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1、深基坑开挖冒砂、管涌应急降水施工工法1 前 言1.0.1 随着城市建设的高速发展，建筑规模越来越大，超大、超深的地下室越来越多，更多的大型建筑开始树立在河岸边。地下渗透性较好的土层往往与河水相贯通，地质资料不可能完全准确的反映地质状况，基坑外侧的止水帷幕很难完全切断此部分联系，勘探孔也可能成为地下水的通道，随着基坑的开挖底部砂水从基坑内冒出，甚至会出现管涌现象，这时就需要采取一定的应急降水措施。土方工程中往往在基坑开挖前采用轻型井点降水预防冒砂、管涌现象的出现，但此类方法只能满足涌水量较小且降水深度较浅的工程，对近河岸边深基坑工程作用有限；而且当土方开挖较为顺利，不产生冒砂、管涌现象时，则此类
2、措施变得有些多余。我公司在多个近甬江边的工程中，出现基坑冒砂水问题，采用管井应急降水施工工法效果明显，为工程建设解决技术问题，费用低，影响工期少。为此我们把这个技术形成工法来指导同类工程的施工。1.0.2 地下水引起冒砂、管涌应急降水施工工法在2008年2009年分别应用于宁波书城标段工程、宁波和丰创意广场标段工程等多项工程。2 工法特点2.0.1 方便工程施工。在土方开挖过程中发现有冒砂、管涌的迹象时可立即采取管井应急降水施工工法，管井降水单个井点有效降水半径大，所需布置的井点较少，并可在土方开挖的同时根据现场实际情况来布置降水井点，能最大程度的减小对挖土施工的影响。2.0.2 解决基坑冒砂
3、水效果明显。管井应急降水施工工法能实现较大降深，对基坑开挖深度较深，涌水量较大的工程有很好的效果。2.0.3经济合理，降低工程造价。深基坑冒砂水问题，很有可能是因为地质起伏原因，止水帷幕未完全切断地下土层与河水的联系，致使基坑开挖后水位一直得到周边河水的补充，并未随土方开挖而下降。按照以往的工程经验，一般采用加长止水帷幕或基底注浆的方法，而采用管井应急降水的施工工法能大大的降低施工成本。2.0.4 管井应急降水采用旋挖桩机成孔，一台桩机一天能成孔56个，施工工期短，施工工艺简单。3 适用范围3.0.1 本工法适用于：1 基坑临近江河，部分土层含水量大、透水性较好，止水帷幕未完全切断地下土层与河
4、水的联系，在基坑开挖过程中出现冒砂、管涌的迹象。2 基坑深度或局部坑中坑深度较深，地下土层中有承压水，基坑开挖过程中坑底冒砂水。3 本工法也可用于解决地下室上浮问题，在地下室周围采用管井应急降水降低地下水位。4 工艺原理4.0.1 坑内管井排水，管井深度可以根据工程需要确定，不受设备和平面位置的限制。4.0.2 坑内孔位少，在土方以及结构施工中可持续降水，埋在土体中部分为有效部分，管井随土方开挖，割除露出部分，影响少。4.0.3 管中原位观察水位，以估算水位下降情况。图4.0.1 管井应急降水示意图5 工艺流程及操作要点5.1 工艺流程5.1.1 地下水引起冒砂、管涌应急降水施工工法工艺流程：
5、冒砂水现象观测、分析编制管井应急降水施工方案试验抽水根据现场实际情况布置降水点旋挖钻机成孔成井、下放滤管开始抽水、做好水位及沉降观测记录封堵管井5.2 设计要点5.2.1 降水管井设计1 水文地质参数根据地质勘探报告，并考虑近几年来本场区地下水变化、地下水位的季节变化以及临近江河每日、每季的潮水情况，结合试验抽水所得参数，综合确定本场区的水文地质参数。2 计算模型选择承压水的降水要求需满足降压要求，水头须降低至承台垫层底0.5m以下，承压水采用完整井，因此承压水的基坑涌水量计算选用承压完整井模型。如图5.2.1。3 均质含水层承压完整井基坑涌水量计算 本工法中考虑的基坑均临近河岸，因此基坑涌水
6、量Q： （5.2.1-1）式中:k为含水层的渗透系数M为承压含水层厚度（m）H为基坑水位降深（m）b为河岸边至基坑中心的距离（m）为基坑等效半径（m）当基坑为圆形时，基坑等效半径取圆半径；当基坑非圆形时，对矩形基坑的等效半径按下式计算：，、分别为基坑的长短边；对不规则形状的基坑，其等效半径按下式计算：，A为基坑面积。4 降水井井点数量n （5.2.1-2）式中：Q为基坑涌水量（m3/d）q为设计单井出水量（m3/d），按经验公式确定，为过滤器半径，为过滤器进水部分长度，k为含水层的渗透系数。图5.2.1 均质含水层承压水完整井涌水量计算简图5.3 管井应急降水施工5.3.1 试验抽水基坑开挖后
7、，为检测基坑内的水位变化及测算透水层经过基坑开挖后的水文地质情况，为后续基坑开挖施工及井点降水方案初步确定提供水位地质资料，先在基坑中心钻孔进行试验抽水。钻孔抽水试验是野外测定含水层渗透性的一种直接有效的方法，为较准确的了解下部微承压水层目前的渗透性，在透水层采用单孔、1-3个落程的抽水试验（根据稳定情况改变涌水量），试验方法采用稳定流，抽水试验的类型、下降次数及延续时间应按照供水水文地质勘察规范（TJ27-78）及城市供水水文地质勘察规范中有关规定执行。1 钻探：1）钻孔结构：孔斜应小于1/1000m，孔径为250mm。2）岩芯采取率：成孔前先进行钻孔取芯，透水层岩芯采取率应大于80%。3）
8、岩芯放置：全孔岩芯需从左到右，按先后顺序排列整齐，并粘上标签以备检查和拍照。4）孔深：预测孔深（从自然地坪起算），具体根据透水层顶标高和厚度确定，孔深在透水层下3m。2 成井：井径为108mm左右，在含水层位置下入桥式滤水管，滤水管外包铜丝布，沉砂管长3-4m，沉砂管底部用木头封死。井口高出地面40cm以上，滤水管外部填一层石英砂作为反率层，滤水管上部干黄泥进行止水。井管下好后，井管周围用土回填压实。3 洗孔：抽水试验前按原地质矿产部水文地质手册中洗孔要求进行洗孔，要求基本达到水清砂净，洗孔前后均需测量静止水位。4 试验抽水：抽水试验采用单孔，需1-3个落程抽水试验（根据稳定情况改变涌水量）。
9、抽水前，静水位应每30min观测一次，2h内变幅不大于2cm视为稳定。试验应进行3次降深，各次降深间的差值宜相等，并确定稳定流抽水的最大降深。抽水开始后的第5，10，15，20，30，40，50，60min，各测一次动水位和出水量，以后每隔30min观测一次。在抽水停止后第1，2，3，4，6，8，10，15，20，25，30，40，50，60，80，100，120分钟各观测一次水位，以后每半个小时观测一次，直至完全回复为止。水位观测同时进行水温测量，每1小时测一次，并在稳定后取水样一组。5.3.2 布置抽水点为了确保坑内水位能整体均匀下降，我们将根据计算所得降水井的数量，在基坑内均布抽水管井，
10、用以疏干和降低潜水、承压水水位。降水管井的布置需避开冒砂点，以防管井施工时发生管涌现象，并应在原冒砂部位覆土。5.3.3 旋挖成孔旋挖钻进成孔工艺：旋挖成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。对粘结性好的岩土层，可采用干式或清水钻进工艺，无需泥浆护壁。1 桩位放样按照施工方案的布置，采用全站仪准确放样各桩点的位置，使其误差在规范要求内。2 钻机就位钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好。保证钻机工作正常。3 埋设钢护筒钢护筒埋设工作是旋挖钻机施工的开端，钢护筒
11、平面位置与垂直度应准确，钢护筒周围和护筒底脚应紧密、不透水。在钢护筒周围对称均匀地回填最佳含水量的粘土，要分层夯实，达到最佳密实度，。以保证其垂直度及防止泥浆流失及位移、掉落。如果护筒底土层不是粘性土，应挖深或换土，在孔底回填夯实300-500mm厚度的粘土后，再安放护筒，以免护筒底口处渗漏塌方，夯填时要防止钢护筒偏斜。4 钻孔施工开孔时，以钻斗自重并加压作为钻进动力，当钻斗被挤压充满钻渣后，将其提出地表，操作回转操作手柄使机器转到土方车的位置，将钻渣装入土方车，完毕后使其再次回到钻孔作业位置，同时观察并记录钻孔地质状况。5 地质情况记录地质情况记录按相应地质相关表记录；旋挖钻机钻进施工时及时
12、填写钻孔记录表，主要填写内容为：工作项目、钻进深度、钻进速度及孔底标高；钻孔记录表由专人负责填写，交接班时应有交接记录；根据旋挖钻机钻进速度的变化和土层取样认真做好地质情况记录，每处孔井必须备有土层地质样品盒，在盒内标明各样品在孔井所处的位置和取样时间。钻孔达到预定深度后，观察所取土层的样品，是否穿透透水层，孔深必须在透水层以下3m。6 成孔检查成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查，不合格时采取措施处理。成孔检查方法根据孔径的情况来定，当钻孔为干孔时，可用重锤将孔内的虚土夯实，直接用测绳进行测量。7 清孔通过清孔确保孔井的质量指标、孔底沉渣厚度、循环液中含钻渣量和孔壁泥垢等
13、是否符合质量要求，采用正循环回转钻进技术的清孔方法为：孔井终孔后，将钻具提高20-50cm，采用大泵灌入清水，并维持正循环30min以上，直到清除孔底沉渣且使孔壁泥质、泥浆含砂量小于4为止。5.3.4 管井施工为保证抽水时砂土不被带出，在制作降水井时，需解决好过滤装置问题。井管下沉前应清洗滤井，冲除沉渣。用300波纹管制作成花管（封底），管上孔间距为10-15cm，布置于凹处，四周用40-60目尼龙网包裹，放入孔中，外部再填满石英砂，作为过滤层，地面下0.5米范围内用粘土填充夯实。 图5.3.4降水井结构图5.3.5 抽水为保证地下水位低于施工面，方便挖土施工，在开挖期间派专人进行水位监测，对
14、每一口管井、每一次抽水时间、抽水量大小以及水位降深进行现场记录，及时抽去地下水，采用测绳测量保证水位低于承台垫层底0.5m。为确保施工安全，对基坑降水井处的地面沉降和周围建筑物的变形进行每日监测，做好监测记录，并要求围护结构的监测单位增加测量频率。5.3.6 管井保护本工法在基坑内均布管井，土方开挖期间需派专人进行保护，挖土机尽量远离管井，防止对其的挤压、碰撞。波纹管挖出一段后需立即采用人工割除，尽量减小对挖土作业的影响。做好孔口保护工作，防止土体掉入管内堵塞降水井点。5.3.6 管井封堵全长在浇筑底板混凝土之前一直对管井进行抽水，潜水泵上部安放直径300mm、5mm厚铁板，预留5cm孔径穿水
15、泵的抽水管，先往井中倒入0.5m高粘土球再在其上部浇筑混凝土，混凝土需添加膨胀剂和速凝剂。封孔期间管井一直处于抽水状态，待混凝土倒至底板底下3m高度时，割断抽水管，上部再用混凝土密闭封堵。待管井封闭后，其上部铺设防水毯，以保证底板施工完毕后不出现渗水现象。 图5.3.6管井封堵示意图6 材料与设备6.1 材料1 波纹管：要求环刚度高、弯曲性好、耐压、耐腐蚀性强，管材两头波谷中需嵌有密封胶圈，且需具有很好的防水密封性。质量符合波纹管膨胀节通用技术条件（GB/T12777-99）的规定。2 不锈钢桥式滤水管：要求滤孔间隙在0.5-1.5mm，阻砂效果好。井管参照结构用无缝钢管（GB816287）、焊接钢管（GB309282）、连续铸铁管（GBT324487）执行。 3 尼龙网：抗拉性能符合要求，筛网尺寸在40-60目/寸， 同时满足工业用金属丝编织方孔筛网（GB/T 53
