复杂条件下河道软基超大深基坑潜水与地下承压水降水技术*

邓 渊，王帅军，胡 敏，余 讯

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

北支江上游水闸及船闸基坑工程位于富阳主城区下游，深基坑均位于复杂的河道软基之上。由于工程区域地下富含大量承压水，严重阻碍了工程施工，因此开展复杂河道软基超深基坑降水的研究尤为重要。

目前，国内许多专家学者对深基坑降水做了大量研究。例如，常旭东[1]探讨了软土基坑降水施工技术的要点；贺翀等[2]提出了软土地区超大规模深基坑群承压水降水时，基坑群同步或交叉悬挂式减压降水存在明显的叠加耦合效应；李光照等[3]总结了软土地区施工全过程各阶段可能产生的稳定与变形机理、危害及控制方法；陆建生等[4]提出了软土地区深基坑抽灌一体化的控制设计流程和方法；章昕[5]提出了在砂层中含淤泥质黏性土的地层中运用明排、轻型井点降水和管井相结合的方法，能取得较好的降水效果；侯玉杰等[6]介绍了基于“连通器”效应的混合井降水技术和基坑降水自动维持控制系统的两种基坑降水创新技术；李凭雨[7]和陈华等[8]对滞水、潜水和承压水的处理和有效防治也进行过类似的研究等。

1 工程概况

水闸基坑工程及船闸基坑工程位于北支江上游，原上堵坝下游约50m位置，其中水闸基坑垂直于北支江，基坑长约210m、宽约30m，基坑底板高程为-5.100m；船闸基坑平行于北支江，位于北支江右岸，基坑长约106m、宽约31m，基坑底板高程为-6.600m。 水闸基坑位置现状地面高程为0.000～1.000m，基坑需开挖5.1～6.1m；船闸基坑现状地面高程约为2.000m，基坑需开挖约8.6m。

工程区承压水含水层主要分布于下部的⑥4层卵石中。相对隔水层为上部的③淤泥质黏土夹粉砂层及⑤1淤泥质黏土层、⑤2粉质黏土层。详勘区间对⑥4卵石承压水观测资料显示，其承压水稳定水位高程为4.260m。场区内承压水水量丰富，隔水层为上部的黏土层(③，⑤，⑥1层)，承压含水层顶板高程为-16.310～-8.280m，水闸位置基坑下伏隔水层厚度3.18～11.2m，其中在SZK09位置存在承压水天窗。

由于基坑工程实施过程中需长时间抽降深层孔隙承压水，特别是⑥粉砂+圆砾层，水量大，渗透性好，且工程要求地下水位降深大，因此在正式降水之前，需对承压水进行减压，根据设计要求，在基坑范围内设置减压井和观测井。

2 降水目的

根据设计要求，基坑开挖前需对承压水进行减压处理，并进行实地抽水试验，试验主要目的为：确定承压含水层的水位分布、水头及水文地质参数；研究承压水处理工序是否满足设计要求及施工工效；提供设计抽水试验数据；确定抽水设备参数及单井出水量；通过试验检验井管施工工艺是否满足设计要求；通过试验确定合理的机械、人员配置方案；检验降水效果，验证承压水处理方案可行性。

3 降水井管设计

3.1 降水井布置

水闸区域在闸室段布设2排减压井和1排观测井，上游铺盖和下游护坦分别设置1排减压井和1排观测井，共计58口减压井，15口观测井。根据开挖降水情况，可适当调整降水井数量及平面位置，降水井直径800mm，采用DN250降水井管，滤管入卵石层≥10m(不含沉淀管)。

3.2 井管构造

降水井管系统由潜水泵、无缝钢管、桥式滤管和沉淀管组成，井管构造如图1所示。井孔直径800mm，卵石层以上采用DN250无缝钢管及无缝钢管桥式滤管，外包60目滤网2层，并用6目铅丝网绑扎。

图1 井管构造

4 降水施工关键技术

4.1 试验井管施工工艺流程(见图2)

图2 试验井管施工工艺流程

4.2 降水井管施工技术

本工程地下水及承压水丰富，为保证试验阶段施工作业面及高大设备作业安全，须采取合理明排方式。沿施工便道设置100cm×100cm(深×宽)明沟，将水集中排入排水管线中。

工程区域位于河道软基，地质条件特殊。承压水试验井管若采用常规泥浆护壁造孔，下滤管前进行清孔，清孔后泥浆密度降低，势必会造成塌孔，无法进行滤料回填或致使滤管出水量不足影响施工质量。因此，初步拟定方案需下套筒至井底完成清孔工作，再下滤管和进行回填料等工作。试验井管施工时，先施工基坑内、外观测井，再依次从左岸往右岸方向施工，施工完成后统一进行抽水，及时查看观测井水位及抽水量，将相关数据上报设计单位后，后续根据设计要求优化承压水处理措施。

1)测量放线 依据设计所提供的井管位置，采用导线与三角测量相结合的方法进行放线。

2)钻机就位 在平整后的地面上平稳安置钻机，钻头中心及桩位中心在同一铅垂线上，对中误差<10mm；正式开钻前应进行钻机试钻，稳定后再投入使用。

3)护筒埋设 护筒埋设的位置应与桩位相吻合，桩位采用全站仪极坐标法定位，并用十字线确定护筒的埋设位置。采用450型桩机下护筒，护筒用14mm厚钢板制作，长11.5m，上端设排浆口。护筒结构如图3所示。当埋设护筒时，护筒要高出地面≥30cm；当钻孔内有承压水时，应高出稳定后的承压水位1.5～2.0m。

图3 护筒及套管结构

4)泥浆制备与使用 本井管泥浆护壁以外购膨润土为主。造孔过程中应经常测定泥浆密度、黏度、含砂率，泥浆质量检查由现场试验人员负责做好原始记录，并将检查成果通知有关人员，以便及时调整。

5)取土成孔 钻机水平就位，桩位复核无误后，进行钻孔施工，钻进时应先慢后快，开始进尺控制在0.4～0.5m/次。取土成孔时，应详细记录隔水层高程及卵石层高程，以便进行滤料、黏土球等回填高程控制。成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁垂直度等进行检查。核验进入卵石层厚度是否满足设计要求，且进入的卵石层含泥量不能过大，否则影响出水量。

6)吊放套管 取土完成后，采用75t履带式起重机下全套管，全套管采用φ610×14无缝钢管，壁厚14mm，套管长度与孔深相同，孔口采用预先制作的法兰盘进行套管拔设。套管结构如图3所示。

7)清孔 井管下井前进行清孔作业，清孔采取注入清水置换，利用泥浆泵抽出沉渣，并测定孔深。

8)吊放井管 用75t汽车式起重机缓慢下放井管，确保吊放井管时处于垂直状态且在孔中心，避免杂物落入井中，井管应高出地面至少20cm，井口加盖。

9)填滤料、黏土 井管到达设计深度后，适当稀释井内泥浆，然后立即在井管周围灌填砾料，砾料为：中粗砂+10%瓜子片，砾料填筑为卵石层段，卵石层与隔水层相接区域1m采用黏土球回填，其余均采用黏土回填。滤料填筑完成后进行黏土球(外购)填筑，四周应均匀填入，填筑高度≥1m，填筑完成后进行黏土填筑。

10)洗井 利用污泥泵对井底不断抽洗以确保渗水效果。

11)安装抽水设备 抽水试验应在洗井质量达到要求后进行，作最大降深抽水，用稳定流原理计算出水量，测出静止水位和降深，每隔2h测量井管水位及围堰上下游水位高程，并详细记录。安装潜水泵及管路系统前，检查电机和泵体，水泵功率P=7.5kW，扬程H=50m，流量Q=50m3/h，设备检查无损后安装。

在上下游分别设置30m×8m×2m的三级沉淀池，如图4所示。为防止集水坑水渗流及浑水流入北支江，采用C25混凝土结构，因水流量较大，为加快沉淀，需向沉淀池中投入絮凝剂，上下游三级沉淀池各放置3个220kW水泵，2台工作，1台备用；水泵至主排水管考虑DN10cm镀锌钢管，主管至集水坑段、集水坑至出水管段采用DN30cm镀锌钢管。对井管进行单井试抽，若有异常情况发生，需要重新做抽水试验。

图4 沉淀池平面及断面(单位：m)

12)井管封堵 对基坑进行安全盖重，浇筑混凝土须达到标高-2.000m，底板两侧回填料须达到标高-1.000m，且至少保证4个相邻区的减压井同时运行，减压井才能进行封堵。基坑封堵如图5所示。

图5 基坑井管封堵示意

5 质量控制措施

5.1 降水控制措施

当基坑开挖至-5.100m高程时，1～5区承压水头应降至-1.000m，6～9区承压水头应降至±0.000 高程。降水方向同基坑开挖方向。在每段基坑开挖前应进行降水，水头降至设计要求时再进行开挖；降水施工过程中，做好各降水井的水位观察工作，水位降至设计高程后，控制水位高程，基坑降水时间从基坑第1层开挖到闸底板达到盖重标高后封闭结束，运行时间较长。在降水过程中，应注意降水管路及设备的保护，保证基坑降水正常运行。

5.2 井管降水施工质量问题及防治措施

1)滤管淤积的防治措施

由于卵石层具有较强的渗流能力，滤管一般可置于卵石层；井管孔直径应较匀称，且不应<80cm，桥式滤管出水量必须符合规定，井管孔的深度一般深于井管0.5m；井点下沉结束后，要及时检验井点的渗水能力；在砂滤料从井点管四周灌进井孔的过程中，有泥浆水沿井点管内流出，或者及时清水注入井点管内，水可以迅速渗透下去，即可认定井点管良好。若水无法向下渗透，应立刻妥善处理。

2)水质浑浊的防治措施

井管滤网要小心保护，下井管前，一定要仔细查验滤网，一旦出现问题，要尽早处理；井管滤管和砂滤料要视土壤条件而定，滤料选择中粗砂加10%瓜子片；灌砂量需由孔径大小和深度决定，实际灌砂量须至少为计算量的95%；如果从井管内排出的水一直处于浑浊状态，则不能再使用，应再次成孔。

3)井管出水量小的防治措施

滤清器、井管及总管等管路要做好清洁工作后才能投入使用；塑料连接短管一定要保证井管到集水总管之间的过水面积。

4)局部地段出现流砂和险情的防治措施

开挖基坑时，要注意临近边坡挖沟积水问题；基坑周围不允许堆放过多土料，同时禁止机械振动过于剧烈；确保排出的承压水不能于周围回流进入土中。在稳定性不足一侧，增加抽水机组，分担部分井管的排量，提高该段井管的抽水能力。

6 结语

以北支江上游水闸及船闸基坑工程为例，研究复杂条件下河道软基超大深基坑潜水与地下承压水降水方法，设计了本工程的基坑降水施工方案，从测量放线、钻机就位、护筒埋设、泥浆制备、成孔、吊放套管、清孔、吊放井管、填滤料及黏土、洗井、安装抽水设备及井管封堵等角度详细介绍深基坑降水施工工艺。此外，提出了井管降水施工质量问题及防治措施。