盲沟内填充粒径为30～50 mm的干净卵石，适当拍实（能透水），将坡体渗入的地下水用明沟或盲沟导引至基坑底部集水井中，再采用污水泵抽排至基坑外。基坑内设置排水盲沟，排水坡度为3%，集水井间距为50 m，集水井深度为0.7 m，集水井上半部采用卵石颗粒填充，下半部采用滤料填充，集水井间距根据基坑底部抽水量情况调整。

4.4 止水帷幕

采用高压旋喷工艺施工，首先利用钻机把注浆管钻进土层的预定位置，然后利用高压脉冲泵通过钻机下端的装置将水泥浆喷射成高速射流，喷入四周土体，利用射流强大的动力破碎土体。同时，利用钻杆将土体和水泥浆充分搅拌，形成圆柱状的水泥土固结桩体。桩体之间互相咬合200 mm，形成一道密闭的止水屏障，起到止水帷幕的作用[5]。

5 应用效果分析

本工程采用综合降水方案后，基坑实际施工期比计划提前2个月左右，经测算，综合降水相对于单一降水，费用节省了近30%。基坑开挖期间，卵石层与砂岩层基本干燥，施工顺利。轻型井点设置在强风化砂岩层内，真空泵出水量大，降水速度快，基本一周左右即将坑底以上土体水分排干，基坑挖土全过程基本处于无水作业状态，基坑内的地下水位始终维持在规范允许范围内[6]。本工程基坑综合降水技术施工方便，施工成本較低，缩短了工期，对周围环境影响较小，安全可靠，具有推广价值。

6 结语

实践表明，在富水强风化砂岩地质条件下，根据不同土层含水量、渗透性及现场施工情况，针对性地选择降水工艺与降水设备进行综合降水，既经济又高效，可为兰州市同类地质条件下的基坑降水提供借鉴。

参考文献：

[1]住房和城乡建设部.建筑与市政工程地下室控制技术规范：JGJ 111—2016[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2]张永波，孙新忠.基坑降水工程[M].北京：地震出版社，2000：89-90.

[3]姚天强，石振华.基坑降水手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2016：23-24.

[4]王永强.细颗粒承压含水层的深基坑降水：以天津港南疆煤码头翻车机房降水工程为例[J].勘察科学技术，2000（1）：33-35.

[5]刘建军，杨前雄，史沛元.基坑降水过程中地下水渗流数值模拟[J].地下水，2005（5）：342-343.

[6]唐兴全.复杂地质条件下的深基坑降水技术[J].工程建设与设计，2012（6）：139-143.