[发明专利]一种超深坑中坑敞开式降水工法

权利要求书

1.一种超深坑中坑敞开式降水工法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：基坑地质勘查

(a)根据设计单位提供的勘察技术要求及建设单位提供的建筑物总平面图，结合拟建建筑物规模及场地资料，采用钻探取土试验结合多种现场原位测试综合进行，多种现场原位测试包括静力触探、标准贯入试验、重型动力触探和波速及地脉动测试；

(b)结合勘探结果，总结本工程水文地质及周边环境特点，分析普挖区(1)及塔楼区(2)的降水技术难点，为降水方案确定提供基础依据，其中塔楼区(2)包括坑中坑(3)；

步骤二：降水方案比选

(a)降水方案在基坑支护设计方案确定阶段进行比选，根据各种支护设计方案制定相应的降水方案，降水方案以确保基坑支护安全和服务基坑施工；

(b)工程基坑开挖面积大、开挖深度深，含水层厚度大，厚度38.10米，含水层埋深，基坑土体从上至下渗透系数逐渐增加，承压水层土质为细砂层，从安全性、可行性、经济性方面综合比较封闭式降水、敞开式降水、全基坑深井降水、分区分井深降水方案及组合方案，最终确定非落底式止水帷幕+深井减压疏干降水方案为原则；

步骤三：降水井(4)深度及结构确定

(a)分析基坑水文地质条件得知，承压含水层具有从上至下渗透系数逐渐增大的特点，因此在要求同样水位降深的情况下，降水井(4)越深则单井涌水量就越大，如果采用完整井，则以下部含砾中砂层的给水量占绝大部分，该层水量丰富，渗透系数大，在基坑降深要求不变的情况下抽水量将大幅上升，与之相配套的各种资源消耗也将随之增加，这对控制整个基坑工程的费用不利，且降水影响范围增大，对周围环境的危害性增加；

(b)根据众多基坑工程经验，在设计降深相同的情况下，非完整井实际抽水量比完整井减少了1/3，合理控制了地下水的抽排量，使得降水工程的造价更经济合理，对周边地面沉降也被控制在最低限度，因此，本基坑工程最终决定采用非完整井进行降水；

(c)坑中坑(3)外的降水井(4)深度确定

降水井(4)的深度按下式确定：

H_W＝H_W1+H_W2+H_W3+H_W4+H_W5+H_W6

式中H_W——降水井(4)深度，单位为m；

H_W1——基坑深度，单位为m；

H_W2——降水水位距离基坑坑底要求的深度，单位为m；

H_W3——其值为ir₀，i为水力坡度，在降水井(4)分布范围为1/10-1/12；i₀为降水井(4)分布范围的等效半径或降水井(4)排间距的1/2，单位为m；

H_W4——降水期间的地下水变幅，单位为m；

H_W5——降水井(4)过滤管(6)工作长度，单位为m；

H_W6——沉淀管(7)长度，单位为m；

因抽取承压水是为了降低承压水位，故在具体降水过程中尽量减少抽水量，同时又要控制降水井(4)的含砂量不超过有关规范要求，结合场区实际地质条件，确定普挖区(1)和塔楼区(2)降水井(4)深度分别为38m和42m；

(d)按照下时计算基坑内部任意点水位降深

式中s—基坑内任意计算点水位降深，单位为m

Q_i—i井出水量，单位为m³/d；

M—承压含水层厚度，单位为m；

K—渗透系数，单位为m/d；

r_p—任意计算点至各井点距离，单位为m；

n—降水井(4)数量；

d—含水层顶板至过滤管(6)顶部的距离，单位为m；

l—过滤管(6)进水部分长度，单位为m；

W(u_i)、—井函数；

(e)利用天汉软件试算坑中坑(3)区域内的降水井(4)深度为38m、40m、42m、44m和46m时对应土层渗透系数和影响半径下基坑地下水水位及降深情况时的降水效果，最终确定坑中坑(3)内部的降水井(4)深度为42m；

(f)降水井(4)结构确定

降水井(4)的结构包括井管(5)、过滤管(6)、沉淀管(7)及围填滤料(8)，松散含水层的过滤管(6)内径不小于250mm，同时为方便施工以及保证不同开挖深度对承压水降深的要求，对整个基坑内不同区域的降水井(4)结构做适当的调整，最终确定普挖区(1)38m降水井(4)井径为250mm，井管(5)长度为19m，过滤管(6)长度为18m，沉淀管(7)长度为1m，塔楼区(2)42m降水井(4)井径为300mm，井管(5)长度为26m，过滤管(6)长度为15m，沉淀管(7)长度为1m，

步骤四：降水井(4)数量确定

(a)计算涌水量：采用减压疏干降水进行计算，并以降低承压水位至基坑开挖面以下1-9m为标准；根据降水后水位控制高度要求及地层条件，按稳定流承压环形非完整井考虑，采用大井法对基坑最大涌水量进行概算；计算公式为基坑涌水量计算公式：

式中Q—基坑涌水量，单位为m³/d；

k—含水层渗透系数，单位为m/d；

H—含水层底面起算的承压水测压水位高度，单位为m；

M—含水层厚度，单位为m；

R—抽水影响半径，单位为m；

r₀—环形井点系统的引用半径，单位为m；

(b)计算降水井(4)数量

按普挖到裙楼底板底-19.0m考虑时Q＝68060.59m³/d＝2835.86m³/h，如果单井抽水量设计为50m³/h，则共需的井数分别为57口；如考虑纯塔楼区(2)工程桩接桩需要按-26.70m验算时Q_塔楼＝40728.02m³/d＝1697m³/h，则纯塔楼区(2)需布置降水井(4)34口，考虑基坑面积较大，综合采用50m³/h和80m ³/h深井潜水泵(12)进行抽排，同时考虑一定数量的安全储备，整个基坑共需降水井(4)79口，其中普挖区(1)38m降水井(4)59口以及塔楼区(2)42m降水井(4)20口；

(c)观测井数量确定

为加强基坑水位观测，平均每6000-7000㎡布置一口观测井，结合普挖区及塔楼区(2)的情况，其中普挖区(1)观测井设置2口、塔楼区(2)观测井设置2口，井深同所在区域的降水井(4)；

步骤五：降水井(4)合理布置

(a)在进行降水井(4)管布置时，井间距满足如下要求：

b≥5πD

式中b—降水管井之间的距离，单位为m；

D—降水管井的井径，单位为m；

(b)降水井(4)平面布置

降水井(4)应在满足计算间距的情况下尽量等距离布置，以提高整个降水工程的施工效率，同时降水井(4)布置应避开工程桩及地下室各层结构主要受力构件，最终确定布置图；

(c)降水井(4)管道布置

降水井支管(9)的布置综合考虑降水井(4)及土方临时通道的位置，确定降水井支管(9)的走向，在竖向设置灯笼架(10)，解决由于基坑支护无内支撑，降水井(4)竖向悬臂高度较高的问题，多根降水井支管(9)共用灯笼架(10)，并且根据现场情况优化降水井支管(9)布置，将多根降水井支管(9)汇入一处，并接入降水井总管(11)，方便土方主通道两侧次要通道的设置，降水主管水先排入沉淀池经沉淀后，一部分用于现场施工用水、另一部分排入市政管网，在土方开挖过程中，对降水井支管(9)的灯笼架(10)进行换撑；

步骤六：基坑支护及降水井(4)施工

(a)施工流程：普挖区(1)及坑中坑(3)周围支护结构施工→土方逐层开挖→降水井(4)跟进施工，并及时进行降水，实时对水位进行观测，确保水位位于土方开挖面以下1-2m；

(b)降水井(4)成井施工：根据成熟的冲击钻成井施工工艺进行降水井(4)施工，并应特别注意井孔垂直度、井深控制及成孔保护关键工序的保障；

(c)降水井支管(9)的灯笼架(10)搭设及换撑：降水井(4)的灯笼架(10)必须确保降水井(4)的稳定及降水井支管(9)的布置，支撑架间距不大于10m，同时土方开挖过程中，注意保护；

(d)桥架式降水主管施工：采用塔吊将降水主管吊装在基坑内原格构柱柱顶，采取措施焊接固定，然后将降水井支管(9)按照就近原则与主管连接，降水主管与坑外排水系统相连；

步骤七：降水井(4)开启及水位监测

(a)降水井(4)的开启视土方开挖及水位监测而定；

(b)土方开挖过程中，每天早晚分别进行水位监测，通过观测井观测实际水位情况确定降水井(4)的开启数量，确保水位始终处于开挖面以下1-9m的深度；

(c)地下室结构施工阶段，根据现场施工需要、降水天气影响、江河汛期影响，调整开启降水井(4)数量，确保地下水位维持在基底开挖标高以下大于1-9m的深度，避免地下水从后浇带中漫出；

(d)塔楼施工工期较长，后浇带封闭时间较晚，为避免后期施工期间后浇带突涌和翻水的发生，需要在底板及外墙结构施工期间对后浇带进行超前止水施工；

步骤八：降水井(4)封堵：深井降水完毕后，采取有效措施封堵井孔，避免承压水沿井孔及井壁上涌，具体措施如下：

(a)承台底板施工时，在管壁加焊两层止水圈，阻挡承压水沿井壁上涌；

(b)±0.00施工完毕后，采取“以砂还砂，以土还土”的原则，封堵井孔，并加焊封口钢板。