1、含承壓水設隔水帷幕粘性土地層中深基坑管井加真空降水施工工法1.前言在我國長江三角洲地區，廣泛沉積了巨厚的第四級松散地層，其中普遍發育有多層厚度穩定的承壓含水層和含水量較高的軟土層。同時長三角地區又是我國經濟發展較快地區，目前地鐵車站中深、大基坑施工已涉及這些層，基坑底板已進入到承壓含水層。承壓含水層對基坑開挖的威脅越來越大，施工降水的難度也日益加大，尤其在軟土發育的長三角地區，基坑開挖與降水引起的土體變形對環境的影響成為人們關注的焦點。無錫地鐵1號線大學城站，影響工程施工的地下水主要是淺層孔隙潛水和孔隙微承壓水及埋深較深的第承壓水。做好大學城站施工期間，尤其是開挖過程中降水工作，避免坑底突涌，

2、防止坑壁土體坍塌，保證施工安全和減少基坑開挖對周圍環境的影響，具有十分重要的意義。中鐵一局集團在施工中采用承壓水設隔水帷幕粘性土層中降水管井加真空的降水方式，對粘性土層中基坑開挖范圍內潛水進行降低水位，承壓水降低水頭的辦法，保證基坑施工安全，減小降水引起地面沉降方面效果明顯，技術先進，故有明顯的社會效益和經濟效益。 2.工法特點2.1 在粘性土中采用降水管井加真空，降水效果顯著。2.2將水位監測孔的數據處理和信息反饋技術應用于施工，利用監控量測指導施工，動態修正施工方法，確保施工安全、快速。2.3 降降壓井布置在坑內，施工作業占地面積小、方便、經濟合理。 3.適用范圍粘性土地層，滲透系數6.1

3、0×10-8 cm/s,3.18×10-5cm/s）車站基坑開挖施工降水需要。4.工藝原理采用“隔水帷幕”的方式，基坑采用地下連續墻鋼支撐的圍護結構方式。地下連續墻使潛水含水層坑內外失去水力聯系，坑內降水對坑外影響較小，甚至無影響。而圍護結構對坑內潛水層增加了一個封閉的不透水邊界。在這種工況下，疏干井布置在坑內，成均勻分布，由于坑內外地下水失去了水力聯系，坑內水位降低后，側向補給為零（如果圍護結構不漏水），坑底會有一部分水補給，坑底主要為粘土和粉質粘土層，補給量很小。疏干井一般超過開挖面35m,而不超過隔水帷幕深度。在承壓含水層對基坑開挖造成影響地段，設置降壓井降低承壓水水

4、頭。5.施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程施工準備降水井管井成孔清孔、下井管 圍填砂礫、填泥封孔洗井、下泵試抽水加真空、預抽水降水運行封井5.2操作要點5.2.1 降水管井施工降水管井的數量、分部、深度根據基坑形狀、大小和降水深度要求等因素確定。管井鉆進采用第四系松散地層回轉鉆進。鉆進過程中為防止井壁坍塌，掉塊、漏水以及鉆進高壓含水、氣層時可能產生的噴涌等井壁失穩事故，采用泥漿護壁，保持井內液體壓力與地層側壓力（包括土體和水壓力）平衡。回轉鉆進法施工（成井施工工藝流程參見圖-1，洗井示意參見圖2），施工中的具體要求有如下幾點：井管、過濾器制作鉆機就位，對中整平井管、過濾器驗收鉆進成孔、泥

5、漿護壁終孔驗收，下井管圍填砂礫、填泥封孔洗井、試抽水圖-1 管井施工工藝流程圖圖5.2.1-2 空壓機洗井結構示意圖1、井管應無缺損、裂縫，彎曲等缺陷，管端面與管軸線垂直，保證井管連接后垂直。2、井管應有足夠的抗壓、抗拉、抗彎強度，以保證井管能承受井壁地層和濾料的側向壓力。3、井管管井應滿足抽水設備的要求；4、井壁應光滑、圓整，以保證抽水設備順利安裝和洗井施工；5、過濾器應有較大空隙率，以盡可能增加管井的出水量；6、井管材質應無毒，對地下水無污染；7、井管應安裝在井正中，以保證濾料厚度均勻，井管安裝應設置找中器；8、井管應坐落在原狀土層上，不能懸空，避免井管下沉；9、井管連接應圓直、牢固，井管

6、偏斜度小于1°，安裝位置偏差小于±300mm；10、井管底部應封底。圍填砂礫將濾料投入到過濾管與井壁之間環狀間隙中的工序。填砂礫直接影響管井質量，施工質量不好直接導致管井報廢。濾料數量按下式計算：V0.785(D2-d2)L*式中V-濾料數量；D填礫段井徑；d過濾管外徑；L填礫段長度；超徑系數由于井管較淺采用靜水填礫法，填礫時從管口返出的泥漿應導流回井內，防止井內泥漿面下降過大造成井壁坍塌。填料時沿井管四周均勻連續填入，隨填隨測。洗井施工洗井是成井工藝中一項非常重要的工序。洗井的目的主要有以下幾個方面：1、清除井內泥漿和附著于井壁上的泥皮；2、抽出滲入到含水層中的泥漿和細小

7、顆粒，使過濾器周圍形成滲透性良好的圓環帶，增大管井出水量 3、降低井水含砂量。 采用活塞和空壓機聯合洗井，以活塞洗井為主，空壓機洗井為輔的洗井方法。為防止活塞被卡于井內，活塞的外徑應小于井管內徑0.51.0cm。活塞洗井使井內水位震蕩，反復進行直至出水變清。洗井過程中活塞不得在孔內停留，以免水中砂子沉淀，將活塞卡主。洗井應反復進行直至水清。5.2.4試驗抽水為檢測管井的出水性能，必須對穩定流狀態下的抽水能力進行試驗。測量靜止水位 檢查抽水設備，測量水量 含砂量測定加真空預降水降水井經驗收完畢，在開挖前20天對疏干井進行加載真空負壓開始運行，以保證開挖范圍內土方的干開挖。加載負壓真空抽水時，每4

8、口井配備1臺真空泵，每口井單用一臺潛水泵，要求潛水泵的抽水能力應滿足單井的最大出水量，預抽水期間真空管路的真空度大于-0.06MPa，潛水泵和真空泵同時開啟，抽水安裝示意圖見圖1。圖1真空負壓疏干井抽水示意圖降水運行由于基坑開挖是分段、分層由淺入深逐步進行的，對降水來說也不需要將地下水位一次降至基坑設計開挖深度。對由于降低基坑下部承壓水含水層水位能較敏感的引起周圍地面變形，引起周圍重要建筑物沉降。為保護基坑開挖安全易為保護環境，施工時，應盡可能少的抽取地下水。對不同抽水量的情況下，精確計算降水目的含水層的水位降，使基坑開挖施工得到安全保證的基礎上，盡可能把由于降水引起對環境的影響降到最低限度。

9、周邊環境監測根據基坑周邊環境復雜程度，如地下管線、重要標志性建筑等進行監測指導施工。降水過程中監測項目主要包含如下幾種：周邊地表沉降臨近建、構筑物沉降和傾斜觀測周邊地下管線的垂直和水平位移監測坑外淺層地下水水位監測基坑坑底土體回彈坑外孔隙水壓力及分層沉降監測5.3勞動力組織（見表5.3）。表5.3 勞 動 力 組 織 情 況 表 序號單項工程所需人數工作職責1項目負責人1統一指揮，負責協調，降水資料收集及數據分析，負責地下水位實時監控2技術人員2負責現場指導作業3管井施工12管井鉆孔、下井管，圍填砂礫，洗井4電工3負責施工現場降水電路布置，負責降水設備、電路系統檢查工作承壓降水期間24小時值班

10、，確保供電系統正常電源切換時位于雙向閘刀位置，接到發電機工的指令，迅速切換電源5發電機工2承壓降水期間24小時值班，確保停電時能夠立即以最快速度啟動發電機組，及時供電平時做好發電機組的保養維修工作6降水人員4負責水位觀測，原始數據采集24小時值班，保護抽水設備挖土期間保護降水井，防止降水井破壞降水期間負責現場巡邏，密切注意用電情況，一旦停電立即通知發電機工和電工電源切換時位于各降壓啟動箱和分電箱位置，根據啟動箱指示燈狀態或電表狀態隨時對各降水井進行開啟合 計 24人6.材料與設備本工法無需特別說明的材料，采用的機具設備見表6。 表6 機 具 設 備 表 序號設備名稱設備型號單位數量用途1成井鉆

11、機GPS-10型臺1鉆井施工2泥漿泵3PNL臺1提供循環泥漿3電焊機ZXF臺1井管連接4空壓機ZV臺1洗井5潛水泵QDX3-25-0.75臺9抽水6潛水泵QX3-35-1.1臺7抽水7真空泵2S-185臺4形成負壓8測繩30m根2測井深7.質量控制7.1工程質量控制標準管井施工質量執行建筑地基基礎工程施工質量驗收規范。管井施工允許偏差按表執行。表7.1.1 降水施工質量檢驗標準 序號項 目允許偏差（mm）檢驗方法單位數值1排水溝坡度12目測：坑內不積水2井管垂直度1插管時目測3井管（點）間距（與設計比）150用鋼尺量4井管（點）插入深度（與設計相比）200水準儀5過濾砂礫料填灌（與計算值比）5

12、檢查回填料用量井點真空度：輕型井點kPa60真空度表7.2質量保證措施設備進場前應進行檢修和維護保養，確保進場設備的完好，保障設備能正常運行。并經項目部驗收合格后方可使用。配備必要的機修器具、零配件和消耗性材料，做好運行階段的日常保養，確保主機設備在施工期間的正常運行能力，保障施工順利進行。并及時做好設備運轉、保養、維修工作記錄表。施工前，項目部各類管理人員須做好向作業層全體人員的技術、質量、安全和文明施工交底工作，使參加施工的每一個人都知道應該做什麼，怎樣去做好。盡量調動每一個人的積極性，爭取實施施工中的全面、全員、全過程的質量控制。規范施工記錄：降水資料由技術人員和現場負責人統一收集、整理

13、、存放，并按要求及時報總承包方和監理驗收。各項記錄應規范和完整，為竣工資料匯總準備好基礎資料。認真驗收，確保材料質量：自購的井管、濾料和焊條等材料均應按規定實施進場質量驗收，及時填寫進場材料驗收記錄。對驗收不合格的產品應予退貨，撤離現場或隔離放置，并做好不合格標記。只有經驗收合格的材料才能投入使用，并掛牌加以標識。 應在保障降水施工計劃用電量的基礎上注意供電正常與否，若發生計劃停電或線路臨時修理停電情況時，應及時預先通知，預防降水中途突然停止作業，影響基坑開挖的后果。對生產作業中發現的工程質量問題，質量員應及時組織有關當事人進行不合格評審，判定其性質，分析其原因，制訂整改措施，及時加以落實，并

14、對結果進行驗證記錄。同時針對不合格原因制訂糾正、預防措施，防止同類質量問題再次發生。定時巡視降排水運行情況，及時發現和處理系統運行的故障和隱患。按要求觀測水位和頻次，及時了解開挖過程中的水量變化情況，并根據水位變化情況，調整水泵地段和開泵數量，盡量減少地下水的排放量。8.安全措施8.1認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，根據國家有關規定、條例，結合施工單位實際情況和工程的具體特點，組成專職安全員和班組兼職安全員以及工地安全用電負責人參加的安全生產管理網絡，執行安全生產責任制，明確各級人員的職責，抓好工程的安全生產。8.2施工現場按符合防火、防風、防雷、防洪、防觸電等安全規定及安全施工要求進行

15、布置，并完善布置各種安全標識。8.3電力開關柜及動力配電箱要上鎖，要做好防雨防砸等防護工作。其放置地點要安全、平穩，周圍無雜物堆放。 8.4氧氣瓶與乙炔瓶隔離存放，嚴格保證氧氣瓶不沾染油脂、乙炔發生器有防止回火的安全裝置。8.5施工現場的臨時用電嚴格按照施工現場臨時用電安全技術規范的有關規范規定執行。8.6 基坑管涌、流砂現象處理措施：當基坑內出現較嚴重的管涌或流砂時，立即停止基坑開挖及降水，必要時采取灌水反壓或堆料反壓。當管涌、流砂停止后，可通過注漿加固、堵漏處理。8.7施工現場使用的手持照明燈使用36V的安全電壓。8.8建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業中的安全檢查，確保作業標準化、

16、規范化。9.環保措施9.1成立對應的施工環境衛生管理機構，在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章，加強對施工燃油、工程材料、設備、廢水、生產生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有防火及廢棄物處理的規章制度，做好交通環境疏導，充分滿足便民要求，認真接受城市交通管理，隨時接受相關單位的監督檢查。9.2將施工場地和作業限制在工程建設允許的范圍內，合理布置、規范圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。9.3對施工中可能影響到的各種公共設施制定可靠的防止損壞和移位的實施措施，加強實施中的監測、應對和驗證。同時，將相關方案和要求向全體施工人員詳細交底。9.

17、4設立專用排漿溝、集漿坑，對廢漿、污水進行集中，認真做好無害化處理，從根本上防止施工廢漿亂流。9.5定期清運沉淀泥砂，做好泥砂、棄渣及其它工程材料運輸過程中的防散落與沿途污染措施，廢水除按環境衛生指標進行處理達標外，并按當地環保要求的指定地點排放。棄渣及其它工程廢棄物按工程建設指定的地點和方案進行合理堆放和處治。9.6優先選用先進的環保機械。采取設立隔音墻、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允許值以下，同時盡可能避免夜間施工。9.7對施工場地道路進行硬化，并在晴天經常對施工通行道路進行灑水，防止塵土飛揚，污染周圍環境。10.效益分析10.1本工法充分應用地下連續墻隔水帷幕作用，將降壓井設在基坑內，

18、所需施工井的數量減少，降低施工成本 。同時根據開挖的工況分段、分層抽水，降低了地表沉降，保護了基坑周邊管線和建筑物。11.應用實例無錫城鐵1 號線土建工程17標段大學城站明挖車站基坑降水11.1工程概況大學城站主體結構外包尺寸為190.2m（長）×20.3m（標準段寬），地下二層車站，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層，內部結構為鋼筋混凝土箱型結構。北端頭井基坑開挖深度約18.3m，南端頭井基坑開挖深度約17.9m，標準段基坑開挖深度約16.36m左右。車站頂板覆土厚約3.05m。車站采用地下連續墻為圍護結構，墻厚度為800mm，標準段圍護墻墻深29m。基坑開挖深度16.216.5m

19、，基坑開挖底面位于第(6)1-1層粉質粘土中，地下墻墻趾插入(6)2層粉質粘土中；北端頭井圍護墻墻深為32m。基坑開挖深度為18.3m，基坑開挖底面位于第(6)1層粘土中，地下墻墻趾插入第(7)1層粉質粘土中；南端頭井圍護墻墻深為32m。基坑開挖深度為17.9m，基坑開挖底面位于第(6)1層粘土中，地下墻墻趾插入第(7)1層粉質粘土、第(7)2層粉砂（粉土）中。大學城站為地下二層10m寬島式站臺車站，車站有效站臺中心線里程為右CK28+027.404，設計起終點分界里程分別為右CK27+944.404、右K28+133.004。車站外包長度188.6m、標準段外包寬18.7m。本次降水工程主要

20、為地鐵1號線大學城站主體結構基坑具體性質見表11.1：表11.1 基坑工程性質表工程部位開挖深度(m)開挖面標高(m)圍護方式圍護深度(m）主體結構北端頭井18.418-12.968地下連續墻31標準段16.52816.147-11.078-10.6972930南端頭井18.037-12.58732注： 本工程地面標高取平均地面標高+5.45m。根據本工程基坑開挖及基礎底板結構施工要求，降水的目的為：1、疏干開挖范圍內土體中的地下水，方便挖掘機和工人在坑內施工作業；2、降低坑內土體含水量，提高坑內土體強度；3、降低下部承壓含水層及承壓含水層的水位，減少坑底隆起和圍護結構的變形量，防止基坑底部突

21、涌的發生，確保施工時基坑底板的穩定性。為了方便基坑的開挖作業，并且保證基坑的安全開挖,對于主體結構我們需要期疏干開挖范圍內潛水含水層和(3)3層中的含水量。同時，因(6)2-1層夾有粉砂層，屬弱透水層，該層具有一定的承壓性，故降水設計中應考慮該層對基坑的影響，需布置若干該層的減壓降水井。1、(3)2層、(3)3-1層和(3)3層基坑上部的含水層主要為(3)2層粉質粘土夾粉土層、(3)3-1層粉質粘土層和(3)3層粉土夾粉質粘土層，根據土層特性，采用管井進行淺部土層的疏干降水，基坑內水位應控制在開挖面以下1m。2、(6)2-1層工程中主體結構基坑圍護底部位于(6)2層或(7)1層中，基本將(6)

22、2-1層隔斷,且(6)2-1層水量較小，基坑內抽取承壓水理論上不會對基坑外產生影響。故本次減壓降水工程采用將基坑內部分疏干井加深至(6)2-1層來降低承壓含水層的水位的降水方式，以滿足基坑的安全開挖要求。(6)2-1層在本車站均有分布，根據靜探曲線可以看出，南側基坑(6)2-1層砂性較大，而北側基坑(6)2-1層砂性相對較小，降水設計中可根據地層的分布特性合理布置降水井間距。降水井分布圖見圖11.1大學城站主體結構降水井分布圖11.1大學城站主體結構降水井分布圖11.2施工情況根據大學城站水文、地質條件主體結構共布置9口疏干井，7口降壓井。疏干井號為J1J9，深度為22m，濾管埋深為6.001

23、0.00m、12.0015.00m、17.0021.00m，4.0022.00m深度內回填濾料，04.00m深度內填粘土；布置降壓井7口，井號為Y1Y7，深度為28m，其中Y1、Y2、Y6、Y7濾管埋深為6.0010.00m、1217m、2027m，4.0028.00m深度內回填濾料，04.00m深度內填粘土； H2-3H2-7濾管埋深為6.0010.00m、1215m、1720m、2327m，4.0028.00m深度內回填濾料，04.00m深度內填粘土降水井施工自2010年2月27日施工至2010年3月12日完工，后進行抽水試驗，2010年3月20日至21日完成現場降水試驗。1、第一組：單井

24、抽水試驗2010年3月20日9：00對大學城站進行單井抽水試驗，抽水時間為9h。實測Y5初始水位埋深為4.51m，Y7初始水位埋深為4.17m。抽水井Y6單井出水量約為：13.8m3/d。單井抽水試驗相關數據曲線見圖、圖.圖 單井抽水試驗觀測井埋深時間曲線圖 單井抽水試驗觀測井水位降深時間曲線從以上圖表及數據可以看出，抽水試驗初期，觀測孔的水位下降速率較大，隨著時間的延續，增長速率逐漸減小。因現場施工條件的限制，單井抽水試驗抽水9h后被迫停止。抽水9h后，Y5的水位降至6.72m（降深：2.21m），Y7水位降至7.01m（降深：2.83m）。2、第二組：群井抽水試驗2010年3月21日10：

25、00進行群井抽水試驗，抽水時間為20h。實測Y7單井抽水量為16.1 m3/d，Y5單井抽水量為12.0 m3/d。試驗相關關系曲線見圖、圖。圖 群井抽水試驗觀測井水位埋深時間曲線圖 群井抽水試驗觀測井累計降深時間曲線從抽水試驗數據可以看出，在單井試驗的基礎上開啟降水井Y7進行群井抽水試驗，抽水1d后，觀測井Y5水位降至9.37m（累計降深4.86m）。從上圖可以看出，群井抽水試驗初期水位下降速率大，之后速率逐漸減小，隨著時間的延續，水位仍繼續下降。本工程抽水試驗采用降水井為混合型降水井，即同時涉及到（3）3層和（6）2-1層降水，因單井抽水試驗停止后，由于工程降水的需求，開啟了基坑內疏干井進

26、行抽水，致使單井停抽后觀測井的水位仍持續下降。基坑底板抗突涌穩定性驗算本工程實測降壓井初始水位埋深約為4.174.51m，即絕對標高為+1.28+0.94m，含水層的水位隨季節呈周期性變化，本次實測水位與勘察報告所提供（3）3層水位-1.08m相比水位偏高。根據實測水位，選取不利標高+1.28m對基坑底板進行穩定性驗算及基坑穩定性分析，分別見表3-2及表3-3。基坑底板穩定性驗算基坑底板的穩定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應大于安全系數下承壓水的頂托力。即：h·s Fs·w·H，其中：h 基坑底至承壓含水層頂板間距離(m)；s 基坑底至承壓含水層頂板間的

27、土的重度(kN/m3)；H 承壓水頭高度至承壓含水層頂板的距離；w 水的重度(kN/m3)，取10kN/m3；Fs 安全系數，一般為1.01.2，本工程取1.10；圖 基坑底板抗突涌穩定性驗算示意圖1、(3)3層抗突涌穩定性驗算(3)3層為無錫地區松散巖類孔隙弱承壓含水層，對于車站主體結構，基坑開挖面位于(6)1-1層，將(3)3層挖穿，降水過程中則考慮對本層的疏干作用。2、(6)2-1層/(6)3層抗突涌穩定性驗算本工程中視(6)2-1層和(6)3層為同一承壓含水層，初始水位標高取+1.28m，選取鉆孔JC09-DX1作為計算參考孔，含水層層頂標高為-16.64m，本工程(6)2-1層/(6)3層降壓情況見下表：表 基坑底板抗突涌穩定性驗算表（(6)2-1層/(6)3層）工程部位開挖面標高(m)承壓水頂托力(Kpa)上覆土壓力(Kpa)水位降深（m）控制水位標高（m）控制水位埋深（m）北端頭井-12.968197.173.411.25-9.9715.42標準段-11.078-10.697