基坑施工中变频恒压回灌装置技术应用

司家鑫/SI Jia-xin

（广东华隧建设股份有限公司，广东 广州 510520）

基坑施工中变频恒压回灌装置技术应用

司家鑫/SI Jia-xin

（广东华隧建设股份有限公司，广东 广州 510520）

[摘 要]回灌井是通过将基坑降水回灌到基坑周边土体从而达到相对循环稳定的工艺。由于地质条件、地表管路等因素影响导致普通常压回灌无法达到预期效果，在这里开发启用一种变频恒压回灌装置并在实际工程过程中得到有效利用。利用变频器调控水泵提供恒定压力对地层进行注水，顺利解决回灌量不足的问题。

[关键词]基坑施工；降水；加压回灌；变频；恒压

1 工程概况

广州市轨道交通十三号线首期工程（鱼珠至象颈岭段）施工六标22#盾构井兼风机房位于新塘大道西路上，基坑两侧开挖深度27．364m，标准开挖深度26．334m，长度为56．1m，宽度为24．9m。围护结构为1 000mm厚地下连续墙+四道钢筋砼内支撑支护。围护结构共含28幅连续墙，连续墙进入中风化岩层不小于3m。基坑南、北两侧临近新墩村下基市场3～5层框架结构居民楼，其中基坑距离南侧民居楼净距约8．8m，距离北侧居民楼10．1m，基坑东侧临近水南涌截污箱涵，基坑距离箱涵最小净距约48m。

基坑开挖深度约27．9m，开挖范围内地层主要为<1>回填土、<2-1A>淤泥、<2-1B>淤泥质土、<2-2>粉细砂、<2-3>中粗砂、<2-4>粉质粘土、<5Z-1>砂质粘性土和<7Z>强风化混合花岗岩，底板主要处于<7Z>强风化混合花岗岩和<8Z>中风化混合花岗岩中，局部处于<9Z>微风化混合花岗岩。

基坑开挖至基底标高时，基坑东北侧位置发现一处基底涌水点，该冒水点特征表现为水压高、水量大，通过基坑抽排水统计日涌水量达到450m3（如图1）。通过围护结构检测、基坑监测、周边房屋沉降监测等一系列综合分析认定：基坑连续墙结构稳定基坑安全、周边建筑物因基坑抽排失水导致地基沉降，需采取措施对周边建筑沉降进行控制。

图1 22#盾构井结构图及渗水点位置

2 防范措施及实施

鉴于周边房屋密集建筑物众多、基坑降水井封堵不能立刻实施、降水周期长等因素，项目部按照建设方意见立即对基坑周边采取控制沉降措施。通过房屋监测、房屋鉴定等第三方技术分析得到：临近基坑的房屋均为均匀沉降、房屋自身结构稳定安全。因为场地狭小、民房密集，大型注浆机等地基加固设备无法进入到房屋周边区域；项目部决定采用在基坑周边布置一排回灌井，通过将基坑抽排上来的水回灌进周边土体达到水土相对平衡。同时该做法可以人为制造形成一道阻渗水幕，使基坑降水的影响范围不超过回灌范围，阻止地下水向基坑抽水点附近流失，也能达到保持建筑物所在地原有水位稳定、土压力相对平衡的效果。

工程前期，项目部采用常规简单的自由注入法进行回灌处理。该方法为利用井内水位高于地下水位之间的压力差，使水靠自流通过井壁进入含水层。该方法适用于埋藏较深的潜水含水层或上部具有较厚的弱（不）透水层的深层承压含水层（压力水头不高）。该施工方法对地层要求、含水层厚度等有要求，本工点因淤泥质土层厚、场地狭小可布降水井点数量有限等原因导致效果不佳。

经过研究地质资料、对比以往工程实例，项目部决定采用一种新型变频恒压回灌施工装置解决加压回灌难题。通过利用机械动力设备（本工程根据变频恒压原理研制出一种专用恒压离心式水泵套件）对水头进行持续加压，促使水流通过恒定压力较快补给地下水。

3 变频恒压回灌装置

加压回灌的基本原理是将基坑降水抽上来的水通过增压系统提高水压向回水井注水，使基坑周边地下水位重新建立水系循环稳定状态从而达到周边建筑物等沉降可控的目的。为了减少不均匀压力分布造成的不良影响，通过启用变频器调控达到压力恒定的工法称之为变频恒压回灌。

本工程采用8200B型水泵变频器配1台4kW离心式清水泵组成变频恒压装置核心套件，变频器为多功能变频配置可复合调控，变频器相关主控电路及控制端子连接示意如图2。

图2 主电路与控制端子连接示意

其中◎表示主回路端子、O表示控制回路端子；选择控制电压为220V时，连接RT即可。

变频-水泵-恒压系统连接示意如图3。

图3 恒压变频系统示意图

在变频恒压回灌系统中，集水箱作为回灌的控制系统，从基底抽上来的水进入集水箱，集水箱中的水通过变频恒压水泵加压将抽上来的水通过回灌井重新注入到土体中。集水箱内设置自动调节系统，当抽水量超过控制液位时，变频恒压水泵自动调节转速以平衡抽水量与回灌量。通过调节变频器设定压力参数值，寻找到抽排水量与回灌量之间平衡。简易而言，恒压回灌过程是一个动态平衡状态，而变频器-水泵组成的核心组件是平衡的关键。

4 工艺总结

1）加压回灌井口布置 回灌井按照6m间距严基坑长边方向布置，本工程一共布置6口回灌井。回灌井口的结构布置也要参照地层含水量等因素，贯彻有利于注入的水向降水深度内渗透，滤水管有效开孔长度自水位线向下应布置过滤层，必要时适当增大回填砾石厚度或加固过滤器。经过本工程成功实施总结出加压回灌井数可根据下式计算：

N=1．5Q/q

式中N——最优回灌井数量；

Q——基坑抽排水总量；

q——单井回灌量。

式中1．15为修正系数。基坑抽排总量根据基坑降水平衡水量而定，也可参照井流理论计算。单井回灌量决定于水文地质条件、加压泵压力、回灌井钻孔深度等因素，一般应在现场先行试验总结参数而定。

2）加压回灌操作管理①关闭变频恒压泵、进水阀门、回流阀门，打开出水阀门；②开泵回扬至清水，放水3～5分钟（根据泵流量而定），做到定期回扬，回扬时详细记录和测定静水位、动水位、压力值、回灌水量、出砂量等参数，回扬后务必要放气；③停泵，打开出水阀门；④开进水阀门和控制阀门，注意灌水量与压力要由小到大，逐步调节到适宜压力；⑤开水泵灌水、放气，待水溢出，关放气孔，再开回流阀门；控制回灌压力、定期记录。注意放气时要先从泵内进水，以排除井内空气，当水从放气孔大量排除后，才可打开回流阀门。

3）加压回灌监测 回灌时应根据实际地下水位的变化及时调节、保持相对平衡。在基坑周边以基坑出水点为圆心，分别以1/2基坑深度H/2、基坑深度H为半径设置水位观测孔，水位观测孔深度保证达到透水层；在基坑周边建筑物、构筑物布置相应的沉降点，沉降点要均匀、针对性布置。在加压回灌过程中，根据水位情况、沉降反馈调整回灌压力，找准黄金压力平衡点防止过压回灌和欠压回灌。

5 应用效果及经济效益

1）经过变频恒压回灌施工，回灌量达到普通常压回灌3～4倍，基坑抽排水基本能通过加压回灌回周边土体，开挖范围周边水系重新建立了相对平衡；基坑周边房屋沉降得到有效控制，保证了盾构井结构施工的顺利进行。

2）原设计图纸要求房屋注浆加固及管线迁改，需迁改管线有∅600mm雨污管、PE300煤气管和6孔电信光缆，耗资约205万元，房屋注浆加固所需要占地费用、施工费用约105万元，总耗资约310万元；而采用变频恒压回灌装置进行基坑降水回灌无需管线迁改和占地费用，其施工费、设备采购费用总价约35万元，大大节省了施工成本同时减少业主等单位协调难度。

6 结 语

地铁几乎都在繁华的市区进行施工，施工场地往往存在大量管线或者建（构）筑物，建筑物拆迁、管线迁改难度大、费用高。本次变频恒压回灌装置的成功应用，对丰富轨道交通基坑降排水工法具有重要意义，为解决轨道交通施工过程中的建（构）筑物保护、管线迁改难的问题增加又一法宝，对今后类似工程中的应用具有重要指导作用。

[参考文献]

[1]TB10049-2014，铁路工程水文地质勘查规范[S]．

(编辑 吴学松）

Application of foundation pit construction frequency constant pressure recirculation device technology

［中图分类号］U46+3

［文献标识码］B

［文章编号］1001-1366(2015)12-0063-03

［收稿日期］2015-10-25