皖北地区因基坑降水引发地基破坏的机理与应对措施探析

程军

宿州市建筑勘察设计院 安徽 宿州 234000

皖北地区处于黄淮冲积平原，所沉积地层主要为黏土、粉质黏土、粉土、粉砂等，一般建设地块之内，地层分布稳定、均匀，场地类别多为II类或III类，属中软或中硬土，具有相对良好的工程地质特性，适宜各类工程项目建设。

随着城市建设技术水平和经济社会发展水平的不断提升，为了提升国土空间综合利用效率和水平，推动地上地下空间复合利用，各地出现了越来越多的地下工程建设项目，大量深基坑支护工程随之出现。

深基坑支护工程的成败，相当程度取决于对地下水的控制。地下水控制应根据工程地质和水文地质条件、基坑周边环境要求及支护结构形式选用截水、降水、集水明排方法或其他组合。在皖北地区，目前普遍采用的降水方式为管井和轻型井点。建设场地所分布的粉土、粉砂层含水量丰富，埋藏深度多处于5～10m之间，是施工降水需要控制的主要含水层，同时也是建筑物基础的主要持力层。

管井降水由滤水井管、吸水管和抽水机械等组成。管井井点设备较简单，排水量大，降水较深，较轻型井点具有更大的降水效果，可代替多组轻型井点作用。管井埋设的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系数确定，一般间距15～40m，管井深度一般在15～25m，外径一般为600～800mm。适用于渗透系数较大，地下水丰富的粉土层、粉细砂层。管井降水在皖北地区的深基坑工程中应用十分广泛。

管井降水有着严格的工艺流程，如果控制不好，则可能会带来较为严重的地基破坏事故[1]。主要工艺流程如下：

（1）测量定位。根据井位平面布置图测放井位，当布设的井点受地面障碍物或施工条件影响时，现场可作适当调整。

（2）钻孔。埋设护口管：护口管底口应插入原状土层中，管外应用黏性土填实封严，防止施工时管外返浆，护口管高出地面10cm～30cm。

垂直度应控制在1%内，孔身应圆正，钻进过程中对水位、涌砂、气体逸出等情况进行观察，记录，发现问题及时处理。

（3）清孔换浆。钻孔钻进至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.5m，进行冲孔清除孔内杂物孔底沉渣小于20cm。

（4）下井管。下井管：井管进场后，应检查过滤水管是否符合规范要求。滤水管应设置在渗透系数较大的土层中和井底部位，以保证降水效果。下井管过程中应注意，井管顶部应高出地面30～50cm。

（5）滤料回填。填料前采用适当的材料封闭井管上部管口，井管居中，采用循环水法填料。滤料采用5～15mm粒径砂石、中粗砂，级配须符合要求，杂质含量不大于3%。用铁锹均匀地抛撒在井管四周，砾料填至地面4m深的位置，以上部分用优质黏土回填密实。

（6）井口封闭。在滤料上面采用优质黏土回填至地表。回填时沿井管进行围填，注意少放慢下，在井管口处封闭严密。

（7）洗井。洗井洗至井水基本不含泥沙为止，泥浆比重小于1.05。

（8）降水运行。洗井结束后，在降水井内放入潜水泵，降水运行过程中，电缆与管道系统在布置时应注意在抽水过程中避免被挖机等碰坏，降水运行时将水排至场地四周的排水沟内，通过排水沟将水排入指定地点。

（9）维护及拆井。降水运行期间，设专人对降水情况进行观察，并详细记录出水量、水位、水泵运行状况，发现异常情况，及时处理。降水井抽出的水就近排入施工场地排水系统。主体结构完成后，将深井作为泄水孔封堵。

1 在工程实践中，由于管井降水不当引发的地基土松散、沉陷屡见不鲜。主要原因分析如下

图1 采用管井抽水带出的大量粉土、粉砂颗粒

图2 降水井周边发生严重沉陷，持力层被破坏

（1）降水井的滤料级配不合理，颗粒不均匀，滤料颗粒之间间隙偏大，导致降水过程中，地层中的粉土、粉砂颗粒伴随地下水渗流而被抽出。

（2）进水管的滤网不规范，目数不够，难以有效过滤也是导致土层细小颗粒流失，地层结构破坏的原因。

（3）降水设计计算及管井深度、间距布置不合理，井水位降深过大，导致井内外水头梯度过陡，土颗粒被水带出，形成渗流破坏。

如图所示，某工地采用坑内管井降水，抽出大量粉土粉砂颗粒，导致降水井周边沉陷明显，地基持力层遭到严重破坏[2]。

2 预防措施

（1）严格按相关操作规程做好管井的成孔、安装、洗井，管井的滤管宜采用无砂混凝土滤管、钢管或铸铁管，滤管外径不宜小于200mm，管井成孔直径应满足充填滤料的要求。

（2）井管与孔壁之间充填的滤料宜选用磨圆度好的硬质岩石成分的圆砾，不宜采用棱角形石渣料、风化料或其他黏质岩石成分的砾石。且滤料规格宜满足下列要求：

D50=6 d50∽d50式中 ：D50------小于该粒径的填料质量占总填料质量50%所对应的填料粒径（mm）

d50-----含水层中小于该粒径的土颗粒质量占总土颗粒质量50%所对应的土颗粒粒径（mm）

滤料的不均匀系数应小于2。

（3）充填滤料后应及时洗井，洗井应直至过滤器及滤料滤水畅通，并应抽水检验井的滤水效果。

（4）在抽降水过程中，由专人负责观测井水位变化及基坑地下水位变化，并且密切观察水质情况，若发现水体浑浊，则说明发生了土体颗粒流失，应立即废止该井，采取其他补救措施[3]。

3 发生沉陷破坏后的应对处理

（1）由原勘察部门查明地基破坏的范围和深度，宜采用钻探与触探相结合的方式进行，与原勘察原始数据进行比对分析。

（2）采用注浆加密方式对破坏地层进行修复补强，对降水井采用砂石充填，井中及井外围一定范围内设置注浆管，注浆孔间距、注浆压力、水灰比、添加剂等遵循相关规范规程的规定，注浆施工单位应编制专项方案报监理单位审核审批后，严格按注浆工艺要求实施。

（3）注浆处理完成，过了浆液凝固期后，再由原勘察部门对注浆效果进行检验、检测，对注浆处理后地层的均匀性和承载力进行分析评价。

（4）根据本区段注浆补强的检验、检测结果，原结构设计人员分析确定是否需要采取必要的建筑措施或结构措施，以减少加固地基和原天然地基可能发生的沉降差异对建筑物的不利影响。

通过对几个类似事故的处理，按以上方式应对，效果显著，地基整体沉降均匀稳定，所涉及工程项目均顺利竣工。