建筑工程基坑支护降水技术方案分析

王彦德

(甘肃第二建设集团有限责任公司，甘肃 兰州 730050)

针对面积较大的深基坑开展降水施工，考虑到基坑的面积较大，可以结合实际情况应用多样化的降水方案，如果降水速度太快，会对周围边坡和环境产生不利的影响。因此，可以采取周边轻型井点与坑内管井降水相结合的降水措施进行降水。

1 工程项目概况

该工程由3#楼、4#楼及停车库三部分组成。工程总用地面积为8 798.90m2，总建筑面积为43 594.78 m2。地上建筑面积为37 835.27 m2，地下一层建筑面积为5 759.51 m2。3#楼、4#楼分别为32层，地下一层为停车库，地上一层为商业服务网点，2～32层为住宅，局部33层为电梯机房及楼梯间。建筑高度为95.0m。主楼采用钢筋混凝土剪力墙结构，地下一层采用框架结构。基础采用桩-筏联合基础[1]。项目开挖支护包括3#、4#楼及部分地下车库基坑，北侧与一期相邻处已支护完成。基坑实际深度为6.500m，基础为桩筏基础。基坑长约76.2m、宽约71.0m。

根据该工程《基坑支护设计施工图》，工程正负零相对标高为960.72m，基坑周边自然地面标高为 959.65～960.20m，基坑底绝对标高953.02m，考虑地下室柱外边线，基坑四周外扩1 000mm为基坑下口线。根据工程基坑深度及基坑周边环境，设计工程基坑周边深度约为6.20～6.50m[2]。

2 基坑降水方案

2.1 降水目的

首先，加固基坑与坑底的土体，从而减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止坑外地表过量沉降；其次，有利边坡稳定，防止纵向滑移；再次，及时降低地下水水头高度，将其降至基底以下一定深度，方便挖掘机和工人在坑内施工作业。

2.2 地下水影响分析

拟建建筑物基础采用桩基基础，基础持力层为泥质砂岩层，根据勘察报告及现场调查，水位高程为 957.50m左右，基底标高为952.10m，同时需将地下水降至基坑底面以下1.00m，即设计水位最大降深6.40m，降低后高程为951.10m。拟采用井点法(大口径管径)降水措施[3]。

2.3 方案选择

首先，管井降水。施工工序简单，机械设备对场地要求不高；造价低，适宜各种地质条件；工期易控制，对地下水位的控制灵活。

其次，明坑降水。施工工序简单，机械设备对场地无要求，造价低，适宜各种地质条件，工期较易控制，对地下水位的控制比较灵活[4]。

再次，结合拟建场地现状及水文地质情况，本场地建议采用管井降水法配合明坑降水法，集水坑采用坑内布井共同降低地下水位。基坑内排水沟设在施工作业面内，在基坑内坡脚内侧0.50m处设置30cm×30cm排水沟，沟底2%找坡，排水沟底部及两侧采用C20细石混凝土抹平。排水沟每20m设置一处集水井，共布置12口坑内集水井，集水井深1.5m，直径0.50～0.60m，井壁采用硬塑料管护壁，将基坑底面排水沟内水汇入集水井，然后用水泵抽走[5]。

2.4 降水井设计

本工程降水井采用潜水非完整井计算，依据为勘察报告、地区经验及JGJ 120-2012 7.3、7.4和附E。

2.4.1基坑涌水量(Q)

Q=πk(H2-h2)/[ln(1+R/r0)+(hm-l)/

l×ln(1+0.2hm/r0)]=892.43m3/d

hm=(H+h)/2=11.9m

2.4.2单井出水能力

式中，rs为过滤器半径，采用rs=0.15m；l为过滤器进水部分长度，l=2.0m。

2.4.3井点数(n)

n=1.1Q/q=15.25

式中，q为单井设计流量≤单井出水能力q0。

2.4.4群井抽水时各井点单井过滤器进水长度

y0>l

y0=[H2-0.732Q/k×(lgR0-lg(nr0n1rw)/n]1/2

式中，l为过滤器进水长度；r0为基坑等效半径；rw为管井半径；H为潜水含水层厚度；R0为基坑等效半径与降水井影响半径之和；R0=R+r0；R为降水井影响半径；通过以上计算，取过滤器进水长度为3.0m。

2.4.5降水井深度

单井深度建筑场地现地面高程为959.60m，基坑平均水位高程为957.50左右，基底标高为952.10m，同时需将地下水降至基坑底面以下1.00m，即设基坑中点计水位最大降深6.40m，降低后井水位高程为951.10m。

(1)含水层厚度：H=4.0m。

(2)管井深度：依据为JGJ111-2016《建筑与市政工程地下水控制技术规范》。

(3)井点管深度为：

HW=HW1+HW2+HW3+HW4+HW5+HW6

式中，HW为降水井深度，m；HW1为基坑深度，取7.5m；HW2为降水水位距离基坑底要求的深度，取1.0m；HW3为水力坡度作用基坑中心所需增加的深度，由于基坑等效半径r=32.25m，考虑到圆砾层渗透性大，水力坡降i按0.01考虑，若降水井影响到基坑中心，所需的降水管井深度HW3=r×i=1.04，取HW3=1.0m；HW4为降水期间地下水位幅度变化，根据地质资料，HW2取1.0m；HW5为降水井过滤器的工作长度，取0.5m；HW6为沉砂管长度，取2.0m。

代入上式：

HW=7.5+1.0+1.0+1.0+0.5+2.0=12.0m

降水井按照潜水非完整井进行设计计算，管井深度取12.0m。

降水井的布设基坑周长约250m，考虑到周围情况比较复杂，井间距取15.0m，n=16>15.25满足要求。即沿基坑外侧共布置16口、井深12.0m的管井。降水井数量依据经验数据计算而来。

2.5 降水井构造与设计要求

(1)降水井施工顺序：井位放线→设置井位→钻机就位→钻进→放置混凝土井壁管→投放砾料→洗井→铺设排水管→安装潜水泵和供电设备→试抽→降水运行→观测。

(2)降水施工技术措施和质量控制：①成孔。采用冲击钻机，泥浆护壁，孔径为600mm，井深为12.0m；②提浆。钻孔完毕后马上提浆，泥浆不再黏附提筒后，测量孔的深度，保证滤水管下到提前确定的地点；③下管。成孔后立即下井壁管，井管外径360mm，内径300mm，下管前把井管固定好，下管时垂直居中，施工必须保证井管接头质量；④井管的连接。管井井口高于现地面0.2～0.3mm，自井口下部1.5m处安装滤水管，上部安装实管，确保含水层全部下入滤水管；⑤填砾。在井口四周均匀回填砾料，填砾环状厚度应大于100mm，填砾高度从水面到孔底，填砾数量不小于计算量的95%，井管与孔壁之间填充的滤料宜选用硬质岩石成分的圆砾，填料粒径为10～20mm；⑥机械洗井。用活塞、提筒联合洗井，若降水井水量处于较小水平时，剖析成因，若是由于成孔存在缺陷所致，应当增多孔内清洁频次，一直到水与沙都达到标准；⑦抽水洗井。用潜水泵抽水，水泵下至距降水井底0.5m处抽水。

3 降水对周边环境的沉降控制措施及其他应急预案

3.1 降水对周围环境产生的影响和沉降管控手段

因为大范围降水，为此会对周边的环境产生较大程度的影响。第一，因为大范围的基坑挖掘，不再承受土的压力，导致基坑底部与周围土出现回弹现象，部分情况下回填程度能够高达两三米。第二，坑中大范围的抽水，导致土体中应力发生改变，在降水程度较为显著的时候，在基坑周围构成降水漏斗曲线，这种情况下构筑物便会出现变形情况，从而引发路面开裂、管线开裂、周围建筑出现裂纹等现象。为此，使用井点降水应当格外谨慎且采用恰当的策略。

(1)在基坑开挖降水之前，施工企业配合第三方监测企业调研周围水文、地质状况，评估或许受到的影响，并对道路管线、建筑物等加以测量，并进行拍照与完整记录，用于今后评估是否可能会因此次施工导致形状改变。

(2)在降水运行期间，伴随挖掘深度的增加逐渐下调水头，未抽水的井能够用来当做观测孔，对上面覆盖的压力和水头进行管控，以让开挖基坑稳固性达到相关要求，这会在一定程度上减小降水对周围环境的负面影响。

(3)在基坑掘进的过程中，井点降水以最高的抽水量进行；在地下室底板、垫层建设完工后，可以对抽水量进行恰当调节，确保基坑外部的降水曲面尽量管控在最小范围，然而应当在坑外部与内部设立水位观测井，对水位进行恰当管控。

(4)运用网络化设施，对周边环境加以监控，若发现异常第一时间解决，对抽水井和抽水量进行调节，引导降水运行与掘进作业。

(5)建设单位及时整理基坑开挖和降水时的水位资料，并及时送交现场项目部，绘制相关的图表、曲线。

(6)如果在抽水期间出现周边构筑物与道路下沉程度在预警数值以上的情况，则将临近的降水井当做回灌井，不间断地灌水，让此位置的地下水得到充分补充，让降水井点所影响的范围在回灌井点的范围以内，避免回灌井点外部构筑物地下水大量丧失，确保地下水不发生大的变化。回灌水应当使用清水，以避免井点发生阻塞问题。一方面要发挥隔水功能，另一方面要避免回灌水溢出对基坑内的施工活动产生不良影响。

3.2 降水中的其他应急预案

对于无法清除干净的上层滞水，配备相应的排水管，采用明排的手段，利用排水管将水引入软管，然后依托软管将水引到基底排水沟，之后依托集水井统一将水抽出。滞水排水管使用型号为φ25的塑料花管，外层以窗纱覆盖。滞水排水管伸到土壤的深度大概在1m，外面露出300mm左右。排水管与排水孔的间隔以较小半径的石粒进行充填，外面的口使用黏土封住，排水管的布设根据基坑滞水的实际状况确定。

3.3 降水运行操作要求

3.3.1试运行

(1)在施工前，对全体施工及管理人员做好技术交底，关键节点作详细交底，使全体人员明确本工程的技术要点。

(2)在试运行前，准确测定各井口和地面标高、静止水位，以检查抽水设备、抽水与排水系统能否满足降水要求。沿基坑周边布设钢管或塑料主排水管，坑内管井及明排水抽入主排水管，主排水管尺寸为325钢管，根据水流量确定是否布置双管，经沉淀池沉淀后排入城市下水管网或现场可利用的排水通道。

(3)沉淀池1～3个，沉淀池尺寸为2.5m×2.5m×2.0m，可为钢板制作，也可为37砖墙，沉淀池具体尺寸和位置根据抽水量和排水口位置确定。

(4)降水设备(主要是潜水泵)在施工前要及时做好调试工作。

(5)在降水井的成井施工阶段应边施工边抽水，及时降低围护结构内基坑中的地下水位。

3.3.2降水运行

(1)基坑外的降水井应当在基坑掘进之前的7d开始运行，确保在规定时间将基坑的地下水位下降到距坑底0.5m以下。

(2)坑外降水井抽水时，潜水泵的抽水间隔时间由短及长，每次抽水井内水抽干后，应立即停泵，对于出水量较大的降水井，每天抽水的次数要相应增多。

(3)降水井的运行数目，应当依据基坑掘进作业情况及时调节。

(4)作业现场应当准备充足的潜水泵数量，其通常要比井数的四分之一多。运用的潜水泵应当进行充分的保养，若发现存在异常的潜水泵，应当马上修理，不能修理的应当第一时间替换。

(5)降水运行过程中，作业现场采用24h值班制，值班工作人员应当将各种质量问题记录备案。

(6)降水运行过程中应对出水量、运行时间做好记录，并及时分析整理，绘制各种图表，以合理指导降水工作。降水运行记录每天提交1份，对停抽的降水井及时测量水位，每天1～2次。

3.4 降水运行的注意事项

(1)应做好基坑内的明排水准备工作，以便遇降雨时能及时将基坑内的积水抽干。

(2)应经常检查泵的工作状态，一旦发现不正常，应及时调泵并修复。

(3)应保证电源供给，如遇电网停电，有关单位须提前2h通知降水施工人员，以防止停电造成基坑抽水停止，本项目部拟准备满足负荷要求的柴油发电机组。

(4)根据开挖顺序、开挖进度等情况及时调整降水井的运行数量。

3.5 降水井井管保护措施

(1)井位尽可能靠近支护边，沿基坑坡顶水平向约80～100cm。

(2)井管口设置醒目标志。

(3)协同总包单位与挖机施工人员做好井管保护工作。

3.6 注意事项

土方开挖施工至水位前，应提前15d预降水，预降水应控制降水速率，并采取逐级控制措施，以保证疏干效果，水位降至坑底以下1m左右处才可进行基坑开挖工作，降水深度不得过深，以尽量减轻对周围建筑的影响。

管井降水期间，定期取样测试含砂量，含砂量不应大于0.1‰。同时重视埋设井管时的成孔和回填砂滤料的质量；管井砾料采用米石，填砾前应彻底换浆，然后向井管四周填砾，开始时速度不宜过快，待井管内出水后，再加快填砾速度。

降水井开始工作后，应注意以下几个问题：①派专人在工地值班，巡回检查抽水运行情况，发现含沙率超标，应及时采取措施；②做好降水井水位的测量并记录；③要积极配合基坑土方开挖，基坑内部的降水井因开挖需要停止降水时，要做好井口维护，开挖停止后要立即恢复降水；④要保证不间断供电，必要时现场提供双回路电源，不因停电而长时间间断降水。

4 结语

综上所述，在深基坑工程项目施工过程中，选择合适的降水方案对提升工程项目整体的建设质量具有重要意义。本文结合实际的工程项目施工案例，选择了科学的降水方案，并对其降水施工阶段的各类注意事项进行分析和研究，在保障工程项目施工质量的同时，节约了工程项目的施工成本，也减少了施工过程对周围边坡和环境所产生的不良影响，收到了较好的施工效果，值得其他工程项目借鉴和参考。