深基坑粉土地层降水工程特点及技术分析

张明海

（河南省郑州市新郑市龙王乡梁州大道中国电建五处，河南 郑州 451199）

近几年来随着我国基础设施建设速度的不断加快，尤其是道路设施变得更加完善，在一些地形比较复杂的地区遇到深大基坑的可能性越来越大，其中以沿海地区的深基坑工程居多[1-2]。当地下水位埋藏的比较浅时，在开挖基坑的过程中需要采用专门的降水措施确保基坑足够干燥，减少基底隆起，避免流砂等，还可以使土体的稳定性和强度提升，为施工提供保障[3]。本文主要针对郑州航空港经济综合实验区（郑州新郑综合保税区）新港十一路跨梅河支流桥梁工程的降水工程进行分析论证。

1 工程基本情况

1.1 工程简介

郑州航空港经济综合实验区（郑州新郑综合保税区）新港十一路跨梅河支流桥梁工程位于航空港经济综合实验区（郑州新郑综合保税区）南水北调总干渠以东新港十一路位置。结合新港十一路跨梅河支流桥承台工程设计及实际情况，由于河道暂未施工，根据施工图纸设计桥台承台顶标高112.449 m，墩柱承台顶标高108.369 m，原地面高程116.34 m～116.97 m，桥台承台基坑挖深大于6.1 m；墩柱承台基坑挖深大于10.2 m,平均开挖深度约10.5 m。结合场地水文地质等情况，以及基坑开挖深度情况，该施工场地地层稳定、预计基坑开挖受地下水影响较大。

1.2 地质条件

1.2.1 气候及地形条件

气候条件：新郑市属典型的中纬度暖温带大陆性季风气候，四季分明，气候温和，雨热同期。年平均日照2114.2 h，日时数多，总辐射量大。7、8、9 三个月的降雨量占全年降雨量的55%。本地区多年平均气温14.4℃，极端最高气温43℃，极端最低气温-17.9℃。多年最大风速：2.1 m/s。

地形条件：地貌单一，地形较平坦，地貌单元属山前冲洪积平原，适宜进行工程建设，绝对高程115.65 m～116.97 m（85 国家高程基准）。有两条十字交叉宽6 m 乡镇道路两条，场地范围内主要为耕地。

1.2.2 地质构造

本工程近场区内大面积被第四系沉积物覆盖，断裂构造比较发育，以北西、近东西向断裂为主。由于断裂大多展布于平原区，地表出露很少，多数为隐伏断裂。

1.2.3 地下水条件

据调查本区域内地下水位年变幅1.0 m～2.0 m左右，近3 年～5 年最高水位埋深约2.0 m（标高114.0 m 左右），历史最高水位1.0 m（标高115.0 m 左右）。属第四系松散岩类孔隙潜水，地下水的补给主要为大气降水，环境类型为Ⅱ类。

2 降水目标和特点

2.1 目的

勘测设计院所提供的关于本工程的勘察报告对于水文特征当中的水位线进行了专门的描述，通过计算可以得到，水位线的绝对标高在112.0 m～112.5 m 之间。按照施工图纸设计可以发现承台底的标高为106.369 m。通过对比发现施工范围内地下水位线均高于施工底面高程，不能满足承台施工的条件要求，故需要进行现场降水施工。另外通过降水施工来确保后期的施工安全。

2.2 降水工程特点和对策

当地下水位埋藏位置比较浅时，基坑开挖过程中应当采用降水措施，从而确保基坑处于干燥状态，为施工提供便利[4]。在粉土地层中，深基坑降水对于地层变形稳定性和对于降水范围的影响，都是深基坑工程在实际设计和施工开展过程中的关键问题。粉土地区所发生的很多基坑失稳问题都是与地下水之间有着密不可分的关系。工程降水会使得地下水位降低，发生渗流现象，影响到周围地层的变形以及基坑的性状等[5]。

就本次工程来看，墩柱承台顶标高108.369 m，原地面高程116.34 m～116.97 m，桥台承台基坑挖深大于6.1 m；墩柱承台基坑挖深大于10.2 m,平均开挖深度约10.5 m。结合场地水文地质等情况，以及基坑开挖深度情况，该施工场地地层稳定、预计基坑开挖受地下水影响较大，承台基坑开挖时采取适当的降水措施，以保证承台正常施工，质量可靠。

结合降水工程的特点，制定完善的施工流程和方案，同时为了确保施工方案的有效落实，还需要制定与其配套的相关措施。

3 深基坑粉土地层降水技术

3.1 降水设计

（1）计算基坑井间距以及单井的数量。基坑管井的点数方法及结果：管井数量为：n=1.1Q/q=40.7；井点间距d=2×（90+120）/40.7=10.3 m。综上取管井点数41 个，井点间距取10 m，根据现场实际情况，并在拐角处适当加密。

（2）降水井施工的相关设计。采用管井降水方案，在基坑周边布置41 眼降水井，降水井采用混凝土无砂管井，管井施工孔径为650 mm，管井内径400 mm，降水井深度20 m（在相邻两排承台中心线上设置6 眼降水井，待第一层土方开挖完成后施工，井深16 m，间距15 m），降水井间距平均10 m（拐角处适当加密按8 m 布置）；并布置2 口15 米深观测井，便于日常观测、检查降水高程。共设置井61 眼，其中20 m 深降水井41 眼，16 m深降水井18 眼，15 m 深观测井2 眼。

3.2 降水方案

降水井采用混凝土管井，高出地面30 cm，管井内径400 mm，壁厚60 mm、管井施工孔径为650 mm，井壁外通填滤料，降水井间距10 m，均匀布置在基坑四周；因本次降水井是在河道土方开挖一层后布置，第一层初拟开挖3.42 m，基坑设计边坡1∶0.75，布置的降水井在施工红色范围线内，根据现场实际情况布置在基坑周边。

本次基坑在土方开挖过程中采用分段和分层开挖方法，将降水施工和土方开挖工作紧密结合。

第1 层作业段开挖3.42 m，同步施工降水井（降水井可提前施作，计划投入4 台钻井设备，每台设备配备4 名作业人员）、排水管布设；

第2 层开挖3 m（依据降水效果和高程指导开挖）；

第3 层开挖4.08 m（做好第二次开挖后的安全防护和地面排水设施）。

降水井通过潜水泵抽水后采用φ50 输水管，将水导入φ800 的波纹排水管。φ50 输水管与排水波纹管采用三通接头的方式连接。波纹管布置在基坑设计边线外1.5 m～3 m 的位置，以免太靠近开挖边线，存在滑塌危险；具体位置可根据场地实际情况进行适当调整，波纹管设计纵坡比为0.1%，东南角低于西北角。在将地面清理干净之后，直接将波纹管坐落在地面上时必须单独设置管座。现状河道右岸与规划雁鸣路相邻，经现场踏勘，现状路边未设置市政雨水井，现场东侧有一条旧河道，可用于排除降水井抽出来的水。经现场踏勘，旧河道满足排水要求，施工现场距离梅河距离较近，拟采用波纹管连接至旧河道。为减少排水管下游排水设施的淤积，拟在排水管路径上每隔50 m 设置一座沉砂池，沉砂池尺寸为1 m×1 m×1.5 m，池壁厚0.2 m。潜水泵长期工作时要定期上下活动，防止潜水泵陷入泥沙而无法拔出。当降水深度达到施工要求水位时，适当减少降水井运行，防止抽水过多破坏环境，以满足现场实际需求为准。

3.3 深基坑降水施工

（1）管井设计。图1 为管井抽水孔钻孔的基本情况，设计井深为20 m；井斜：孔斜率＜1%；井孔结构：降水井采用混凝土管井，管井内径400 mm，壁厚60 mm，管井施工孔径为650 mm，井壁外通填滤料，成井后加盖井盖。

图1 管井抽水孔钻孔的基本情况

（2）设备安装。选择水源100 型钻机成套设备进行施工，设备安装周正且水平；所有的电器均有接地设置。钻塔注意水平，受力部位应避免雨水和泥浆浸泡。按照规定安装相关设备，泥浆泵和钻机等确保稳固；施工现场布置管材、工具等应当整齐，不得随意摆放。开钻之前必须要得到相关部门验收合格。

（3）泥浆性能指标的设计以及具体施工。比重：1.10～1.15；粘度：20 s～22 s；失水量：小于15 ml/30 min；含砂量：小于1%；pH 值：8～9；抗温性：70°C；胶体率：大于97%。泥浆配置流程：开钻之前配置15 m3～20 m3左右——清水和钻土粉混合搅拌均匀——加入纯碱，搅拌成基浆——加入CMC，用于控制失水的情况，让泥浆的性能能够满足需求。同时还需要做好泥浆的护理和维护，发现变坏立刻调整，避免性能变化太大。同时对沉淀池进行定期清理，确保泥浆净化。制定完善的规章制度，安排专人进行维护。

（4）施工程序。图2 为降水施工的具体程序。

图2 降水施工示意图

3.4 深基坑降水相关保障措施

（1）资源保障。根据工程实际需求随时增加施工力量，尽可能采用平行作业施工办法，减少施工周期，做好施工工序的衔接与转换，避免施工中断；做好相关准备工作，如准备充足的设备和材料；采用分班制模式，确保24 h 施工。

（2）技术保障。合理安排施工顺序，确保流水和平行作业能够合理开展；编制详细的施工进度计划，做好分部分项相关工作，选择质量更高、工期更短的方案，确保施工进度不受影响；采用动态分析和管理模式，确保工期；建立完善的质量保障体系，采用新材料、新工艺，以及当前社会比较先进的现代化施工器械，促进生产效率的进一步提升。

（3）质量保障。深基坑降水开挖风险较大，发生基坑塌方等质量事故的可能性更大。所以必须要把好质量关[6]，组织素质高，技术强，团结的项目部，建立健全相关的质量保障体系，全面管理施工质量。

4 结语

本深基坑降水具有排水量大、降深大、排水效果好、对平面布置干扰小等优点。降水施工完毕后，对该工程进行了群井降水试验，通过测定降压井单井实际涌水量、检验降水水位等，结果证明本文中的降水施工设计方案是可行的、合理的，可以达到工程及规范要求。