聚和华大厦基坑降水设计与施工管理

高宇澄，吴　翔，张立孝，张耀龙

(中天建设集团有限公司，浙江 杭州 310020)



聚和华大厦基坑降水设计与施工管理

高宇澄，吴翔，张立孝，张耀龙

(中天建设集团有限公司，浙江 杭州 310020)

对聚和华大厦基坑降水设计与施工进行了分析总结。该项目根据工程周边概况和工程地质条件，选择合理的降水设计方案与施工方法，保证了基坑土方开挖的顺利进行，以及周边建筑与管线安全，取得了较好的效果。

深基坑；降水设计；施工管理

1　工程概况

1.1工程概述

聚和华大厦位于天津市和平区新华路与长春道交口西南侧，包含酒店式公寓、商业、地下停车场，是大型公建项目。该项目占地14 760 m2，总建筑面积71 139.89 m2。地下共计3层，基坑面积为9 400 m2。建筑标高±0.00 m相当于标高2.85 m。现场地表平均标高为2.30 m，即建筑标高-0.55 m。基坑普遍开挖至建筑标高-14.95 m，拟开挖深度14.4 m。

1.2周边情况介绍

场地地处华北平原，属冲积、海积低平原。场地地势较平坦。

项目位于天津市和平区商业繁华的“劝业场”地区，人流密集，道路狭窄，现场情况较复杂。除南侧马路对面为友谊新天地广场外，其余三侧马路对面均为老居住区。地下室基础距离南侧友谊新天地广场(桩基础)约为21.0 m，距离北侧四德里2层楼(浅基础)约为18.0 m，距离西侧新津里5层楼(浅基础)约为29.6 m，距离东侧长春道对面2层楼(浅基础)约为18.2 m，见图1。

根据市政管线图，场地周边密布管线，但是除北侧新华路便道下存在电力管线外，其余管线均位于道路下方。

1.3水文地质条件

根据抽水试验报告及本场地岩土工程详细勘察结果，工程场区地表下约50 m深度范围内可划分为四个含水层。

1.3.1潜水含水层

根据勘察报告，该场地潜水静止水位大沽标高1.40 m左右,建筑标高-1.45 m。

图1　基坑周边环境

1.3.2第一承压含水层

1.3.3第二承压含水层

1.3.4第三承压含水层

根据抽水试验报告，本场地第二承压含水层的稳定水位为大沽标高-4.9 m,建筑标高-7.75 m。第三承压含水层的稳定水位为大沽标高-5.7 m,建筑标高-8.55 m。

第二承压含水层渗透系数为1.40 m/d，影响半径为120.0 m。

依据本工程岩土工程勘察报告，本场地各土层室内渗透系数见表1。

表1　各地层室内渗透系数

根据上述承压含水层的分布、水位标高及基坑开挖深度的情况，经计算，本场地内第一承压含水层对基坑开挖存在突涌破坏的风险，第二、三承压含水层不会对基坑造成突涌破坏。

根据上述工程地质、水文地质条件及本基坑的开挖情况，现绘制“地质剖面与止水帷幕底界示意图”，见图2。

图2　地质剖面与止水帷幕底界示意图

2　工程降水设计方案

2.1降水目的

根据本工程基坑开挖及基础底板结构施工要求，本方案设计降水的目的为：

1)疏干开挖范围内土体中的地下水，方便挖掘机和工人在坑内施工作业；

2)降低坑内土体含水量，提高坑内土体强度。

2.2降水设计思路

按需降水，控制抽水量，既要满足基坑安全施工的要求，同时还应满足控制基坑外潜水位下降导致的地面沉降的要求，是本基坑降水设计必须遵循的主要原则。本工程降水设计主要设计思路如下：

1)由于潜水及第一承压含水层已被止水帷幕截断，下部第二承压含水层不存在突涌风险，因此本工程基坑降水重点在于坑内疏干降水。

2)对周边环境影响风险主要来自基坑外地下水绕帷幕底渗流及下部承压水向坑底越流所造成基坑外潜水位下降而引起的坑外地面沉降。因此基坑开挖到底后，适当保留一部分降水井，在满足基坑施工要求，满足结构抗浮要求前提下，应尽量减小基坑出水量，缩短降水井抽水时间，是控制基坑周边地面因降水而发生沉降的有效方法。

2.3降水井设计

2.3.1疏干降水设计

基坑开挖前，需要对坑内土体进行疏干处理，保证基坑开挖工作面的干燥与土方外运的方便，因此在开挖前在坑内布设一定数量疏干井，对基坑开挖范围内土层疏干。

本次设计首先根据抽水试验的相关试验结果并结合相关规范及工程经验用面积法对井数进行估算。然后通过目的降深下的单井出水量法进行井数估算。通过这两种方法最终确定井数。

井身材料参数见表2。

表2　疏干井材料性质表

坑内降水数量计算公式为：

n=A/a井

式中：n为基坑内降水井数量，口；

A为基坑面积，m2；

a井为单井有效降水面积，取324m2。

基坑开挖面积A=9 400m2。取n=9 400/324=29口。考虑到降水井的破坏及损坏，需乘以1.1的安全系数，即共需疏干井32口。

根据场地周边单井抽水试验成果，当降深为15m时，单井出水量为12m3/d。考虑到止水帷幕已封闭基坑，因此周边按零流量边界条件处理。经计算，在抽水历时15d后，最佳井数为34口。计算结果见表3。

表3　基坑涌水量计算表

综合上述两种方法，取井数n=32口。

根据相关工程经验，为确保开挖中有效保护井点及便于后期封井等目的，建议本基坑降水井管材采用无砂水泥井管和钢质井管两种。钢质井管与无砂水泥井管相比，具有不易破坏，降水效果良好，滤水管不易堵塞等优点。可控制降水施工的质量，保证降水效果。

2.3.2坑外观测井设计

1)潜水观测井基坑降水施工过程中，必须密切观察坑外水位，故在坑外设置8口潜水观测井，井深15m，即井底标高至-15.55m。

井身材料参数见表4。

表4　观测井1材料性质表

2)⑧2粉土层承压水观测井基坑降水施工过程中，必须密切观察坑外水位，故在坑外设置4口⑧2粉土层承压水观测井，井深21m，即井底标高至-21.55m。

井身材料参数见表5。

表5　观测井2材料性质表

3　降水施工与运行管理

3.1降水运行管理要求

1)降水运行前，降水井应合理布设排水管道并便于接入施工现场排水设施。在降水运行过程及土方开挖过程中，分层分段开挖，每个开挖区段沿基坑两侧挖排水沟集水井汇集明水。

2)降水运行前应做好降水供电系统，配备独立的电源线，施工现场设有两路工业用电，降水运行中应保证一路工业用电停电后另一路工业用电能及时使用。保证停电10min内能确保降水井正常运转，避免影响降水效果甚至危害基坑安全。

3)降水正式运行前降水工人应熟悉水泵开启、电路切换，以确保降水连续进行，避免因供电原因造成井底突水。

4)降水前各降水井均应测量其井口标高、静止水位并进行相关记录。

5)降水井成井一口投入降水运行一口，确保能及时疏干基坑开挖范围内土体并降低其水位在当前开挖面以下1.0m。

6)基坑开挖后，疏干井割管时应及时测量井深，及时采取清淤措施。

7)降水停止并提泵后应及时将井封闭，补好盖板。

8)明确每日日查内容，包括：①各井水位、单井出水量、是否存在淤井坏井；②水泵、排水管路、沉淀池中的沉砂量；③周边地面有无较大沉降及趋势；④场地内电路、开关箱使用情况等。

3.2封井技术要求

3.2.1封井时间和基本原则

1)根据本工程基坑特点，疏干井封井将分为两步：远离施工缝和沉降缝的疏干井(占据总疏干井的1/3)，若水位稳定在基坑底面以下0.5～1.0m，在施工基础底板时可以一次性封闭(疏干井前期封井)；分布在施工缝和沉降缝周边的疏干井封井时间应根据设计要求进行，主要考虑地下室抗浮验算满足要求，下部承压含水层向上越流进入基坑的降水要求，及沉降缝两侧结构沉降均衡后浇注沉降后浇带的时间节点(疏干井后期封井)。

2)封井前，降水井进行试停抽1～2d，期间应密切观测地下水位变化情况，降水井内抽水泵不应拔除，且应确保抽水泵可以随时正常开启。

3.2.2封井方案

1)疏干井前期封井方案封井方法采用井内下导管直接浇注混凝土，边浇注边振捣密实，并与基础底板混凝土一起浇注连成一体。

2)疏干井后期封井留井止水方案疏干井后期封井，在基础底板浇筑时予以保留。留井止水具体做法见图3。

图3　留井止水工艺示意图

后期封井方案如下：

①从井底开始投放黏土球，到垫层以下1m处停止投放；黏土球粒径不得大于100mm。黏土球投放，应采用人工手工投放，不得采用任何工具装载倒入。黏土球高度测量，采用重锤测绳测量法，确保黏土球投放高度精度<±0.1m。

②在垫层以下1m处开始使用双液注浆，一次注浆直到基础底板顶端；双液注浆宜在封填黏土球静置24h后进行。

双液注浆量应根据实际黏土球投放高度，至底板顶面范围内井管的体积确定，一次注浆完成。

③双液注浆完成1d后，方可割除底板面以上井管，清平管内凝固浆体。将底板以上钢管割掉并在井口处焊接直径219mm厚4mm钢板，与井管焊接牢固，封井完毕。

3.3降水监测

1)根据本工程的特点及相关规范的要求，监测的内容有：

①坑内疏干降水井水位监测；

②坑内降水井的流量监测；

③坑外观测井水位监测；

④周边受保护的建筑物的地面沉降监测。

2)本基坑安全等级为一级，开挖深度较深，根据《建筑基坑工程监测技术规范(GB50497—2009)》及本工程的特殊环境等特点，本次施工降水监测频率见表6。

表6　施工降水监测频率表

注：①基坑工程施工至开挖前的监测频率视具体情况确定；

②各道支撑拆除至拆除完成后3d内监测频率应为1～2次/d。

3)降水监测报警值：水位下降累计报警值为800mm，变化速率报警值为400mm/d。

3.4有效控制坑外地面沉降的措施

由于本工程地处闹市区，周边建筑林立，对地面沉降要求较高。基坑降水过程中应按需降水。开挖到底后，可保留三分之一左右降水井，保留井可采用自流的方法降水。同时在90d内尽快完成后续工序的施工。所有降水具备封井条件(需经主体设计单位及相关单位同意)后及时进行封井，以减小对周边地面沉降的影响。

4　结　语

我国城市发展已进入地下空间大规模开发阶段，深基坑降水工程作为工程项目中的一个重要组成部分，已受到建筑相关部门的密切关注。本工程通过采用合理可行的降水设计方案与施工方法，保证了基坑土方开挖的顺利进行，施工取得了很好的效果，得到建设单位与相关监管机构的一致好评。

Precipitation Design and Construction Managementfor the Foundation Ditch of Ju Hua Building

GAO Yucheng, WU Xiang, ZHANG Lixiao, ZHANG Yaolong

2016-03-17

高宇澄(1983—)，男，陕西榆林人，工程师，研究方向为施工技术与施工管理。

TU46+3

B

1008-3707(2016)06-0026-06