董新和

(江蘇天宇建設(shè)集團(tuán)有限公司 太原分公司,山西 太原 030002)

1 工程概況

萬通花園項(xiàng)目位于山西省陽泉市桃南東路與泉東路和官坊街交匯處,總建筑面積93 000.00 m2,地下3層、地上21層。剪力墻結(jié)構(gòu),筏板基礎(chǔ),基礎(chǔ)埋深12.00 m。地基構(gòu)成及巖性特征,根據(jù)野外鉆探、原位測(cè)試及室內(nèi)土工試驗(yàn)綜合分析,場(chǎng)內(nèi)地基土從上至下共分為六層,承載力特征值見表1。

表1 地基承載力特征表Table 1 Characteristics of foundation bearing capacity

地下水文特征,經(jīng)測(cè)定穩(wěn)定水位埋深介于637.24 m～638.47 m,揭露的場(chǎng)地地下水類型為巖石孔隙潛水,主要補(bǔ)給來源為大氣降水及地下側(cè)間徑流,水位季節(jié)變化約1 m,根據(jù)設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)埋深10.93 m,絕對(duì)高程637.97 m, 基礎(chǔ)對(duì)地基承載力要求為250 kPa,故選用表中3號(hào)土作為本工程持力層,因本層為卵石,厚度為4.0 m～4.9 m,該范圍內(nèi)含水較少。但本工程1#、2#、3#樓電梯及集水基坑深度為±0.00 m以下13.43 m,絕對(duì)高程635.47 m,已達(dá)到穩(wěn)定水位以下,該位置含有較多的巖石孔隙潛水,由于基坑為巖石,給降水帶來很大的困難。為解決這一難題,項(xiàng)目部邀請(qǐng)有關(guān)專家討論提出如下降水方案:方案一,集水井排水方案。即在基坑附近邊角上挖滲水井,將孔隙潛水引至該集水井,然后用潛水泵間斷抽水;方案二,輕型井點(diǎn)降水方案。在基坑周邊布設(shè)井點(diǎn)管,用軟管與集水總管連接,最后用真空泵將集水總管內(nèi)水抽出;方案三,ZGD型螺桿自吸泵降水方案。即沿基坑底部對(duì)角線及周邊鑿滲水盲溝(槽),寬度為100 mm,深度為120 mm,然后在其中填碎石設(shè)置成排水盲溝。在其交匯處與排水吸盤的立桿管相連,排水立桿出水口與自吸泵軟管相連,實(shí)現(xiàn)不間斷降水。

從可行性、經(jīng)濟(jì)性、可操作性等方面分別對(duì)以上三方案進(jìn)行分析比較。方案一特點(diǎn)是排水量可能較大,但對(duì)急需施工的基坑地下水位降低效果控制不利,施工難度較大,施工成本高,施工周期較長(zhǎng),對(duì)搶工期不利;方案二特點(diǎn)是對(duì)急需施工的基坑地下水位控制效果有利,但巖石地基復(fù)雜,井點(diǎn)布設(shè)鉆孔很困難,施工成本相對(duì)也比較高;方案三特點(diǎn)是技術(shù)可靠,施工靈活,操作簡(jiǎn)單,施工成本低,施工周期很短,對(duì)搶工期非常有利。因而,最終確定方案三即ZGD型螺桿自吸泵降水方案作為本基坑降水方案。

2 工藝原理

根據(jù)巖石地基孔隙滲透系數(shù)及基坑面積計(jì)算確定滲水量[1],確定排水管徑,選用相應(yīng)型號(hào)自吸泵;在巖石基坑面上設(shè)置盲溝,通過吸水盤與其上部自吸管及自吸泵相連進(jìn)行24 h連續(xù)抽水,使地下水位控制在作業(yè)面 0.2 m ～0.3 m以下,保持滲水與吸水平衡,已達(dá)到巖石基坑底無水,施工期間基坑完全處于干作業(yè)狀態(tài)的目的。待巖石基坑的防水、鋼筋、模板等工程全部完成后,澆筑抗?jié)B混凝土?？?jié)B混凝土澆筑高低接近至閘閥時(shí),利用混凝土自重壓力改變地下水流向的原理,此時(shí)關(guān)閉自吸泵與吸水盤之間的閘閥,撤除自吸泵,待混凝土終凝后割除閘閥以上多余的排水管如圖1所示。

圖1 螺桿自吸泵巖石基坑排水工藝原理圖Fig.1 Principle of drainage process of rock base pump with screw self-suction pump

3 工藝流程

根據(jù)巖石地基勘探報(bào)告及基坑設(shè)計(jì)面積計(jì)算基坑滲水量→選擇排水管徑及自吸泵型號(hào)→鑿排水巖石槽設(shè)置盲溝→制作吸水盤及排水管系統(tǒng)→安裝自吸排水系統(tǒng)裝置→試排水→正常排水→巖石基坑后續(xù)作業(yè)施工→關(guān)閉排水閘閥→撤移自吸泵割除多余排水管。

4 施工方法

4.1 基坑涌(滲)水量計(jì)算

K——土的滲透系數(shù)(m/d),有裂隙巖石(20～60) m/d,取40 m/d;

H——降水深度(m),即常年穩(wěn)定水位至設(shè)計(jì)基坑底以下0.5 m的深度;

R——降水影響半徑(m),碎石、砂巖、卵石R為(100～200)m,取150 m;

L——基坑長(zhǎng)(m),設(shè)計(jì)6 m;

B——基坑寬(m),設(shè)計(jì)5 m;

r0——引用基坑半徑(m).

r0的計(jì)算公式如下:

降水深度H=638.47-635.47+0.5=3.5 m 則有

4.2 排水管徑及自吸泵型號(hào)確定

根據(jù)計(jì)算得到的基坑涌水量,結(jié)合ZGD型系列螺桿自吸泵技術(shù)參數(shù)表見表2,并考慮其它不利因素,擬選用表中序號(hào)6,ZGD20-160-2.0型號(hào)螺桿自吸泵,其基本參數(shù)為,吸水流量為20 m3/h(>16.56 m3/h)、功率2 kW、電壓220 V、進(jìn)出水管徑32 mm、揚(yáng)程160 m，吸程50 m。

4.3 排水盲溝及集水井的設(shè)置

4.3.1 周邊排水溝槽設(shè)置

用風(fēng)鎬在巖石基坑四周鑿寬度100 mm、深度120 mm的環(huán)形溝槽,基坑對(duì)角線上設(shè)置同樣寬度和深度的溝槽。溝槽設(shè)置時(shí),應(yīng)按2‰泄水坡度向集水坑方向設(shè)置,并清理其內(nèi)部雜物如圖2所示。

4.3.2 集水井設(shè)置

在巖石基坑底對(duì)角線交匯處再用風(fēng)鎬鑿深度300 mm、直徑300 mm的圓柱形集水井,并清理干凈雜物如圖2、圖3所示。

圖2 集水坑及盲溝平面布置圖Fig.2 Plane layout of puddle and blind ditch

4.3.3 排水盲溝及集水井的形成

在溝槽清理干凈后在其內(nèi)鋪設(shè)粒徑為20～30 mm干凈的碎石作為過濾層,形成過水盲溝。在圓柱形集水井內(nèi)敷設(shè)粒徑為20 mm～40 mm干凈的碎石作為過濾層。這樣便形成相互貫通的排水盲溝與集水井。

4.4 制作吸水盤及排水管系統(tǒng)

吸水盤為厚度8 mm,Φ400 mm的圓鋼板,其中心位置設(shè)置直徑Φ35 mm圓孔,用Φ32 mm長(zhǎng)度L=550 mm(該長(zhǎng)度視筏板厚度確定)鍍鋅鋼管下端與其堆焊。鍍鋅鋼管外露吸水盤板一側(cè)80 mm。鍍鋅鋼管的另一端為絞絲,與相應(yīng)型號(hào)兩通閘閥相連。在閘閥上端與長(zhǎng)為800 mm～1 000 mm絞絲鍍鋅排水鋼管連接,鍍鋅排水鋼管上端與自吸泵軟管相連即構(gòu)成自吸排水系統(tǒng)。為保證螺桿自吸泵排水系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定性,安裝前在吸盤底部用直徑Φ16 mm螺紋鋼筋焊接成“米”字形的水平穩(wěn)定支架,以確保其安裝后能正常吸水與排水如圖4所示。

圖3 巖石基坑集水坑及盲溝構(gòu)造原理圖Fig. 3 Principle of construction of puddle and blind ditch in rock foundation pit

圖4 螺桿自吸泵吸水盤構(gòu)造原理圖Fig.4 Principle of construction of self-suction pump pump by screw

4.5 安裝自吸排水系統(tǒng)裝置

排水盲溝及集水井的設(shè)置完成,螺桿吸水盤制作完備按下列步驟安裝排水系統(tǒng)。

1)安裝前為防止雜物堵塞自吸排水系統(tǒng),在止水盤下側(cè)的鍍鋅吸水管口用過濾網(wǎng)封堵,細(xì)鋼絲扎牢。

2)安裝時(shí)用普通潛水泵將基坑內(nèi)滲水抽出,迅速將自吸排水系統(tǒng)裝置水平安置在預(yù)先設(shè)置好的集水井中部,檢查安裝位置是否正確,確定位置無誤后用膨脹螺栓與卡箍將 “米”字型支架與巖石地基永久固定,每根支架固定卡箍不少于2道。

3)待下部螺桿自吸排水設(shè)備安裝完畢后將自吸泵軟管立即與鍍鋅排水管有效連接,保證其連接長(zhǎng)度大于50 mm以上,然后用細(xì)鐵絲固定扎牢。

4)將自吸泵安置在基坑上部不受下道施工工序干擾的位置,將自吸泵的排水軟管引入基坑外的排水溝中,保證其排水順暢,并做臨時(shí)固定。將三級(jí)開關(guān)箱電源接至自吸泵附近。

4.6 試排水及正常排水

排水盲溝及集水井設(shè)置完成,自吸排水系統(tǒng)裝置安裝就緒,接上電機(jī)電源按以下方法進(jìn)行試排水工作。

1)卸下自吸泵出水口的出水軟管,用注水漏斗及預(yù)先準(zhǔn)備好的注水桶往自吸泵內(nèi)灌入引水。待自吸泵引水灌滿后,將出水軟管與出水口連接固定好。

2)以上工作完成后,開通自吸泵控制開關(guān),啟動(dòng)自吸泵,觀察進(jìn)水與出水軟管中進(jìn)出水情況,開始時(shí)進(jìn)、出水管中存在氣泡為正?，F(xiàn)象。

3)觀察一段時(shí)間后,如發(fā)現(xiàn)透明軟管內(nèi)仍然存在大量氣泡,則應(yīng)關(guān)閉自吸泵,及時(shí)檢查進(jìn)水與出水口等接頭部位是否存在漏氣現(xiàn)象,應(yīng)立即作密閉或加固處理。

4)經(jīng)過密閉及加固處理后,重新開啟自吸泵透明軟管中無氣泡,且進(jìn)出水流暢,自吸泵排水量能滿足基坑無多余滲水,則該排水系統(tǒng)即可進(jìn)入正常排水狀態(tài)。

4.7 排水閘閥關(guān)閉

當(dāng)基坑排水速度及排水量與滲水速度和滲水量基本平衡時(shí),應(yīng)抓緊后續(xù)工作,在基坑混凝土澆筑高度接近閘閥位置時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況考慮關(guān)閉閘閥。

1)螺桿自吸泵處于正常排水狀態(tài)時(shí),即基坑的滲水速度及滲水量與螺桿自吸泵排水系統(tǒng)的吸排水速度及吸排水量相當(dāng),處于一種“滲排平衡”狀態(tài)。此時(shí)基坑內(nèi),應(yīng)處于無多余滲水的理想干燥狀態(tài)。施工作業(yè)人員應(yīng)抓緊后道工序施工,如基坑墊層、防水層、保護(hù)層、鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑等作業(yè)施工。

2)在基坑最后一道工序即混凝土澆筑施工時(shí),待基坑筏板混凝土澆筑有一定高度,且基本與螺桿排水管中部的閘閥高度接近時(shí),可以關(guān)閉閘閥。此時(shí)利用混凝土自防水及其自重的原理改變地下水流向,使其滲水向其他部位滲透,保證該施工部位的無滲水的正常施工。

4.8 撤移自吸泵,割除多余排水管

當(dāng)螺桿排水管中部的閘閥被關(guān)閉后一段時(shí)間,基坑內(nèi)無滲水現(xiàn)象,說明巖石地基的地下水,在混凝土的重壓力下改變了其流向,向周邊擴(kuò)散滲透。此時(shí)可以撤去自吸泵及排水軟管,連續(xù)將混凝土澆筑至設(shè)計(jì)標(biāo)高。待混凝土終凝后,用氣割方法將筏板以上多余的螺桿排水管割去。

5 主要材料和機(jī)具設(shè)備

根據(jù)本工程所需排水巖石基坑數(shù)量,經(jīng)測(cè)算分析,應(yīng)準(zhǔn)備以下主要材料及機(jī)具設(shè)備，如表3、表4。

表3 主要材料Table 3 Main materials

表4 主要機(jī)具設(shè)備Table 4 Main machinery and equipment

6 質(zhì)量保證措施

為保證排水盲溝及集水坑水路暢通,螺桿自吸盤排水系統(tǒng)封閉性能,應(yīng)按如下要求進(jìn)行質(zhì)量控制。

1)盲溝制作時(shí),要彈線，然后用切割機(jī)沿線切割，最后用風(fēng)鎬或電錘鑿除,以保證盲溝順直,流水暢通。

2)盲溝的溝槽制作時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按圖1設(shè)計(jì)要求，控制好其泄水坡度,確保基坑滲水集中流向集水坑。

3)用于盲溝及集水坑的過濾碎石應(yīng)進(jìn)行淘洗,撿去其中雜物,以利于盲溝及集水坑排水。

4)圓柱形集水坑應(yīng)先于盲溝剔鑿,剔鑿?fù)瓿珊?，?yīng)有1:3水泥砂漿抹平,上口留有10 mm×10 mm凹槽,以便安裝吸水盤。

5)螺桿自吸盤中的排水閘閥安裝時(shí)，上、下立管應(yīng)用膠帶纏好,保證其嚴(yán)密不漏水。吸水盤與立桿焊接應(yīng)為雙面堆焊,焊腳有效高度hf應(yīng)不小于5 mm,吸水盤下側(cè)的立管進(jìn)水口長(zhǎng)度不小于80 mm。

6)巖石基坑防水卷材施工時(shí),在遇吸水盤的立管根部時(shí)，應(yīng)加設(shè)一層加強(qiáng)層,且防水層管根部上翻300 mm以上,末尾用卡箍卡牢[3]。

7)巖石基坑進(jìn)行其他專業(yè)工序施工時(shí),應(yīng)注意保護(hù)好螺桿自吸泵降水系統(tǒng)設(shè)施,嚴(yán)禁碰撞或隨意移動(dòng)。

8)排水閘閥關(guān)閉前,應(yīng)先切斷電源,以防止自吸泵空載發(fā)熱損壞電機(jī)。

7 安全與環(huán)保措施

為確保安全文明施工及滿足環(huán)境保護(hù)要求,螺桿自吸盤制作、排水盲溝及集水井設(shè)置應(yīng)按以下要求進(jìn)行。

1)電焊及氣割作業(yè)人員必須經(jīng)過培訓(xùn),持證上崗,電焊或氣割作業(yè)前應(yīng)辦理動(dòng)火申請(qǐng)[4]。

2)操作人員操作時(shí),應(yīng)戴防護(hù)眼鏡和手套等防護(hù)用品。

3)焊機(jī)在工作前必須對(duì)電氣設(shè)備、操作機(jī)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行檢查,并用試電筆檢查機(jī)體外殼有無漏電。

4)焊機(jī)應(yīng)放在干燥的地方,機(jī)身要平穩(wěn)牢固,周圍不準(zhǔn)放置易燃物品。

5)氧氣瓶、乙炔瓶的閥、表均應(yīng)齊全有效,緊固牢靠,不得松動(dòng)、破損和漏氣。氧氣瓶及其附件、膠管和開閉閥門的扳手上不得沾染油脂。

6)乙炔膠管和氧氣膠管不得錯(cuò)裝。乙炔膠管為黑色,氧氣膠管為紅色。

7)氧氣瓶應(yīng)與其他易燃?xì)馄俊⒂椭推渌兹嘉锲贩珠_保存,也不得同車運(yùn)輸。

8)氧氣瓶與乙炔瓶?jī)?chǔ)存和使用時(shí)的距離不得小于5 m,氧氣瓶、乙炔瓶與明火或割炬(焊炬)間距離不得小于10 m。

9)點(diǎn)燃焊(割)炬時(shí),應(yīng)先開乙炔閥點(diǎn)火,然后開氧氣閥調(diào)整火焰,關(guān)閉時(shí)先關(guān)乙炔閥,后關(guān)閉氧氣閥。

10)工作完畢后應(yīng)關(guān)閉氧氣瓶、乙炔瓶,拆下氧氣表、乙炔表,擰上氣瓶安全帽;并將膠管盤起、捆好掛在室內(nèi)干燥的地方,減壓閥和氣壓表應(yīng)放在工具箱內(nèi);認(rèn)真檢查操作地點(diǎn)及周圍,確定無起火危險(xiǎn)后,方可離開。

11)盡量避免或減少施工過程中的光污染。夜間室外照明燈加設(shè)燈罩,透光方向集中在施工范圍。

12)電焊作業(yè)采取遮擋措施,避免電焊弧光外泄。

13)為減少對(duì)工程周圍居民的噪聲污染,嚴(yán)禁在晚22:00至次日6:00施工。

14)使用低噪音、低振動(dòng)的機(jī)具,采取隔音與隔振措施,避免或減少施工噪音和振動(dòng)。

15)現(xiàn)場(chǎng)的施工垃圾應(yīng)集中分類堆放并做到及時(shí)外運(yùn),保持施工環(huán)境整潔,避免對(duì)后續(xù)工作造成影響。

8 結(jié)語

ZGD型螺桿自吸泵降水施工技術(shù)通過該項(xiàng)目的應(yīng)用,成功地解決了巖石基坑排水難和施工過程復(fù)雜的施工難題,為基礎(chǔ)工程下道工序提供了一個(gè)干燥的施工作業(yè)環(huán)境,保證了基礎(chǔ)施工質(zhì)量[5],確保了基礎(chǔ)施工工期。本工程基坑累計(jì)使用了ZGD型螺桿自吸泵降水系統(tǒng)設(shè)施12處,取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。ZGD型螺桿自吸泵降水施工方法,技術(shù)可靠,施工操作方法簡(jiǎn)單,是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)適用的巖石基坑降水技術(shù)。該降水技術(shù)非常適合山區(qū)巖石地基的基坑降水與排水,在該領(lǐng)域值得應(yīng)用與推廣。