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正文

高层建筑卵石层综合降水设计及施工技术应用研究

【摘 要】文章以漳州市武夷名仕园项目工程为例,根据该项目的地质和水文地质环境,对基坑开挖过程中的主要降水施工工艺进行了对比,确定降水施工工艺,并就该工艺的基坑降水方案进行设计和实施,以期为同类工程施工提供有益的参考。
【关键词】高层建筑;卵石层;降水设计;施工技术
1、引言
      近年来,随着我国建筑行业的快速发展,建筑规模不断扩大,对建筑基坑施工质量提出了更高的要求。在基坑施工过程中,施工单位应结合施工现场地质勘察结果、水文条件等因素,在确保桩基承载力满足建筑设计要求的同时,还应当及时进行降水施工,确保基坑工程在干燥、稳定的环境下开展,防止边坡失稳、基础流砂、坑底隆起、承载力下降等问题的发生。基坑降水是指在开挖基坑时,地下水位高于开挖底面,地下水会不断渗入坑内,为保证基坑能在干燥条件下施工,防止边坡失稳、基础流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降而做的降水工作。在实际应用中,由于地质条件和水文情况存在的实际差异,降水施工方案适用范围不同,因此,施工单位应结合施工现场地质勘察情况,优化降水施工方案,并加强降水施工技术管理,确保降水施工效果,为建筑桩基施工奠定良好的基础。
2、工程概况
      本工程为福建省漳州市武夷名仕园项目,总建筑面积约为57000m2,包括11栋住宅建筑。本工程中,建筑标准层高为3m,局部底层和顶层构架层高为 4. 5m。本工程基坑面积为4400m2,基坑开挖深度为 8. 1m,局部区域基坑深度达 16. 1m。经现场勘察,本工程施工现场 100m范围内土层主要由粉土和卵石层组成,卵石母岩多为浑圆、次圆状,粒径在30~50mm范围内。最大粒径可达200mm,整体级配一般。土层填充物以细砂为主,上部填充卵石填充程度较差,土层渗透系数为 80m/ d。本基坑开挖深度为 8. 5m,地下水埋深较浅,进深 0. 5m(如图 1所示),根据工程设计要求,降水水位深度为 10. 0m。
地质剖面_文章发表



图 1  地质剖面
3、主要降水施工技术

      在深基坑工程中,常见的降水施工技术包括轻型井点、电渗井点、喷射井点、管井井点、降压井井点、越流自渗井点等。
⑴轻型井点。轻型井点出水量较小,常用于小型深基坑工程施工且土层渗透性较差的环境中,如粉质粘土、粉土或细砂等,降水水位较浅,一般为5~6m,降水面积较小。
⑵电渗井点。电渗井点主要适用于渗透性较差的细粒土体基坑工程中。如黏性土、淤泥质土或粉土等。在细粒土中采用电渗井点降水施工技术,能够有效提高降水效率,降低施工成本。
⑶喷射井点。喷射井点是借助井管下部的喷射装置,在高压水货压缩空气的作用下从喷射器中喷嘴中喷出,在井管内形成负压环境,从而加速周围土体含水层水分的渗透,进而提高排水效率。相对而言,喷射井点施工技术对施工设备要求较高,工作效率较低,经实际测算,最高理论效率仅为30%左右,且对施工技术水平和维护管理要求较高,因此,该方法实际应用较少。
⑷管井井点。管井井点是利用钻孔成井的方法,通过单井单泵抽出周围地下水而达到降水的目的。一般来说,管井井点管井深度不小于15m,具有管井直径大、出水量大等特点,尤其是适用于渗透性强、降水面积大、地下水丰富的基坑环境中。
⑸降压井井点。降压井点主要是综合考虑基坑地下存在承压含水层,如板间厚度较小时,可能存在地下水突涌现象,进而对基坑工程造成一定的破坏。通过降低下部承压水水头压力,能够减少下部承压水与上部含水层之间的联系,从而降低承压水对基坑工程的影响。
⑹越流自渗井点。越流自渗井点是利用上下含水层之间的水头差,在基坑周围布设若干管井,通过管井将上部含水层中的地下水疏导至下部含水层,从而达到降低基坑地下水位的目的。越流自渗井点适用于下部含水层低于上部含水层且低于基坑要求的水位要求的环境中,同时,还要求下层含水层的吸水能力大于上层的泄水量,从而在自身的作用下达到降水的目的。
4、降水施工技术的选择
      针对本工程卵石层条件,如仅采用井点降水方法难以满足基坑开挖降水要求,因此,有必要优化降水施工工艺,采用坑内、坑外相结合的降水施工。因此,根据工程设计要求,本工程采用拉森钢板桩围护施工工艺。拉森钢板围护主要适用于软土地基且地下水位较高的深基坑支护施工。该工艺施工相对简单,且止水性能较好,但是,由于拉森钢板厚度较薄,锁口部位形状难以控制,同时,钢板桩连接处卡扣不严,难以保证基坑边坡止水效果,如遇坚硬卵石,则可能造成钢板桩出现变形、弯曲,从而导致钢板桩无法起到良好的止水效果。因此,本工程项目组经施工方案比选、验证,对钢板桩围堰、管井降水等方案进行合理选择,最终确定管井井点降水配合放坡开挖降水方案。相较于其它施工方法而言,管井井点降水施工方法更为成熟,应用也最为广泛,能够与拉森钢板止水设计形成互补,降低本工程中卵石层透水风险。同时,施工周围无重要建筑,能够满足管井井点降水要求,功施工风险较小。
5、降水设计
5.1降水试验
     地质条件及水文参数是基坑降水设计中的关键因素,其性质直接影响基坑降水设计的准确性、可靠性与可行性,通过对水力坡度值参数的优化设计,能够掌握精确的地下水坡度值,从而为基坑降水作业提供可靠依据。
5.2水力坡度值
     地下水水力坡度(I)表示含水层任意两点之间的水位差值和两点直线距离之间的比值。由于本工程地质条件较为特殊,无工程案例可供参考,因此,需要加强对水力坡度值的试验研究,以便于及时掌握准确的水力坡度值。在水力坡度值试验中,施工单位在待开挖的基坑附近进行抽水试验,在同一直线上,分别选定抽水井口J1和观测井G1、G2作为试验点,其中,观测井G1、G2间距为9m,试验井深度为20m。井深略低于基坑开挖深度。根据观测井观测数据结果绘制地下水水位变化曲线(如图2所示),计算本工程水力坡度值为0.275.
观测井 G1、G2 水力坡度值_论文发表




图2观测井G1、G2水力坡度值
5.3 井点埋深
      井点埋设深度以Hm计,则井点埋深则可以表示为:
Hm>H1+h+I×R+L
式中:
H1—基坑开挖深度,8.5m;
h—井点外露高度,0.5m;
I—降水区水力坡度值,0.275;
R—井点管至基坑中心距离,22.34m;
L—管井过滤器长度,4.26m。
经计算,得出井点埋深为20m。
5.4 井点数量计算
      单一的井点布设难以满足深基坑工程降水施工要求,插入含水层的管井被称之为不完整管井,由于承压水的存在,地下水存在向上流动的性质,其渗透阻力较大,因此,在水位降水深度一致的情况下,不完整管井的涌水量小于完整井。根据本工程水文和渗水率情况,计算不完整井涌水量为18.75m3/d,因此,本工程管井布设数量设计为 16个,井点间距设计为14.16m。
6、管井井点降水及集水明排施工技术
6.1 管井井点布置
      管井数量和间距理论值计算为管井布设提供了有效的依据,但是由于基坑临近河流,基坑一短边与河流河岸距离较近,考虑降水试验区与河流距离较远(如图3所示),结合地下水水位及流动方向,采用不等距管井布置方式,并配合使用集水明排施工技术,将管井抽出的水排出。
管井降水试验平面图_期刊发表





图3管井降水试验平面图
6.2 管井降水施工技术
⑴钻孔。本工程中,施工单位采用旋挖钻孔施工技术进行钻孔施工,孔径在井管直径的基础上大300mm,并采用专用聚合物泥浆配合钻孔施工,确保了钻孔施工质量。
⑵埋设井管。在钻孔到位后,施工单位对比研究地质勘察报告和现场钻孔土层情况,确保钻孔深度满足降水施工要求。
⑶填充砂料。在井管下沉完毕后,施工单位应在井管周围均匀灌填砂滤料,灌填高度至井管顶部距离为2.0~2.5m,待抽水试验后,再使用一般性黏性土进行封口填实。在填充砂料前,为避免杂物进入管井内,施工单位应将管井进行封堵。
⑷洗井。洗井能够打破管井护壁,从而恢复管壁土层渗透性,提高管井出水效果,因此,洗井是降水施工中的重要环节。本工程中,施工单位使用泥浆泵抽出管井中的泥水,并循环灌入清水,直至管井抽出清水为止。
⑸集水明排。随着抽水时间的推移,地下水位会随之降低,且在持续降水24h小时后基本保持稳定。但由于本工程卵石层渗透性强,在基坑开挖过程中仍有部分地下水沿管井边缘流入基坑,因此,本工程中,施工单位在管井的底部设置集水明排井,以水泵及时排出基坑渗水。
⑹降水效果分析。通过水位观测记录和排水泵功率计算,本工程中各井点每天排水量约为1200m3,背水位置管井数量6个,日平均排水量为1000m3,明排集水井排水泵4个,日平均排水量为500m。
      通过降水作业,地下水位低于基坑开挖面1m,开挖土方干燥、含水量低,能够满足基坑施工技术要求。
7、结语
      本工程中,通过不间断降水作业,降水深度满足深基坑开挖标高要求,取得了良好的应用实践效果,确保了本工程的顺利开展。在渗透系数大、地下水位高的深基坑工程中,施工单位应合理选择降水施工方法,通过多种降水技术的优化组合,能够满足复杂地质环境下降水工作要求,确保深基坑降水要求。
【参考文献】
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