基坑封闭降水施工技术（鲁班奖工程） 7页

基坑施工封闭降水技术[前言]基坑施工封闭降水技术在我国沿海地区应用比较早，其封闭施工工艺来源于地基处理和水利堤坝的垂直防渗，对于内陆地区基坑开挖多采用降水的方法，近些年，由于降水带来的环境影响逐渐被认识，北京在2008年3月1日起，实施《北京市建设工程施工降水管理办法》，全面限制开采地下水，要求采用封闭降水技术。基坑封闭降水是指在基坑周边采用增加渗透系数较小的封闭结构，从而有效阻止地下水向基坑内部渗流，再抽取开挖范围内的少量地下水的地下水控制措施。基坑施工封闭降水技术多采用基坑侧壁帷幕或基坑侧壁帷幕+基坑底封底的截水措施，阻截基坑侧壁、基坑底面的地下水流入基坑，同时采用降水措施抽取或引渗基坑开挖范围内的现存地下水的降水方法。帷幕常采用深层搅拌桩防水帷幕、高压摆喷墙、旋喷作业止水帷幕、地下连续墙；特点：抽水量少，对周边环境不造成影响，不污染周边水源，止水系统配合支护体系一起设计有利于降低成本。（一）工程概况1.设计概况门急诊楼及手术科室楼改扩建一期工程位于东城区王府井帅府园1号。建筑面积m2，结构类型为钢筋混凝土框剪结构，基础为平板筏基。地下三层（局部设两设备夹层），地上3至11层。基底标高为-18.2m、-18.9m、-19.0m、-19.3m、-19.7m、-20.1m。自然地面标高为46.6m左右。整个基础东西向长约为150m，南北向宽约为120m。该工程基础埋深较深，普遍达到-19.00m左右。而且根据北京市规定不能采取人工降水施工。基坑南侧紧邻教学楼，最近距离仅2.65m，教学楼基础埋深比本工程浅。经过专家反复论证，几次修改方案后，最终确定采用：基坑－4米以上部分采用土钉墙支护形式，－4米以下部分采用护坡桩+桩间旋喷桩止水帷幕+桩身预应力锚杆的复合支护结构形式。从基坑施工情况看，达到了预期效果，截住了基坑边坡的水，边坡稳定性也很理想。 2.场地概况工程分别由门诊楼、急诊楼、过街楼及连为一体的地下室组成。该工程东侧为22m宽的东单北大街，人行步道边距地下室外墙为21m。北侧为宽5.6m的煤渣胡同，是现场北侧居民进出的主要道路。南侧为7m宽帅府东街，为通往现有协和医院教学楼和急诊楼的主要道路。西侧为二期工程场地。基坑总平面图3.水文地质条件拟建场地地形较平坦。地面绝对标高在45.84～47.41m之间。场地现状地面下50m深度范围内主要分布地层有：人工堆积层及一般第四纪冲洪积层，并按地层岩性及其物理力学性质指标进一步划分为8个大层。各层地层岩性及其特点：地层代号及编号层厚（M）性质描述杂填土①层4.1～10.1m杂色，稍湿～饱和，稍密，以碎砖、碎石、渣土等建筑垃圾为主，充填少量粘性土，夹淤泥质粉质粘土素填土①1、粉质粘土素填土①2透镜体粉质粘土②层3.6～9.1m褐黄色，湿～饱和，中密～密实，含氧化铁、云母、氧化锰，夹粉质粘土②1、重粉质粘土② 2、粘土②3透镜体，夹砂质粉土薄层细中砂③层1.2～5.1m褐黄色，湿～饱和，中密～密实，主要矿物成分为石英、长石、云母，含圆砾、卵石，夹粉砂③1透镜体圆砾④层1.9～4.9m杂色，饱和，中密～密实，亚圆形为主，一般粒径2～20mm，含卵石，圆砾含量约为60%～70%，中粗砂充填，母岩成分以灰岩、砂岩、石英岩为主，夹粗砂④1、细砂④2透镜体粘土⑤层3.0～6.9m褐黄色，可塑～硬塑，含氧化铁、云母等，夹粉质粘土⑤1、粉质粘土⑤2透镜体细中砂⑥层褐黄色，湿～饱和，密实，主要矿物成分石英、长石、云母圆砾⑦层最大厚度为9.3m杂色，饱和，密实，亚圆形为主，一般粒径2～20mm，含卵石，圆砾含量约为60%～70%，中粗砂充填，母岩成分以灰岩、砂岩、石英岩为主，夹卵石⑦1透镜体粉质粘土⑧层最大揭露厚度为16.0m褐黄色，可塑～硬塑，含氧化铁、云母等，夹粘土⑧1、粉质粘土⑧2、粉砂⑧3、细中砂⑧4、卵石⑧5透镜体拟建场区基底以上有两层地下水，第一层为上层滞水，静止水位埋深为3.6～6.9m，赋存于杂填土①层及夹层。主要来源为大气降水、管道渗漏及生活用水下渗，以地下径流及自然蒸发为主要排泄方式。第二层为层间潜水，静止水位埋深为12.9～18.8m，赋存于细中砂③层、圆砾④层及夹层，层间潜水主要来源为大气降水及地下径流，以地下径流及自然蒸发为主要排泄方式。（二）基坑截水、排水设计及施工方案1.设计方案选择根据《北京市建设工程施工降水方案专家评审细则》中的规定只有在采用帷幕隔水方法技术不可行，或经济不合理的前提下才可以采用降水的方法。本工程不能采用降水的技术判定： 本工程基底位于砂卵石含水层水位之下，且该含水层中基底以下5米之内存在适当的隔水层。因此从技术上可以采用帷幕隔水方法。满足下列条件可判定为经济不合理：帷幕隔水增加的工程造价（T）与减少抽水总量（QZ）的比值（M）大于50元/m3，即：M>50元/m3。考虑经济有效，本工程施工期间采用止水帷幕的方式将地下水挡在基坑外侧。基坑内侧的地下水主要采用排水井进行处理，局部采用明沟排水的方式。2.设计方案根据本工程的基坑深度和工程水文地质条件，采用截水帷幕和排水井共同进行地下水的隔挡和排降，基坑内部局部采用明沟排水。在护坡桩桩间施工喷搅桩作为截水帷幕隔挡基坑外侧的地下水。截水帷幕采用双管法的喷搅桩施工工艺。在圆砾含水层之下5m内有相对隔水的粘性土，护坡桩与喷搅桩组成的截水帷幕，嵌入坑底以下4m左右，满足规范要求，称其为落底式截水帷幕。喷搅桩与护坡桩位置关系图基坑内部原有土方所赋含的地下水还需单独进行排降。因而在基坑中部和肥槽内施工排水井进行地下水的排降。排水井井口标高-4.000，井深23m，间距15m，数量约为43口。排水井选用大口径管井，井孔直径为Ф600mm，井管为内径300mm，外径400mm的无砂砾石混凝土滤管，井管与井孔中间填2～5mm滤料，在离打井地面约1.0m范围内，采用粘土或杂填土填充密实。在基坑四周布置4个水位观测孔，孔深27m，定期测量孔内水位标高，及时对地下水水位进行监控。开挖至坑底后在坑底肥槽内设置明排水沟，并按间隔20-30m和转角处设置500mm×500mm集水井，在集水井内布置潜水泵，通过水泵将集水坑内水抽出引入地面雨水沉淀池内，经沉淀后再排入现场雨水管道。 喷搅桩参数表序号部位喷搅桩桩顶标高(m)桩径（mm）长度(m)桩数（根）1A-A-4.000100020.0522B-B-4.000100020.0373C-C-4.000100020.0414D-D-7.350100016.65455E-E-4.000100020.0516F-F-10.750100013.25127G-G-10.750100013.25428H-H-4.000100020.0169I-I-4.000100020.051102-2-4.000100020.017113-3-4.000100020.01223.施工方案本工程截水帷幕施工采用长螺旋高压喷射注浆搅拌桩（以下简称喷搅桩）工艺。喷搅桩工艺是一项发明的新施工技术和发明专利。该项技术已在北京大学留学生公寓基坑工程（基坑深为15.00m）、亚洲大酒店基坑工程（基坑深为21.00m）等数项工程应用，效果非常好。它与护坡桩组成截水帷幕，只起截水作用。高压喷射注浆法是通过对土体的切割及现场土与水泥浆的搅拌加固土体或者由于空气－水的冲击，在某种程度上使部分土体被浆液置换。高压喷射注浆的基本工艺类型有单管法，二重管法和三重管法。单管法中高压(或超压)浆液兼作射流介质；二重管法以高压(或超压)浆液和压缩空气作为射流介质；三重管的射流介质是高压(或超压)水、压缩空气、浆液。本工程旋喷桩的高压喷射注浆采用单管法。单管法是在土层预定深度分别使用输送水、水泥浆的单管喷头。首先通过高压高速水流横向切割土体,完成后通过另一喷头（喷嘴）下至原孔的设计深度，用泥浆泵再次喷入水泥浆，与土体充分拌合,形成水泥土注浆体。当喷嘴作旋转和提升运动时,最后便在土中形成具有较大直径的圆柱状或半圆状（扇形）凝结体即旋喷桩或摆喷体,从而起到加固桩端层土的作用。 钻孔®预导孔成孔®旋喷机就位®下喷浆管到设计深度®制浆®旋喷提升/旋转®注浆成桩®冲洗移位®重复（三）应用总结门急诊楼及手术科室楼改扩建一期工程地下水控制采用多种形式，设置总体安排合理，边坡稳定可靠，地下水有效控制，坑内干燥，满足施工环境要求。喷搅止水桩紧随护坡桩施工，省去桩间挂网锚喷的工序，缩短了整体工期。止水桩的费用约合每m200元，采用止水帷幕增加的费用是原来政策下的施工降水费用的两倍。止水帷幕能有效的解决地基与基础施工阶段的地下水控制问题，减小环境效应，本工程封闭降水技术的应用，大大减少工程施工对水的无度开采及污染，能为应对水资源的匮乏做出很大的贡献。施工过程照片：