大型深基坑降水施工技术中国二十冶集团有限公司 杨 前摘要：宝钢1880热轧工程为宝钢新建项目，位于月罗路以北，经十五路以西，设备基础为箱型基础，基础长为517.4米，宽78m,开挖深度为-7.8～-16.595米因宝钢地区地基属长江口三角洲沉积层，土质颗粒细、含水量高、透水性差，对大面积、深基坑施工的影响非常大，所以降水施工工序在基坑开挖与地下构筑物施工期间起到了关键作用关键词：渗透系数—地下各土层中所含地下潜水单位时间内流动的速度真空度—抽水机组工作时所产生的副压力效能潜水—大气降水为主要补给来源，赋存于地下各土层中，基坑开挖时会逐步渗入开挖部位，造成基坑边坡失稳承压水—位于地下水系发达土层中，该水系与其他水位较高处水系相连，有一定的压力，对超深基坑的危害很大1 工程概况上海宝钢三热轧工程位于纬十二路以南（纬十二路宽度由15m改为7m），新建4号连铸工程主厂房东侧，其板坯库与现有二炼钢火焰清理机主厂房相接（1580mm热轧板坯库），南移的月罗路以北，经十五路以西本工程设备基础为箱型基础，主要包括粗轧、精轧、卷取及电气室等基础其中冲渣沟最深处为16.595m，卷取蓄水池为14.10m，主电室地下二层深13.6m。
宝钢的地基属长江口三角洲沉积层，土质颗粒细、含水量高、透水性差，基坑开挖前必须采用强制排水法疏干基坑内积水与封堵基坑四周地下水向基坑的渗透，根据以往宝钢降水施工与土方开挖时实地勘察，-10米以上土层大致可分为4层，（1）杂填土层、（2）黄褐色亚粘土层、（3）灰色轻亚粘土层、（4）灰色淤泥质亚粘土层（部分夹粉砂夹层），渗透系数为0.5～5米/天，所以选用井点时应综合考虑以上各种因素根据地质报告，拟建场地地基土的构成与特征自上而下分述如下：（1） 杂填土，地层编号①1-1，松散，层底标高3.36～-0.75m,层厚为0.80～5.20m2） 素填土，地层编号①1-2，松散，层底标高2.50～-0.32m,层厚为0.40～2.70m （3） 浜填土，地层编号①2，松散，层底标高0.79～-0.73m,层厚为0.40～2.00m （4） 粉质粘土，地层编号②，软塑～可塑，层底标高1.78～-0.35m,层厚为0.50～3.10m，中等压缩性5） 粉质粉土，地层编号③2-1，松散～稍密，层底标高0.40～-2.35m,层厚为0.50～3.50m，中等压缩性6） 砂质粉土，地层编号③2-2，稍密，层底标高-2.34～-6.28m,层厚为1.40～7.00m，中等压缩性。
7） 淤泥质粉质粘土，地层编号③3，流塑，层底标高-4.52～-7.36m,层厚为0.30～3.60m，高压缩性8） 淤泥质粘土，地层编号④，流塑，层底标高-14.75～-18.71m,层厚为8.90～12.40m，高压缩性9） 粉质粘土，地层编号⑤1,软塑～可塑,层底标高-24.73～-29.28m,层厚为7.45～11.90m,中等偏高压缩性2 井点布置：根据地基与基础施工规范，一、二级轻型井点适用渗透系数为0.1~80米/天，所以选用一级与二级轻型井点降水，基坑较宽又较深的部位，当中设置真空大井降低水位与排除滞水，2.1 井点的平面布置本工程设备基础为箱型基础，基础长为517.4米，宽78m,开挖深度为-7.8～-16.595米根据该工程各部位基础底标高及特点，结合业主提供的地质勘察报告，综合考虑土层地质情况，井点布设采用两级轻型井点降水环形封闭整个基坑一级轻型井点从-1.5米平台沉设，二级轻型井点从-5.5m平台沉设由于基坑宽度较大，中间滞水无法及时排出，轻型井点降水坡度曲线达不到要求，因此在基坑中部，设置真空大井做过渡井点，易于基坑当中的滞水疏干，为土方开挖的顺得进行创造条件。
以上三张平面图为建筑分公司、市政分公司根据二十业冶项目部统一部署绘制而成，降水施工任务由建筑分公司承担2.2 井点的高程布置井点高程布置依据公式 L=h+H+ir+0.5（m）来确定式中：L—井点管长度；h—井点露出地面长度；（取0.2）；H—地面至基底深度；i—水力坡度（取0.1）；r—基坑计算半径井点布置高度为L=0.1+10.6+1.7+0.5=12.9（米）一级轻型井点从-1.5米平台沉设，井点过滤头位于-6.5~-7.5米（③3层土），二级轻型井点从-5.5米平台沉设，井点过滤头位于-11.5~-12.5米，真空大井从地面沉设，井点过滤头位于-15~-17.5米（④层土）；一、二级轻型井点可以快速疏干基坑内部集水及封堵基坑外部地下水地下水向基坑内渗透，真空大井过滤头位于-15~-17.5米，可以疏干基坑当中滞水及弥补降水坡度曲线的不足，保证基坑的顺利开挖2.3 基坑总涌水量与井点数量计算 1）基坑总涌水量的确定依据公式 Q=1.366K（2H-S）S/lgR-lgr0（m/d）确定基坑总涌水量式中：Q为基坑总涌水量；K—土层渗透系数 5.2610-5cm/s=0.0455m/d（地质报告）；S—基坑中心水位降深 10.1（m）；H—潜水含水层厚度 13.9（m）；R—抽水影响计算半径 15.7+39=54.7（m）；R0=1.95S(HK) 1/2；r0—基坑计算半径 39（m）；Q=1.3660.0455（213.9-10.1）10.1/lg54.7-lg39=74.07（m3/d）2）井点根数的确定：a 单井抽水量q的估算单井抽水量采用公式q=65πdLK1/（m/d）来确定式中：d—井点过滤器直径（m）；L—井点过滤器长度（m）；K—土层渗透系数（m/d）； 单井抽水量q=653.140.0510.0455=0.464（m3/d）b 理论所需井点根数n井点数量：n=1.1Q/q（根）式中：Q—基坑总涌水量（m/d）；q—单井抽水量（m/d）；井点数量n=1.174.04/0.464=175（根）c 井点根数确定根据理论计算结果，应选取1.2倍的储备系数，轻型井点的沉设间距取1.2~1.6m。
依据集水总管中上支管排设情况及以往施工经验，轻型井点间距定为1.5m，根据基坑实际开挖面积确定一级轻型井点900根，二级轻型井点为856根为了弥补轻型井点高程上的不足及将基坑中间部位的滞水及时抽除，在基坑中部布置真空深井，进行降水，确保土方的顺利开挖2.4 承压水对基坑影响计算基坑大面积开挖深度为-9.6m，局部开挖深度为13~14.1米（地基采取加固措施），根据地质资料第一层承压水水头位于⑦1、⑦2土层中，标高为-48.04~74.68m，根据上海市《基坑工程设计规程》抗管涌安全系数公式计算承压水位降深值Ks=V土h/HVw ≥1.05式中：V土----土密度（取1.8T/m）Vw----水密度（取1T/m）h----基坑坑底至承压含水层顶板的土体厚度（33.94m）H----承压水头高度至地下承压水位埋深的距离（26.64m）Ks=V土h/HVw=33.941.8/26.641=2.29KS ＞1.05 基坑安全3 主要实物量：如考虑四面环形封闭，一级轻型井点延长米为1349米，抽水机组为33套；二级轻型井点延长米为1284米，抽水机组为31套；真空大井为36口，布置在基坑当中，在土方开挖时配合拆除。
4 施工进度施工进度结合二十冶总体施工进度安排进行施工，分段分降水井点类型先后开工最早施工的是一级轻型井点，须运行至砼结构施工至地面，二级轻型井点运行至砼结构施工至与井点沉设平面；真空大井需运行至土方开挖时配合拆除，具体施工进度与时间安排以二十冶总体安排为准井点沉设进度为一级轻型井点每组每天（24h）25~30根；二级轻型井点如采用套筒冲枪成孔每组每天（24h）3~6根，考虑到二级轻型施工效率比较低，无法满足施工进度要求，因此二级轻型井点采用大口径导杆式冲抢成孔，成孔时要求控制成孔速度，反冲泥浆时间要延长，这样，二级轻型井点沉设速度可以提高至每班20根，基本上可以满足施工总进度要求；大井每组每天1口；施工时需按此进度安排降水施工班组及调整人员的数量5 施工准备及机具、人员配备5.1 施工准备1） 根据二十冶施工方案编制降水施工作业设计2） 根据降水施工实物量配备人员、设备、机具、材料3） 所用设备、机具、材料等要修配完善，清洗干净4） 提前做好各项交底工作，让每一位施工人员对本次施工 的特点及降水质量要求都有一个充分的了解5.2 施工机具 机具设备明细表序号设备名称数 量规格型号主要工作性能指标备 注1 成孔设备支导杆.2支、大口径导杆式1只9米2 水泵6…套扬程40米3 汽车吊2~3台20吨4 潜水泵60台扬程26米5 抽水机组60~70套JSJ-60吸程8米6钻孔机1台GPS-30钻孔直径600~800毫米7坦克吊1台50吨8潜污泵6台扬程30米9真空泵6台W4-15.3 施工人员组织及施工人员配备表管理网络图建筑分公司项目经理项目副经理项目总工程师技术质量部物资设备部工 程 部经营计划部综合办公室降水项目负责人技术负责人质量负责人施工负责人安全负责人经营负责人材料员大井施工组 井点施工1组 井点施工2组 维护施工组 劳动力资源配置计划序号 工种 人 员施工 数工序水道工起重工钳工钢筋工水泥工电焊工运转工电工辅助工总人数备注1一级轻型井点20人2人2人8人2人34人2二级轻型井点14人2人2人6人2人26人3真空大井点12人1人2人4人2人23人4井点维护6人2人2人10人5.4 用电总容量：每套轻型井点运转时用电量为7.5KW/h，每套真空大井运转时用电量为40KW/h，轻型井点施工时每套成孔设备的用电量为40KW/h，大井施工时用电量为100KW/h，井点施工数量确定后可根据以上参数值计算降水用电总容量。
6 主要施工方法与技术要求：本工程降水使用的井点、集水总管、真空深井管材全部为UPVC管材，这是首次将《UPVC管材降水施工技术》全面应用于大型基坑降水工程中6.1 UPVC真空深井降水是在未开挖的基坑中间部位用钻孔机成孔，然后沉入深井，填入过滤料，填好后将井洗净，在安装水泵与自动装置，封堵井盖，安装真空吸管与排水管5~8口深井为一组，每组深井设置一台真空泵抽取井内空气形成真空，深井内水位上涨至一定高度时，水泵自动运转将井内集水排除，水位下降至一定高度时水泵停止运转，如此往复，达到降水目的6.2 UPVC轻型井点降水施工工艺同钢管井点一样，先用冲枪成孔，然后沉设井点、填砂、封井点孔、锁泵、运转、拔除 工艺流程图真空。