蔣孫春

(廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院管理工程系， 廣西南寧 530007)

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基于信息化施工對(duì)建筑基坑降水的優(yōu)化設(shè)計(jì)

蔣孫春

(廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院管理工程系， 廣西南寧 530007)

基坑降水已成為發(fā)展城市地下空間必須面對(duì)的一項(xiàng)技術(shù)措施。文章通過一個(gè)恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用信息化施工技術(shù)成功地對(duì)基坑降水進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的案例，闡述了在基坑施工過程中，采用信息化施工技術(shù)，適時(shí)合理地對(duì)基坑降水進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，既保證了基坑施工安全和基坑周邊環(huán)境的安全，又大幅度降低了對(duì)日益稀缺的地下水資源的破壞，獲得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

信息化施工； 基坑降水； 優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 研究建筑基坑降水的意義

近年來，城市發(fā)展日新月異，超高層建筑的高度不斷被刷新，建筑物在往空中發(fā)展的同時(shí)，它還需要往地下空間延伸。按照我國(guó)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3-2010)第12.1.8條，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007-2011)第5.1.4以及《高層建筑筏形與箱形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 6-2011)第5.2.3條規(guī)定“基礎(chǔ)應(yīng)有一定的埋深，在抗震設(shè)防區(qū)，除巖石地基外，采用天然地基或復(fù)合地基，基礎(chǔ)埋深可取房屋高度的1/15；采用樁基礎(chǔ)(不計(jì)樁長(zhǎng))，基礎(chǔ)埋深可取房屋建筑高度的1/18?！?/p>

另外近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車的普及率在城市已經(jīng)非常高。車輛普及帶來的問題不僅是城市道路的擁擠問題，還有汽車的停放問題，現(xiàn)在很多小區(qū)業(yè)主都在為停車車位煩惱。地下空間建筑的發(fā)展相對(duì)地可以減緩車位緊張的壓力，這就出現(xiàn)了以前設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，為降低建造成本，一般設(shè)計(jì)一層地下室的情況。目前基本以兩層地下室為主，部分超高層建筑的地下層數(shù)已達(dá)6層。因此，不管從技術(shù)方面還是使用功能方面，均要求發(fā)展建筑物的地下空間。

地下空間建筑的發(fā)展給設(shè)計(jì)和施工帶來了相應(yīng)的技術(shù)問題，即深基坑支護(hù)和降水問題。為保證施工安全和周圍環(huán)境的安全，在擁擠的城市區(qū)域內(nèi)，基坑土方開挖一般在基坑支護(hù)保護(hù)的情況下進(jìn)行。如果基底的設(shè)計(jì)標(biāo)高在地下水位以下，還必須采取基坑降水措施。如何在既可以保證基坑施工又盡量降低對(duì)周邊環(huán)境的影響前提下對(duì)基坑降水進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，是目前設(shè)計(jì)和施工單位急需解決的技術(shù)問題。以下通過一項(xiàng)目在基坑信息化施工過程中對(duì)降水設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化并獲得成功的案例來闡述該問題。

2 項(xiàng)目地質(zhì)概況

項(xiàng)目位于南寧市中心區(qū)，該地區(qū)的地下水保存比較完好，一是基本無污染；二是埋深較淺(埋深一般在地面以下8 m左右)。以現(xiàn)在兩層地下室計(jì)，基坑的開挖深度約為10～12 m，基礎(chǔ)底板已經(jīng)在地下水位以下。降水已經(jīng)成為該地區(qū)基坑設(shè)計(jì)和施工中非常常見一項(xiàng)設(shè)計(jì)和施工內(nèi)容。

表1 項(xiàng)目地質(zhì)概況及土層滲透系數(shù)

項(xiàng)目勘察期間的場(chǎng)地內(nèi)孔隙潛水穩(wěn)定水位埋深10 m左右(標(biāo)高68.00 m左右)?？辈旖ㄗh基坑降水措施可采用在基坑四周外側(cè)設(shè)置截水帷幕截水及設(shè)置降水井降水相結(jié)合的方式，必要時(shí)可采用在基坑截水帷幕外靠近擬保護(hù)建筑物側(cè)施工回灌井(即內(nèi)排外灌)，以減少基坑外水頭降低的幅度等措施。

圖1 項(xiàng)目基坑平面

3 項(xiàng)目降水設(shè)計(jì)

案例項(xiàng)目設(shè)計(jì)基底標(biāo)高65.45 m(項(xiàng)目設(shè)計(jì)的±0.000=77.30 m，電梯井部位基底標(biāo)高63.3 m)，基坑地下水高出大部基坑底標(biāo)高約2.55 m左右。因項(xiàng)目位于市中心黃金地段，周圍環(huán)境均已開發(fā)建設(shè)完成，項(xiàng)目地下空間建筑基本已占據(jù)整個(gè)用地紅線范圍以內(nèi)的空間，周圍的環(huán)境，基坑南部是采用樁基的建筑物(1棟3層，1棟11層)，東面和北面是市政主干道路，西面是一中學(xué)操場(chǎng)。為保證基坑施工和安全，基坑施工過程中必須采取降水措施?？辈熨Y料建議設(shè)置截水帷幕截水及設(shè)置降水井降水相結(jié)合的方式，考慮到降水高度不大和此方案增加建設(shè)成本較大，項(xiàng)目?jī)H采用了管井坑內(nèi)降水的方案。降水設(shè)計(jì)圖及土層分布見圖2。設(shè)計(jì)要求基坑高程挖至68.5 m左右開始施工降水管井。降水管井設(shè)計(jì)采用完整井，管井成孔直徑≥300 mm，管井過濾管直徑為200 mm，管周過濾料厚度≥50 mm，單井設(shè)計(jì)出水量0～25 m3/h。管井穿過圓礫層進(jìn)入至強(qiáng)風(fēng)化泥巖1.0 m，總深約20 m左右。管井平面位置布置在地下室外墻外邊線與支護(hù)樁內(nèi)邊線之間并置于排樁之間，管井間距10 m。

圖2 降水井布置斷面

管井造孔采用下套管護(hù)壁，跟管鉆進(jìn)成孔方式，過濾管采用150 mm(或200 mm)深井用PVC管。在降水井造孔施工前，應(yīng)先進(jìn)行降水井抽水降水試驗(yàn)段試驗(yàn)(圖3)，根據(jù)抽水試驗(yàn)對(duì)降水井的間距、孔深和管井結(jié)構(gòu)及抽水設(shè)備參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。降水水位應(yīng)保持在基坑底面下0.5～1.0 m。

圖3 降水井抽水試驗(yàn)段

4 基坑降水設(shè)計(jì)分析

4.1 降水設(shè)計(jì)和勘察資料分析

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，基坑周長(zhǎng)390 m，基坑面積6 900 m2，按照設(shè)計(jì)要求，基坑內(nèi)要布置約39座管井。

勘察單位在12月份中旬進(jìn)場(chǎng)，1月份完成野外勘察，此時(shí)間段為項(xiàng)目地區(qū)的枯水期，勘察資料揭示的地下水位在現(xiàn)地面以下10 m左右(標(biāo)高68 m處)，地下水位高出基礎(chǔ)底(標(biāo)高65.45 m)約2.55 m，高出電梯井部位約4.7 m(電梯井基底標(biāo)高63.3 m)。降水設(shè)計(jì)采用完整井，是基于滿足電梯井部位的施工要求。但是降水設(shè)計(jì)圖有兩個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)與勘察資料和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量復(fù)核取得的資料不符：一是原地面標(biāo)高，降水設(shè)計(jì)圖標(biāo)注為75～75.5 m，實(shí)際應(yīng)為78～78.5 m；二是現(xiàn)地面標(biāo)高數(shù)據(jù)調(diào)正后，分析得圓礫層底標(biāo)高為52 m，設(shè)計(jì)降水管井深20 m左右有誤，應(yīng)為17.5 m。

節(jié)目素材的傳遞需要經(jīng)過上載、審查、納入節(jié)目播放列表等步驟。首先，節(jié)目的素材儲(chǔ)存到上載站的上載中心，而媒資系統(tǒng)和制作系統(tǒng)的素材，則需要上傳到播出系統(tǒng)。審查人員會(huì)審查上傳過來的節(jié)目，通過審查后，編單工作站、播出控制工作站會(huì)將經(jīng)過審查的節(jié)目素材納入到節(jié)目播出表當(dāng)中。節(jié)目的播出表會(huì)被傳給數(shù)據(jù)庫，此時(shí)調(diào)度服務(wù)系統(tǒng)就會(huì)檢測(cè)表單當(dāng)中的內(nèi)容，并將其中沒有被移動(dòng)到播出系統(tǒng)當(dāng)中的節(jié)目進(jìn)行遷移，在規(guī)定的時(shí)間，按照播放列表播放節(jié)目。

從勘察資料分析，基底以下分別是粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂和圓礫層(見圖2)，其滲透系數(shù)K值逐漸增大(見表1)，基底至泥巖之間不存在水平的不透水隔水層。

4.2 基坑涌水量核算

降水設(shè)計(jì)管井為完整井，下面驗(yàn)算基坑潛水完整井基坑的涌水量Q。驗(yàn)收過程為：

潛水層含水厚度H：H=68-(78-26)=16 m

因粉質(zhì)黏土和粉土的滲透系數(shù)相對(duì)細(xì)砂和圓礫的滲透系數(shù)較小，因此計(jì)算含水土層加權(quán)滲透系數(shù)僅計(jì)取細(xì)砂層和圓礫層加權(quán)值(以下計(jì)算時(shí)也同樣如此處理)，則含水層加權(quán)滲透系數(shù)K=37.82 m/d。

式中：S為基坑地下水位的設(shè)計(jì)降深(m)。

式中：A為基坑面積(m2)。

降水后基坑內(nèi)最高水位距基坑底0.5 m，將整個(gè)基坑看作一座大井，按設(shè)計(jì)要求，其作為均質(zhì)含水層潛水完整井的涌水量Q：

式中: n為降水井座數(shù)。

5 對(duì)現(xiàn)有基坑降水設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化

5.1 對(duì)管井降水深度的優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于上述分析及以往同類工程施工經(jīng)驗(yàn)，根據(jù) “按需疏干”的地下降水運(yùn)行原則，除電梯井部位兩側(cè)平行范圍內(nèi)的管井仍沿用完整井外，其他部位的潛水完整井?dāng)M設(shè)計(jì)優(yōu)化為潛水非完整井，基坑內(nèi)最高水位低于基坑設(shè)計(jì)底標(biāo)高0.5 m。管井進(jìn)入圓礫層3 m，主要考慮基底以下的細(xì)砂層厚薄相差較大，而圓礫層的位置及厚度相差不大，將濾管置入水平向連續(xù)分布的圓礫層可以獲得相對(duì)平緩的降水漏斗曲線，從而減少對(duì)周圍環(huán)境的影響。另外管井底部埋深距離基坑底8.45 m，滿足埋深大于6 m的基本要求。技術(shù)核算為：

降水后基坑內(nèi)的水位高度h=64.95-52=12.95 m，hm=0.5×(H+h)=0.5×(16+12.95)=14.475 m，含水土層加權(quán)滲透系數(shù)：K=28.46 m/d。

均質(zhì)含水層潛水非完整井涌水量Q：

5157.10m3/d

式中： l為濾管的長(zhǎng)度(m)。

從計(jì)算結(jié)果顯示，降水設(shè)計(jì)優(yōu)化后單井設(shè)計(jì)流量為原設(shè)計(jì)的70.6 %，說明通過優(yōu)化，在滿足基坑施工要求的前提下，既可大幅度減少抽水量，又最大程度地降低了對(duì)地下水資源的破壞，符合我國(guó)工程界倡導(dǎo)的綠色施工要求。優(yōu)化后管井降水水位坡度線見圖4。

圖4 優(yōu)化設(shè)計(jì)后管井降水水位坡度線示意

5.2 管井平面布置優(yōu)化

基坑?xùn)|南端長(zhǎng)33.8 m，西端56.17 m，原基坑降水設(shè)計(jì)統(tǒng)一采用相同的管井間距10 m，并沒有依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況做細(xì)化設(shè)計(jì)。項(xiàng)目降水設(shè)計(jì)沒有在基坑周邊設(shè)置止水帷幕，基坑降水防水是敞開式疏干降水。依據(jù)國(guó)內(nèi)的一些施工經(jīng)驗(yàn)，圓礫層和細(xì)砂層的單井有效疏干降水面積一般為120～180 m2。為保證降水時(shí)管井抽水均衡、持續(xù)以及管井內(nèi)的水位維持在穩(wěn)定的低水位，周圍各土層處水位下降值均勻一致，在各管井降水時(shí)保持豎向降水深度應(yīng)一致，轉(zhuǎn)而適當(dāng)調(diào)整管井的平面位置。在基坑南端部位，管井間距按12 m設(shè)置，在基坑靠西側(cè)部位按8 m間距設(shè)置管井，從東到西之間的基坑邊緣部位，管井間距從12 m逐漸縮小至8 m。

6 基坑土方開挖過程中再次優(yōu)化降水設(shè)計(jì)

基坑開挖至標(biāo)高68 m左右，除基坑?xùn)|北角有少量滲水外，并沒有見到地勘資料顯示的潛水。東北角部位的滲水有一股氣味，通過分析應(yīng)該是靠近基坑一側(cè)的市政污水管道接口等部位出現(xiàn)滲漏，進(jìn)而滲入基坑內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)通過對(duì)該部位采用灌漿處理，滲水大幅度減少?；油练嚼^續(xù)分層開挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高以上1m左右位置(即標(biāo)高66.5 m)，仍未見地下水。在此標(biāo)高處決定開始進(jìn)行管井施工。管井采用下套管護(hù)壁，跟管鉆進(jìn)成孔方式，此施工方法施工進(jìn)度雖然不快，但因項(xiàng)目基礎(chǔ)采用長(zhǎng)螺旋鉆孔壓灌樁，其施工位置與降水管井成孔作業(yè)面相同，相互不受影響，同時(shí)該成孔工藝可以省掉成孔完成置入濾管后洗井的工序。項(xiàng)目設(shè)計(jì)有5座電梯井，電梯井南北兩側(cè)與電梯井垂直部位的降水管井成孔按原設(shè)計(jì)完整井施工，其他部位管井成孔的深度按優(yōu)化設(shè)計(jì)方案執(zhí)行。因基坑已開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高66.2 m，所以實(shí)際成孔的深度為66.5-57=9.5 m。電梯井兩側(cè)的降水井成孔深度仍按設(shè)計(jì)施工，實(shí)際成孔深度15.5 m(66.5-51=15.5)。

成孔完成后置入濾管，濾管采用管徑200 mm的PVC管，側(cè)面開10 mm的圓孔，梅花狀分布，外纏4 mm尼龍繩，再包2層140目的尼龍濾網(wǎng)并用鐵絲扎牢。置入濾管后，在濾管與套管間回填濾料，因管徑成孔時(shí)從圓礫層取出的礫石磨圓度較好，因此濾料采用現(xiàn)場(chǎng)從圓礫層取出的圓礫。濾管安裝完成后，實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)地下水水頭位置在現(xiàn)地面2.5 m左右。

7 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地下水位調(diào)整降水施工方案

按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)水位，在標(biāo)高64 m處，低于基礎(chǔ)底板底標(biāo)高(標(biāo)高65.45 m)位置。測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)水位時(shí)間為當(dāng)?shù)?月底，開始進(jìn)入枯水期，實(shí)際考慮到地勘資料揭示的枯水期與豐水期地下水水位的變化幅度在2～3 m之間，另外基礎(chǔ)施工時(shí)間因自身的特點(diǎn)及受各種因素影響，工期相對(duì)較長(zhǎng)。為保證后續(xù)基礎(chǔ)施工不受水位漲落影響，管井成孔施工繼續(xù)進(jìn)行，除電梯井部位外，其他部位管井在基礎(chǔ)施工時(shí)不再降水。管井成孔施工仍按優(yōu)化方案繼續(xù)完成基坑降水設(shè)施的施工，主要作為確需降水時(shí)的備用方案。

8 基礎(chǔ)施工時(shí)管井降水運(yùn)行及變形監(jiān)測(cè)

由于圓礫層和細(xì)砂層滲透系數(shù)較大，管井開始降水后水位下降較快，另考慮到電梯井開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，該部位的土層已接近細(xì)砂層的頂標(biāo)高位置處，為防止電梯井部位土方開挖時(shí)出現(xiàn)涌砂，電梯井部位土方施工前提前一天開始管井降水。該項(xiàng)目從12月中旬開始基礎(chǔ)土方開挖，到次年1月上旬完成了基礎(chǔ)底板的混凝土的澆筑工作，持續(xù)時(shí)間約20 d。施工期間偶有強(qiáng)降雨，為確保土方和基礎(chǔ)施工順利進(jìn)行，電梯井部位的管井采用自動(dòng)控制開關(guān)持續(xù)進(jìn)行降水，基礎(chǔ)底板及電梯井施工期間沒有出現(xiàn)涌水涌砂現(xiàn)象，基礎(chǔ)底板混凝土澆筑完成24 h后停止電梯井部位管井的降水。

基坑降水期間，基坑變形第三方監(jiān)測(cè)單位加大了對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑圍邊的環(huán)境的監(jiān)測(cè)頻次，施工單位也組織項(xiàng)目部測(cè)量人員和施工技術(shù)人員對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑圍邊的環(huán)境的儀器監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)巡查，及時(shí)地分析變形數(shù)據(jù)。

9 結(jié)束語

該項(xiàng)目基坑降水設(shè)計(jì)并沒有采用勘察資料建議的止水帷幕，從經(jīng)濟(jì)的角度上為建設(shè)單位節(jié)約了建設(shè)成本，但在基坑施工過程中，基坑支護(hù)樁側(cè)壁采用導(dǎo)管排水，施工期間多次反復(fù)降雨，土中富水反復(fù)排除，加大了臨近基坑的周邊土層下沉，特別是基坑南面的小區(qū)道路，出現(xiàn)了下沉開裂現(xiàn)象。

該項(xiàng)目在基坑降水施工過程中通過對(duì)原基坑降水優(yōu)化設(shè)計(jì)，一可以在基坑開挖過程中保護(hù)日益稀缺的地下水資料，二可以獲得豐厚的管理效益。但并不意味著施工單位可以隨意對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化，我國(guó)《建筑法》第五十八條“建筑施工企業(yè)必須按照工程設(shè)計(jì)圖紙和施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)施工，不得偷工減料。工程設(shè)計(jì)的修改由原設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)，建筑施工企業(yè)不得擅自修改工程設(shè)計(jì)?！?因此施工單位能否對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化，要在國(guó)家法律法規(guī)允許的范圍內(nèi)進(jìn)行。如本案例的基坑降水是屬于臨時(shí)工程，按照我國(guó)《建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 311-2013)第3.0.7條“基坑工程應(yīng)實(shí)施信息施工法”， “對(duì)同時(shí)進(jìn)行土方開挖、降水、支護(hù)結(jié)構(gòu)、截水帷幕、工程樁等施工的基坑工程，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工和運(yùn)行的具體情況，通過試驗(yàn)與實(shí)測(cè)，區(qū)分不同危險(xiǎn)源對(duì)基坑周邊環(huán)境造成的影響，并應(yīng)采取相應(yīng)的控制措施?！奔礉M足我國(guó)的技術(shù)法規(guī)要求并允許施工單位在降水施工過程中采取信息化施工才可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況給予采取相應(yīng)控制措施。另外原設(shè)計(jì)圖紙也明確提出“在降水井造孔施工前，應(yīng)先進(jìn)行降水井抽水降水試驗(yàn)段試驗(yàn)，根據(jù)抽水試驗(yàn)對(duì)降水井的間距、孔深和管井結(jié)構(gòu)及抽水設(shè)備參數(shù)進(jìn)行調(diào)整?！边@相當(dāng)于將降水設(shè)計(jì)調(diào)整權(quán)授權(quán)給了施工單位。

采用信息化施工技術(shù)對(duì)基坑降水設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，必須結(jié)合項(xiàng)目的勘察資料和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，組織強(qiáng)有力的各方面技術(shù)力量，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和安全等角度進(jìn)行認(rèn)真分析，保證設(shè)計(jì)優(yōu)化方案技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠。

[1] JGJ 120-2012 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 劉國(guó)彬，王衛(wèi)東. 基坑工程手冊(cè)[M] . 第2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[3] JGJ 311-2013 建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 《建筑施工手冊(cè)》第5版編委會(huì).建筑施工手冊(cè)(2)[M]. 第5版. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[5] 蔣孫春. 建筑施工技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

蔣孫春(1969～)，男，高級(jí)工程師，副教授，研究方向?yàn)楣こ坦芾怼?/p>

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[定稿日期]2016-06-10