随着建筑市场的快速发展, 日益增多的超高层建筑拔地而起, 基坑开挖深度也越来越大, 从而导致基坑降水的难度和成本不断增加。目前, 深基坑降水方法中应用最广泛的是技术工艺成熟、施工效率高的坑外管井封闭降水方法, 降水井布置形式以整个基坑为设计对象, 根据总涌水量计算管井数量和间距。这种方案从技术层面上是正确的, 然而超高层建筑结构设计时往往在塔楼底板核心筒区域、柱基、集水井、电梯井等部位局部小面积加深, 如果为了局部个别深坑的小面积降水, 而采用整个基坑超深降水的保守方案, 管井的数量和深度都会增加很多, 同时对毗邻建筑物的沉降影响也较大, 从成本方面来考虑也不经济, 且工期较长。如何在不影响降水效果的前提下减小深基坑降水难度和成本是摆在工程技术人员面前的重要课题。

本工程占地面积72 675m², 分南北2个地块, 北地块为住宅区, 南地块为办公区。地下室5层, 开挖深度27m, 局部开挖深度超过29m, 属于深基坑工程。根据本项目地质勘察报告显示, 本工程稳定地下水位为-13.000m, 故本工程自土方开挖至主体结构封顶阶段需进行深基坑降水作业。

根据钻勘报告显示, 场地勘察深度范围内的地层结构由黏性土、砂类土、碎石土、黏土质砂、黏土质砾及风化岩组成, 现将场地地层描述如下: (1) 杂填土、 (2) 粉质黏土、 (3) 中粗砂、 (4) 砾砂、 (5) 粉质黏土、 (6) 砾砂、 (7) 黏土质砂、 (8) 全风化混合花岗岩、 (9) 强风化混合花岗岩、 (10) 中风化混合花岗岩。

砂类土及碎石土中赋存第四系孔隙潜水, 渗透系数大, 含水层综合渗透系数为80~100m/d, 稳定水位埋深为12.00~14.00m;相应标高为31.800~34.200m, 局部具有承压性, 含水层厚度均匀, 透水性较好, 场地下伏 (7) 黏土质砂 ( (7) _-1黏土质砾) 分布连续, 埋深在40m左右, 该层渗透性较差, 可视为隔水层。该地下水主要以大气降水和地下径流为补给来源, 主要排泄方式为地下径流和人工开采。

经计算, 该基坑降水工程若采用坑外一级降水将水位降低至塔楼最低标高处, 沿基坑顶部周边共需设置72口250QJ80-60/3型潜水泵方能满足需求, 但降水周期较长, 降水费用昂贵。如在塔楼基础施工完成后, 采取“隔一停一”的方式关停降水井水泵的方法, 则会导致相邻运行的2口降水井间距过大, 降水水位不能满足裙楼底板和外墙施工的需要。

秉持着节约投入及减少地下水开采原则, 为尽可能减小降水井数量、降低降水系统对地下工程施工以及对地基基础的影响, 该基坑降水采用“坑中坑”二级接力降水施工技术, 坑外仅需布置42口降水井即可。在裙房筏板内、塔楼筏板周边布置加深降水井, 降水深度14m, 降水井孔径为400mm, “坑中坑”二级接力降水井布置如图1所示。

根据设计总说明, 该工程稳定水位为-13.000m, 场地抗浮设计水位标高按-12.000m考虑。裙房底板厚度为2m, 塔楼区域底板厚度为4m, 核心筒区域底板厚度为6m, 整个地下室底板平均厚度约为3.2m, 基坑开挖深度为27m, 降水深度要求降至基坑开挖深度下0.5m, 本工程取1m, 经计算地下室底板抗浮满足要求。

“坑中坑”二级接力降水技术, 即降水井采用“坑中坑”布置形式, 其中一级降水井位于基坑顶部, 二级降水井位于基坑底部塔楼底板范围外。两级降水井系统各司其职, 其中一级降水水位降深保证裙楼结构施工需求;二级降水水位降深保证塔楼结构施工需求, 各塔楼之间分别布置二级降水井、单独降水、互不影响。在塔楼底板施工完成、底板混凝土强度满足设计要求后, 拆除二级降水系统, 封堵二级降水井预留孔洞。

按照施工规范要求, 施工缝以及后浇带宜设在结构受力较小的部位。对于底板结构应为跨度的1/3处, 理论上是结构受力较小的部位, 所以将降水井设置在这里是合理的选择之一, 布置在裙楼底板上的二级降水井理论最佳位置如图2所示。

后浇带是作为超长建筑不留温度伸缩缝及高层建筑高层部分与裙楼之间不留沉降缝的技术措施, 待主体结构竣工后方可浇筑后浇带混凝土, 因此将降水井放置在底板后浇带内, 可以避免降水井影响主体结构完整性, 且二级降水完成后, 可随时进行降水井的封堵, 布置在后浇带内的二级降水井位置如图3所示。

降水管周边预留2 000mm×2 000mm的区域为降水管封堵提供作业面, 并在预留口周边布置300mm×3mm的止水钢板, 钢筋能绑扎的全部绑扎到位, 后期可对钢筋进行切割, 保证钢筋焊接时不偏位。防水层甩茬应超过预留钢筋长度并满足搭接要求, 以方便后期防水铺贴, 并做好成品保护, 防止防水层被破坏, 布置在后浇带内的二级降水井结构预留如图4所示。图4中, 底板底部纵、横向钢筋, 顶部横向钢筋遇降水井处按平面图区域断开;其余钢筋照常通过, 待降水完成后, 按平面图区域将范围内钢筋切断。下卧部分钢筋在平面图区域全部切断;待降水井封堵完成、防水施工完成后, 将下卧部分钢筋焊接连接, 浇筑下卧部分混凝土;下卧部位混凝土浇筑完成后, 将底板范围内断开的钢筋采用帮条焊焊接。

主楼底板底部和顶部的纵、横向钢筋遇降水井处断开;核心筒区域混凝土浇筑完成后拆除降水井, 降水井内采用与底板相同强度等级的混凝土进行封堵。完成后补全降水井处的垫层、防水及保护层, 遇降水井断开的底板钢筋后期采用帮条焊焊接, 布置在底板斜面上的二级降水井结构预留如图5所示。

二级降水井封堵遵循以下工序:水泵和水管拆除→溜管浇筑降水井→防水铺贴及保护层施工→筏板钢筋焊接→筏板预留口混凝土浇筑。

1) 水泵和水管拆除 先将出水管进行拆除, 由于水泵质量较大, 人工拆除无法完成, 需在预留口处架设倒链进行拆除。

2) 溜管浇筑降水井 降水井封堵时, 地下室已经施工完毕, 由于二级降水井布置区域分散, 且每个降水井封堵所需混凝土浇筑量约为2m³, 浇筑量较少, 不适于连接泵管进行混凝土泵送, 而使用人工手推车运输混凝土进行浇筑, 则时间较长不利于保证混凝土质量。本工程采用翻斗车外加溜管浇筑的方式, 具体做法为用翻斗车将混凝土运输至指定区域, 再通过直径为400mm的钢制溜管输送至降水井内, 混凝土浇筑至垫层底即结束降水井内混凝土浇筑工作, 溜管浇筑降水井具体做法如图6所示。

3) 防水层铺贴及保护层施工 降水井混凝土浇筑完毕后进行垫层施工, 垫层施工完毕待基层达到要求进行厚度为4mm改性沥青防水卷材铺贴施工。此处卷材铺贴采用热熔满粘法施工, 重点做好防水卷材的搭接处理, 搭接缝处必须要有热熔沥青溢出挤出, 搭接必须粘贴严实, 随后刮抹封缝。防水保护层采用20厚1∶2水泥砂浆抹灰, 抹灰前在卷材表面用水泥掺和801胶进行甩浆处理, 以利于保护层与卷材更好地结合。

4) 筏板钢筋焊接 由于预留口筏板底排钢筋施工时预留区域空间较小, 因此采用双面帮条焊接连接方式, 焊接长度≥5d。焊接完毕将焊渣等杂物清理干净, 再按上述方式进行预留口筏板上排钢筋施工。

5) 筏板预留口混凝土浇筑 预留口混凝土浇筑同样采用溜管浇筑施工方法, 采用比筏板基础混凝土高一强度等级的补偿收缩微膨胀混凝土。混凝土浇筑完成后, 在表面覆盖1层塑料薄膜进行保湿, 其上边再用棉被进行保温。

在坑外一级降水井“隔一停一”运行的前提下, 依靠坑内二级降水井降水可以满足塔楼深基坑开挖时基槽无水作业条件, 坑内二级降水方案的实施既解决了坑内加深降水的难题, 同时减小了地下水的提取量, 倡导了绿色施工理念, 取得了良好的社会效益。

该基坑降水工程通过“坑中坑”二级接力降水施工技术的应用, 不仅显著提高了降水的效果, 而且降低了降水施工成本。

“坑中坑”二级接力降水施工技术在该深基坑工程中得到了较好的应用, 有效保证了筏板基础的施工质量, 能够保持土方开挖过程中基面干燥, 水位始终保持在开挖面以下1m左右, 没有出现渗水、塌坡、地面沉降不均情况, 缩短了施工工期, 取得了良好的社会效益和经济效益, 有效地证明“坑中坑”二级接力降水施工技术的可行性、合理性、效益性。