【摘 要】 高层建筑深基坑降水是深基坑工程中的一个难点，具有技术难度高、不可预见的因素多等特点，因此，应合理的选择降水施工方案，关系到工程施工的成败所在，本文结合具体的工程实例，对深基坑降水设计与施工技术进行分析，可供同类基坑施工时参考。
　　【关键词】 高层建筑；基坑降水；支护设计；分析计算；施工技术
　　1 工程概况
　　该工程基础类型为天然地基上的桩基加箱基基础。桩基采用钻孔灌注桩，其中主楼为Φ850mm为336根（桩长57.35和58.35，进入9–1层粉细砂夹粉质粘土层）；裙房为Φ650mm为384根（桩长为33.55m，进入7–1层粉砂夹粉质粘土层）；广场为Φ650mm为182根（桩长为26.75m，进入6层粉质粘土层）。围护采用地下连续墙二墙合一的围护结构，施工精度要求高。
　　2 工程重难点分析
　　2.1周边环境复杂，保护要求高
　　本工程占地面积约10000m2，总建筑面积约115468m2。基坑面积约7680m2，基坑挖深约15.87m、局部深坑挖深约18.67m，属超深基坑，土方量约12万立方米。且地处市中心闹市区，邻近道路地下有众多管线，周边环境极为复杂。
　　尤其邻近有数幢保护性建筑，另外地铁二号线擦经红线范围，与地下室外墙净距仅3m。为减少对周边环境的影响，因此对基坑变形控制要求极其严格，需确保在施工过程中必须确保地铁的正常运行，因此对基坑变形控制要求高，难度大。
　　2.2文明施工要求高
　　本工程项目地处市中心繁华地区，紧邻居民区，同时施工面广，施工工种多，施工管理难度大，故对周边环境的保护显得尤为重要。
　　本工程施工对周围环境有影响的主要有：降水、基坑开挖、混凝土浇捣、支撑拆除等；施工期间主要环境污染因素有：施工机械噪声及废气影响、产生大量渣土及建筑垃圾、建材堆场及运输车辆行驶产生的扬尘等。
　　2.3施工场地狭小、对施工总体平面布置要求高
　　本工程地处市中心闹市区，现场施工场地狭小，地下室占地面积较大，设计时基本上将地下室撑满整个基地，地下室外边线离开围墙只有4～8m左右，且地下室局部有汽车坡道，基坑开挖后，最窄处仅有2～3m。对施工总体平面布置要求高。
　　3 基坑支护设计
　　本工程基坑面积7680m2，塔楼部位基坑挖深约15.87m、局部深坑挖深约18.67m，共设三道混凝土支撑加局部钢支撑（在地铁侧增设钢支撑斜撑，确保对地铁影响在控制范围内）。
　　4 抗突涌稳定性验算
　　基坑底板抗突涌稳定条件为在至承压含水层顶板以上土重大于水压力，按下式进行承压水位控制：
　　其中，F为安全系数，取1.1；h为开挖深度（m）；D为承压水头埋深值（m）；为基坑底板至承压含水层顶板间的土层重度的平均值，本工程取值18kN/m；为地下水的重度，10kN/m。以该地承压含水层承压水位较高值（承压水位埋深为8.60m）考虑，当开挖深度到17.1m时，开始启动减压井降压。
　　且只有主楼局部电梯坑区域需要降压，最大降压2.67m，其他区域不需要降压。微承压水降压应按照“按需降壓”的原则，根据微承压水头埋深的观测结果确定降压井的运营，在确保上覆土重满足微承压水突涌稳定性要求的条件下，结合土方分层开挖逐渐降低微承压水水头高度。
　　5 对基坑承压水的判断
　　我方根据业主提供的项目工程抽水试验报告及投标图纸，进行基坑突涌稳定性计算，以判别承压水对基础底板（包括局部深坑部位）有无影响，是否需进行降承压水。
　　现选取承压水层——第⑦1层的最浅层顶标高为-34.09m，一般地面标高2.85m，其顶板埋深为36.94m，选取第⑦层的初始水头埋深值为8.04m。根据基础底板的结构图按不同的开挖深度分区域分别进行验算：
　　开挖过程中，基坑底面的安全稳定性，可按下式进行验算。
　　hs·γs>F·γw·hw
　　式中：F——基坑底面突涌安全系数（取1.05）；
　　hs——基坑底面至承压含水层顶板之间的距离（m），计算时，承压含水层顶板埋深取最小值（m）；
　　hw——承压含水层顶板以上的承压水头高度（m）；
　　γs——基坑底面至承压含水层顶板之间的土的层厚加权平均重度，鉴于无详细各层土的容重，暂取18.0kN/m3；
　　γw——地下水的重度（取10.0kN/m3）。
　　基坑开挖深度15.87m
　　hs·γs=（30.5-15.87）×18=260.37kPa
　　F·γw·hw=1.10×10×（30.5-7.2）=256.3kPa
　　满足要求，无需降承压水。
　　深坑开挖深度18.67m
　　hs·γs=（30.5-18.67）×18=209.97kPa
　　F·γw·hw=1.10×10×（30.5-7.2）=256.3kPa
　　所以不满足要求，需降承压水。（当开挖深度达到-16.26m时需开始降承压水）
　　经上述计算，需要在深坑位置布置1口降压井兼观测井。
　　6 疏干井分析计算
　　为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量，坑内疏干井数量按下式确定：根据我公司的降水施工经验，上海地区以淤泥质粘土、粘土为主的潜水含水层中，单井有效疏干面积a井一般为150～250m2，本次取250m2。基坑总面积7680m2，拟布置疏干井36口。
　　7 降水井施工技术
　　7.1成孔
　　采用回转钻机钻孔，确保孔径不小于705mm，考虑抽水期间沉淀物可能达到的沉积高度所产生的影响，成井深度略大于设计深度0.20m，并保证钻孔圆正垂直。钻孔过程中采集土样，核对含水层所在部位与土的颗粒组成。 　　7.2清孔换浆
　　下井管前的清孔换浆工作是保证成井质量的关键工序，为了保证成孔在进入含水层部位不形成过厚的泥皮，当钻孔钻至含水层顶板位置时即开始加清水调浆。钻井至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m，进行冲孔，清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.05，孔底沉淤小于30cm，返出的泥浆内不含泥砂为止。
　　第一次清孔换浆是成井质量得以保证的关键，它将直接影响成井质量，因此施工时清孔换浆工作没有达到规定的要求绝不允许进入下一道工序的施工。
　　7.3下井管
　　井管采用水泥砾石滤水管，每节长2.0m，利用汽车吊分节吊放。井管接头处用尼龙网包裹严密，下到设计深度，顶部高出地面20cm，并采取措施加以临时保护。
　　7.4填滤料
　　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滤料。滤料采用人工沿井孔四周均匀连续填入，滤料填至井口下1m处，其上用粘土回填。滤料采用φ3～7mm干净石屑。
　　7.5深井封闭
　　减压井封闭前将会同设计单位验算基础及结构抗浮力，降水结束前将向设计、监理及业主递交封井止水报告与申请。降水结束后，在±0.00m平台上进行封井，封井结束后通过检验达到效果后再割除井管，然后进行底板与楼板的补洞工作（如下图1）。
　　图1
　　7.6洗井
　　在提出钻杆前利用井管内的钻杆接上空压机先进行空压机抽水洗井，待井能出水后提出钻杆再用活塞洗井，活塞必须从滤水管下部向上拉，将水拉出孔口，对出水量很少的井可将活塞在过滤器部位上下窜动，冲击孔壁泥皮，此时应向井内边注水边拉活塞。
　　当活塞拉出的水基本不含泥砂后，可换用空压机抽水洗井，吹出管底沉淤，其原理如下，当压缩空气通过进气管通到排水管下部时，排水管中变成气水混合物密度小于排水管外的泥水混合物密度，这样管内外产生压力差，排水管外的泥水混合物，在压力差作用下流进排水管内，于是井管内就变成气、水、土三相混合物，其密度随掺气量的增加而降低，三相混合物不断被带出井外，滤料中的泥土成分越来越少，直至清洗干净。
　　当井管内泥砂多时，可采用“憋气沸腾”的办法，即采取反复关闭、开启出水管上的气水土混合物的阀门，使井中水沸腾来破坏泥皮与泥砂滤料的粘结力，直至井管内排出的水由浑变清，达到正常出水量为止。或用潜水泵直接洗井。
　　洗井应在下完井管、填好滤料后立即进行，一气呵成，以免时间过长，护壁泥皮逐渐硬化，难以清除，影响渗水效果。绝不允许搁置时间过长或完成钻探后集中洗井。洗井冲除尘渣，直到井管内排出的水由浑变清，达到正常出水量为止。
　　7.7安装潜水泵及管路系统
　　（1）安装前检查电机及泵体，确认完好无误后方可安装；
　　（2）潜水电机、电缆与接头的绝缘安全可靠，并配有保护开关控制，以确保安全运转；
　　（3）安装过程中保证各连接部位密封可靠不漏气；
　　（4）将水泵、计量装置调整好，保证正常运转；
　　（5）管路在基坑边缘汇入总管，将水排入市政污水系统；
　　（6）管路上裝有真空表、水表、闸阀、单向阀，以便于控制、管理，气管连接处保证密封、不漏气。
　　7.8试抽
　　洗井后，对井管进行单井试抽，如有异常情况，重新洗井，并再次进行抽水试验。
　　8 降水运行
　　8.1基坑内的降水井成井后立即下泵抽水，待抽水2～3d后安装真空泵，待真空复合降水15d左右才能进行开挖基坑。第一道滤水管暴露出来后要立即采用密封带进行密封，确保真空不受影响，余下的降水任务由下一道滤水管承担，直至基坑坑底以下1.00m。
　　8.2降水管井抽水时，真空泵与井内潜水泵同时开启，真空泵保持全天候不停的运转（一台真空泵可带3口井，真空度不小于-0.05MPa），土方开挖后，真空泵不能停止运转，井内潜水泵间隙抽水。潜水泵的抽水间隔时间自短至长，每次抽水井内水抽干后，应立即停泵，对于出水量较大的井每天开泵抽水的次数相应要增多，作到勤抽勤停。根据土层的含水量与单井出水量来确定何时停止真空泵运转。
　　单井出水量统计方法有：①用大口径自来水表，②可根据深井水泵额定流量（m3/h）来统计。我们根据历次降水工程实践，发现自来水表（清水表）对于含有些微泥砂的地下水无能为力。
　　主要是深井泵启动之瞬间，会有些微沉淀于井底的泥砂被吸入泵内，泥砂随水流出后，很快会在自来水表内淤积，使水表的转动部分逐渐失去功能，时常不转，使统计的误差加大。而根据深井水泵的额定流量（m3/h）统计，用秒表计时，简易可靠，误差小，较为可行。我们将根据出水时间统计出水量。
　　8.3没有靠近支撑的降水管井的井管暴露部分随开挖进度分层分割并回收，对于降水井管的保护，应在井管口设置醒目标志，做好标识工作，与挖机施工人员做好井管保护工作。合理布置电缆、抽水管线的走向及位置，尽量避开机械通道，无法避开的应在通道下设置沟槽，严防机械、车辆直接从上面压过。
　　8.4降水运行期间，现场实行24h值班制，值班人员应认真做好各项质量记录，做到准确齐全。
　　8.5降水运行过程中对降水井出水量、运行时间作好记录，并及时分析整理，绘制各种必要图表，以合理指导降水工作，提高降水运行的效果。降水运行记录每天提交一份，对停抽的井应及时测量水位，每天1～2次。
　　9 结语
　　通过科学的布井、严格控制降水井的施工质量，以及降水期间科学及时的监测。保证了基坑在干槽状态下开挖。也为今后类似工程积累了宝贵的经验。
　　参考文献：
　　[1]《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99
　　作者简介：周敏，（1962-）男，大专，工程师，国家注册监理师、国家注册设备师，一直从事建筑工程管理工作。