司家鑫/SI Jia-xin

（廣東華隧建設(shè)股份有限公司，廣東 廣州 510520）

基坑施工中變頻恒壓回灌裝置技術(shù)應(yīng)用

司家鑫/SI Jia-xin

（廣東華隧建設(shè)股份有限公司，廣東 廣州 510520）

[摘 要]回灌井是通過將基坑降水回灌到基坑周邊土體從而達(dá)到相對循環(huán)穩(wěn)定的工藝。由于地質(zhì)條件、地表管路等因素影響導(dǎo)致普通常壓回灌無法達(dá)到預(yù)期效果，在這里開發(fā)啟用一種變頻恒壓回灌裝置并在實際工程過程中得到有效利用。利用變頻器調(diào)控水泵提供恒定壓力對地層進(jìn)行注水，順利解決回灌量不足的問題。

[關(guān)鍵詞]基坑施工；降水；加壓回灌；變頻；恒壓

1 工程概況

廣州市軌道交通十三號線首期工程（魚珠至象頸嶺段）施工六標(biāo)22#盾構(gòu)井兼風(fēng)機(jī)房位于新塘大道西路上，基坑兩側(cè)開挖深度27．364m，標(biāo)準(zhǔn)開挖深度26．334m，長度為56．1m，寬度為24．9m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)為1 000mm厚地下連續(xù)墻+四道鋼筋砼內(nèi)支撐支護(hù)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)共含28幅連續(xù)墻，連續(xù)墻進(jìn)入中風(fēng)化巖層不小于3m?；幽?、北兩側(cè)臨近新墩村下基市場3～5層框架結(jié)構(gòu)居民樓，其中基坑距離南側(cè)民居樓凈距約8．8m，距離北側(cè)居民樓10．1m，基坑?xùn)|側(cè)臨近水南涌截污箱涵，基坑距離箱涵最小凈距約48m。

基坑開挖深度約27．9m，開挖范圍內(nèi)地層主要為<1>回填土、<2-1A>淤泥、<2-1B>淤泥質(zhì)土、<2-2>粉細(xì)砂、<2-3>中粗砂、<2-4>粉質(zhì)粘土、<5Z-1>砂質(zhì)粘性土和<7Z>強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，底板主要處于<7Z>強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖和<8Z>中風(fēng)化混合花崗巖中，局部處于<9Z>微風(fēng)化混合花崗巖。

基坑開挖至基底標(biāo)高時，基坑?xùn)|北側(cè)位置發(fā)現(xiàn)一處基底涌水點(diǎn)，該冒水點(diǎn)特征表現(xiàn)為水壓高、水量大，通過基坑抽排水統(tǒng)計日涌水量達(dá)到450m3（如圖1）。通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)檢測、基坑監(jiān)測、周邊房屋沉降監(jiān)測等一系列綜合分析認(rèn)定：基坑連續(xù)墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定基坑安全、周邊建筑物因基坑抽排失水導(dǎo)致地基沉降，需采取措施對周邊建筑沉降進(jìn)行控制。

圖1 22#盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)圖及滲水點(diǎn)位置

2 防范措施及實施

鑒于周邊房屋密集建筑物眾多、基坑降水井封堵不能立刻實施、降水周期長等因素，項目部按照建設(shè)方意見立即對基坑周邊采取控制沉降措施。通過房屋監(jiān)測、房屋鑒定等第三方技術(shù)分析得到：臨近基坑的房屋均為均勻沉降、房屋自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全。因為場地狹小、民房密集，大型注漿機(jī)等地基加固設(shè)備無法進(jìn)入到房屋周邊區(qū)域；項目部決定采用在基坑周邊布置一排回灌井，通過將基坑抽排上來的水回灌進(jìn)周邊土體達(dá)到水土相對平衡。同時該做法可以人為制造形成一道阻滲水幕，使基坑降水的影響范圍不超過回灌范圍，阻止地下水向基坑抽水點(diǎn)附近流失，也能達(dá)到保持建筑物所在地原有水位穩(wěn)定、土壓力相對平衡的效果。

工程前期，項目部采用常規(guī)簡單的自由注入法進(jìn)行回灌處理。該方法為利用井內(nèi)水位高于地下水位之間的壓力差，使水靠自流通過井壁進(jìn)入含水層。該方法適用于埋藏較深的潛水含水層或上部具有較厚的弱（不）透水層的深層承壓含水層（壓力水頭不高）。該施工方法對地層要求、含水層厚度等有要求，本工點(diǎn)因淤泥質(zhì)土層厚、場地狹小可布降水井點(diǎn)數(shù)量有限等原因?qū)е滦Ч患选?/p>

經(jīng)過研究地質(zhì)資料、對比以往工程實例，項目部決定采用一種新型變頻恒壓回灌施工裝置解決加壓回灌難題。通過利用機(jī)械動力設(shè)備（本工程根據(jù)變頻恒壓原理研制出一種專用恒壓離心式水泵套件）對水頭進(jìn)行持續(xù)加壓，促使水流通過恒定壓力較快補(bǔ)給地下水。

3 變頻恒壓回灌裝置

加壓回灌的基本原理是將基坑降水抽上來的水通過增壓系統(tǒng)提高水壓向回水井注水，使基坑周邊地下水位重新建立水系循環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)從而達(dá)到周邊建筑物等沉降可控的目的。為了減少不均勻壓力分布造成的不良影響，通過啟用變頻器調(diào)控達(dá)到壓力恒定的工法稱之為變頻恒壓回灌。

本工程采用8200B型水泵變頻器配1臺4kW離心式清水泵組成變頻恒壓裝置核心套件，變頻器為多功能變頻配置可復(fù)合調(diào)控，變頻器相關(guān)主控電路及控制端子連接示意如圖2。

圖2 主電路與控制端子連接示意

其中◎表示主回路端子、O表示控制回路端子；選擇控制電壓為220V時，連接RT即可。

變頻-水泵-恒壓系統(tǒng)連接示意如圖3。

圖3 恒壓變頻系統(tǒng)示意圖

在變頻恒壓回灌系統(tǒng)中，集水箱作為回灌的控制系統(tǒng)，從基底抽上來的水進(jìn)入集水箱，集水箱中的水通過變頻恒壓水泵加壓將抽上來的水通過回灌井重新注入到土體中。集水箱內(nèi)設(shè)置自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)抽水量超過控制液位時，變頻恒壓水泵自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以平衡抽水量與回灌量。通過調(diào)節(jié)變頻器設(shè)定壓力參數(shù)值，尋找到抽排水量與回灌量之間平衡。簡易而言，恒壓回灌過程是一個動態(tài)平衡狀態(tài)，而變頻器-水泵組成的核心組件是平衡的關(guān)鍵。

4 工藝總結(jié)

1）加壓回灌井口布置 回灌井按照6m間距嚴(yán)基坑長邊方向布置，本工程一共布置6口回灌井。回灌井口的結(jié)構(gòu)布置也要參照地層含水量等因素，貫徹有利于注入的水向降水深度內(nèi)滲透，濾水管有效開孔長度自水位線向下應(yīng)布置過濾層，必要時適當(dāng)增大回填礫石厚度或加固過濾器。經(jīng)過本工程成功實施總結(jié)出加壓回灌井?dāng)?shù)可根據(jù)下式計算：

N=1．5Q/q

式中N——最優(yōu)回灌井?dāng)?shù)量；

Q——基坑抽排水總量；

q——單井回灌量。

式中1．15為修正系數(shù)。基坑抽排總量根據(jù)基坑降水平衡水量而定，也可參照井流理論計算。單井回灌量決定于水文地質(zhì)條件、加壓泵壓力、回灌井鉆孔深度等因素，一般應(yīng)在現(xiàn)場先行試驗總結(jié)參數(shù)而定。

2）加壓回灌操作管理①關(guān)閉變頻恒壓泵、進(jìn)水閥門、回流閥門，打開出水閥門；②開泵回?fù)P至清水，放水3～5分鐘（根據(jù)泵流量而定），做到定期回?fù)P，回?fù)P時詳細(xì)記錄和測定靜水位、動水位、壓力值、回灌水量、出砂量等參數(shù)，回?fù)P后務(wù)必要放氣；③停泵，打開出水閥門；④開進(jìn)水閥門和控制閥門，注意灌水量與壓力要由小到大，逐步調(diào)節(jié)到適宜壓力；⑤開水泵灌水、放氣，待水溢出，關(guān)放氣孔，再開回流閥門；控制回灌壓力、定期記錄。注意放氣時要先從泵內(nèi)進(jìn)水，以排除井內(nèi)空氣，當(dāng)水從放氣孔大量排除后，才可打開回流閥門。

3）加壓回灌監(jiān)測 回灌時應(yīng)根據(jù)實際地下水位的變化及時調(diào)節(jié)、保持相對平衡。在基坑周邊以基坑出水點(diǎn)為圓心，分別以1/2基坑深度H/2、基坑深度H為半徑設(shè)置水位觀測孔，水位觀測孔深度保證達(dá)到透水層；在基坑周邊建筑物、構(gòu)筑物布置相應(yīng)的沉降點(diǎn)，沉降點(diǎn)要均勻、針對性布置。在加壓回灌過程中，根據(jù)水位情況、沉降反饋調(diào)整回灌壓力，找準(zhǔn)黃金壓力平衡點(diǎn)防止過壓回灌和欠壓回灌。

5 應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益

1）經(jīng)過變頻恒壓回灌施工，回灌量達(dá)到普通常壓回灌3～4倍，基坑抽排水基本能通過加壓回灌回周邊土體，開挖范圍周邊水系重新建立了相對平衡；基坑周邊房屋沉降得到有效控制，保證了盾構(gòu)井結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行。

2）原設(shè)計圖紙要求房屋注漿加固及管線遷改，需遷改管線有?600mm雨污管、PE300煤氣管和6孔電信光纜，耗資約205萬元，房屋注漿加固所需要占地費(fèi)用、施工費(fèi)用約105萬元，總耗資約310萬元；而采用變頻恒壓回灌裝置進(jìn)行基坑降水回灌無需管線遷改和占地費(fèi)用，其施工費(fèi)、設(shè)備采購費(fèi)用總價約35萬元，大大節(jié)省了施工成本同時減少業(yè)主等單位協(xié)調(diào)難度。

6 結(jié) 語

地鐵幾乎都在繁華的市區(qū)進(jìn)行施工，施工場地往往存在大量管線或者建（構(gòu)）筑物，建筑物拆遷、管線遷改難度大、費(fèi)用高。本次變頻恒壓回灌裝置的成功應(yīng)用，對豐富軌道交通基坑降排水工法具有重要意義，為解決軌道交通施工過程中的建（構(gòu)）筑物保護(hù)、管線遷改難的問題增加又一法寶，對今后類似工程中的應(yīng)用具有重要指導(dǎo)作用。

[參考文獻(xiàn)]

[1]TB10049-2014，鐵路工程水文地質(zhì)勘查規(guī)范[S]．

(編輯 吳學(xué)松）

Application of foundation pit construction frequency constant pressure recirculation device technology

［中圖分類號］U46+3

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)12-0063-03

［收稿日期］2015-10-25