深基坑高水位内降水井的超前止水封堵施工技术

时间：2024-08-31

魏万龙孟召虎余自强鲁剑蓉吴明磊黎建宁杨荣

中建三局集团有限公司陕西西安 710065

近年来，城市建设不断发展，地下结构深度也不断向下延伸。建筑基坑越深，遇到的地下水将会越多。为保证明挖基坑安全，必须设置足够的降水井来降低地下水位。对于面积较大或者受条件限制无法设置外部管井的基坑，仅仅靠基坑周边的管井降水是远远不够的，还需在基坑内设置降水井，即内降水井。内降水井在结构完成后的封堵是施工过程中的一大难题[1-7]。通过参考国内相关深基坑内降水井封堵的文献可以发现，深基坑内降水井主要有“边抽边堵”的二次封堵法、止水环封堵法、法兰盘封堵法以及导水管封堵法等。目前，超前止水封堵法尚无相关应用。此方法打破常规的施工思路，结合热水瓶“瓶塞”原理和超前止水后浇带设计原理，在封堵内降水井的应用中取得了良好的封堵效果。

1 工程概况

兰州轨道交通1号线一期工程沿线站点附属人防工程迎门滩站项目位于兰州市安宁区，为兰州市轨道交通1号线一期工程迎门滩站项目的附属开发项目。建设用地包括富强路、银安路和万新南路的全幅路面及3条道路交叉的三角地带，项目规划为地下2层结构。本工程平时设计用途为商业、餐饮和停车场，战时设计用途为人员掩蔽部。基坑开挖面积达250 000 m2，基坑开挖深度达18 m。开挖基坑距黄河约350 m，地下水位埋深10～12 m。基坑采用明挖法施工，基坑降水采用管井降水。由于开发面积较大，地下水丰富，局部位置受原有建（构）筑物的制约影响，故除基坑外降水井外，在基坑内设计了24口内降水井。内降水井在筏板段设计采用钢管，结构施工完成后进行封堵时，在停止降水后，内降水井涌水量很大，地下水短时间内即淹没底板，导致封堵钢板难以焊接。为解决此难题，项目展开了研究与分析，提出超前止水技术，解决了项目内降水井封堵的难题，操作简单，封堵效果良好。

2 原止水方案

根据原方案，项目基坑支护由于面积较大，通过涌水量计算，在基坑内设置内降水管井，内降水管井在底板段采用DN400 mm的钢管，此段钢管长4 m，筏板厚800 mm，钢管露出筏板面1 m。结构施工完毕后，内降水井封闭施工时，在井管内填充防水混凝土，然后用封堵钢板与预留止水钢板进行焊接，浇筑上部混凝土进行封闭，完成内降水井的封堵（图1）。但由于填充的混凝土在地下水压力的作用下，凝固缓慢，无法达到止水效果，焊接钢板处于水中作业，封堵施工困难，无法保证焊接质量。

3 超前止水封堵工艺原理

结合应用热水瓶“瓶塞”原理和超前止水后浇带设计原理，根据内降水管井钢管内径尺寸，定做圆木“瓶塞”（一端略小于管井内径10～15 mm，另一端同管井内径），施工时拔出水泵，将圆木“瓶塞”人工锤击进入降水管井，然后采用马钉加楔，使圆木“瓶塞”体积增大。同时，利用圆木“瓶塞”自身吸水膨胀的特点，使其与管井内壁紧密贴合，达到超前止水效果，然后进行降水井封堵钢板与预留止水钢板的焊接封堵以及上部混凝土浇筑施工（图2），从而解决原方案中的降水封堵施工难题，提高内降水井封堵的质量。

图1 原设计内降水井封堵大样

图2 超前止水封堵工艺原理

4 施工流程

4.1 降水井内径测量复核

现场对降水井进行编号，实测复核每口内降水井封堵段的管井内径尺寸，并统计形成记录表。

4.2 采购定做圆木“瓶塞”和马钉

根据现场测量的降水井内径尺寸，定做加工圆木“瓶塞”。圆木“瓶塞”一端直径比管井内径小10～15 mm，另一端直径同管井内径，长度宜为300～500 mm（可根据实际情况确定），选择易吸水膨胀的木材。圆木“瓶塞”表面应加工光滑，确保与降水管井内壁更好地紧密贴合。马钉的长度一般取圆木“瓶塞”长度的1/3，直径一般不小于20 mm（图3）。

图3 超前止水圆木“瓶塞”及马钉

4.3 拔出水泵，停止抽水

现场提前准备好施工所用的材料和施工工具，如圆木“瓶塞”、马钉、大锤等。关闭需封堵的降水井水泵电源，立即拔出降水井中的水泵，停止抽水。在拔出水泵的过程中，速度要快，以减少地下水上涌量。

4.4 安装圆木“瓶塞”，加楔马钉

降水井中的水泵拔出后，立即安装圆木“瓶塞”。安装时，圆木“瓶塞”直径小的一端向下，不断用大锤将圆木向下锤击。为防止封堵钢板被地下水腐蚀，圆木“瓶塞”锤击至封堵钢板下部300 mm左右时，方可停止锤击。

圆木“瓶塞”锤击至指定位置时，在圆木“瓶塞”顶部打入4～6根马钉楔紧（具体数量视止水情况而定），将圆木“瓶塞”直径胀大，使圆木与降水管井周边紧密贴合（图4、图5），封闭圆木“瓶塞”与降水井管的缝隙，隔离地下水上渗，实现超前止水的效果。

图4 安装圆木“瓶塞”，加楔马钉

图5 现场安装圆木“瓶塞”，加楔马钉

4.5 填充隔离混凝土

圆木“瓶塞”安装完成后，在其顶部与封堵钢板300 mm的范围内，采用微膨胀防水防腐混凝土进行填充隔离（图6），主要作用是防止地下水对封堵钢板造成腐蚀破坏，以免影响降水井的封堵质量。隔离混凝土施工时，要振捣密实，控制好顶部标高，不得影响上部封堵钢板的焊接。

4.6 焊接降水井封堵钢板

待隔离层混凝土初凝后，冲洗清理干净预留止水钢板上的锈渣及混凝土渣等垃圾，晾干或者烘干后，将降水井封堵钢板与预留的止水钢板采用角焊缝进行封闭焊接（图7）。焊接完成后，敲掉表面焊渣，检查焊缝的严密性，对有缺陷的部位进行补焊，确保封堵钢板与预留止水钢板焊接的质量。

图6 填充隔离混凝土施工示意

图7 降水井封堵钢板焊接施工示意

4.7 安装钢筋，浇筑底板混凝土

封堵钢板焊接完成并验收合格后，凿毛清洗干净降水井周边已浇筑的底板接槎混凝土，安装降水井位置的顶部底板钢筋，采用比底板混凝土高一强度等级的微膨胀防水混凝土浇筑并振捣密实（图8、图9）。

图8 降水井混凝土封堵施工示意

图9 降水井混凝土封堵施工

4.8 混凝土养护，降水井封堵完成

降水井位置的混凝土浇筑完成后，覆盖塑料薄膜和棉毡，保湿保温养护不少于14 d。至此，内降水井的封堵施工完成。

5 效益分析

兰州轨道交通1号线一期工程沿线站点附属人防工程迎门滩站施工项目通过合理地应用热水瓶“瓶塞”原理和超前止水后浇带设计原理，经现场优化改进，解决了内降水井封堵施工过程中的难题。与传统内降水井封堵原理不同，该方法通过提前阻断水源，为封堵施工提供了良好的环境，确保了内降水的封堵施工质量。内降水井超前止水封堵施工技术具有以下优点：

1）通过圆木“瓶塞”超前封堵降水井，操作简单，施工方便，适用性强，施工速度快。

2）在圆木“瓶塞”上加楔马钉，使圆木“瓶塞”径向体积增大并与降水井管内壁紧密贴合，起到超前止水作用，为封堵钢板的焊接施工提供了良好的作业环境。

3）充分利用了圆木“瓶塞”自身吸水后体积膨胀的原理，使圆木“瓶塞”与降水井管内壁贴合得更加紧密，止水效果更好。

4）采用圆木“瓶塞”超前封堵降水井，施工效果好，施工成本低。