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摘要：本文结合某工程超高层建筑的施工实践，从井点布置、井身结构确定、降水井施工、水位监测与降水运行等方面精心策划，并从施工工艺与运行管理上加以提高、改进，切实为逆作法施工中的深基坑降水积累施工经验和施工储备。
关键词：超高层建筑；逆作法施工；基坑降水；井点降水；监测
一、工程概况
该工程地处最繁华地段，集商业、餐饮、办公、酒店公寓为一体的综合性超高层建筑。基坑周长约552m，面积16000m2，开挖深度21.7～23.6m，其中主楼电梯井局部为29.2m。
二、施工方案
整个逆作法施工过程中，基坑降水不仅是基坑土方开挖与结构施工的关键前导工序，也是整个基坑安全与确保周围环境稳定的关键工序。总体施工部署确定为：
1．沿建筑物地下室轴线施工地下连续墙，同时施工建筑物地下室中间支撑桩和基础工程桩，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。
2．进行降水施工与首层土方明挖，再施工首层的梁板楼结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑。
3．逐层向下降水、暗挖土方和逆作法地下各层结构，直至底板封底。上部各层结构以首层的楼面结构为平台同步向上逐层施工。
4．如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。
三、水文地质条件
根据地质勘探报告揭示场地地下水分为潜水和承压水，其含水层水文地质特性如下。
1．潜水层主要赋存于人工填土层与饱和软土层。人工填土层由砖块、瓦片等粗颗粒与粉质黏土混填，密度小，孔隙大，有利于地下水的储存和渗透，透水性较好(渗透系数约为20×10－5cm/s)，尤其雨季，含水量较丰富。该层地下水稳定水位埋藏较浅，一般在自然地面下0.68～1.31m，厚度约4～10m，水位和水量随季节性变化，水位年变化幅度在0.5m左右。
2．第1层承压含水层由软～流塑粉质黏土(局部淤泥质粉质黏土)组成，埋藏较浅，在13～16m以下，厚度约为4～7m，富水性较好，但透水性差(渗透系数约为1×10－5cm/s，属弱～微透水层)，且给水性较差。承压水头埋深在地面以下3.0～3.6m，较潜水位低，水位较稳定，常年有水，但雨水期水位会略有提高。因该含水层的隔水顶板被坳沟和漫滩切割穿，与潜水含水层有一定的水力联系，并接受潜水的越流补给，所以该含水层具有弱承压性。
3．第2层承压水由粉质黏土混粗砂、卵砾石组成含水层，隔水底板为基岩。该含水层土质不均匀，大部分为粉质黏土混粗砂、卵砾石，部分为中粗砂混卵砾石，其中卵砾石的含量也不均匀。在粗砂、卵砾石含量较高处，透水性、富水性较好。该含水层埋藏较深(顶板埋深在地面下32.4m左右)，厚度不大，约为4m，承压水头埋深在地面下4.42～4.45m，绝对高程6.50～6.56m，水位较稳定。该承压含水层与第1层承压含水层无水力联系。
四、基坑降水井点布置
针对基坑的围护特点和水文地质条件，本工程基坑在逆作法施工过程中的降水主要为两部分：待开挖土层地下水的疏干和第2层承压水的减压。
1．本工程基坑四周采用地下连续墙止水(渗漏处可随土方开挖进行封堵)，故基坑内待开挖土层(包括潜水层与第1层承压水含水层)的降水可以按疏干井考虑。根据逆作法工况要求，本工程基坑分5层自地表逐层向下开挖，每层开挖同时进行楼板结构逆作法施工，相邻两层开挖均存在10～20d的间歇时间；其中，首层(±0.0板)结构施工时间约为2个月，首层封闭之后方可进行下层土方开挖。
因此，整个待开挖土层的降水应以首层土体的疏干为主要依据，余下各层土体降水有足够的时间进行持续降水；同时，根据同类地层降水经验设计，单井的影响面积为300m2，除去被动土体加固部分，整个场地布置44口井降水。
2．考虑到地下连续墙的止水一般很难起到彻底的止水作用且第2层承压水含水层渗透系数大、水量丰富，渗漏可能导致第2层承压水水头恢复到初始状态。整个基坑布置了5口减压井。根据上述分析，确定了基坑内外疏干井、减压井和观测井的平面布置，如图1所示。
图1基坑内外降水井与观测井平面布置示意
针对浅层黏性土层渗透性小的特点，采用多滤头辅助进行基坑内降水，以提高基坑底土体的被动土压力和降水效果，井的結构设计如下：井径为650mm；根据开挖深度井深为25～27m(减压井为36m)，管径和过滤器口径均为273mm，过滤器位于地面以下2m对应含水层位置(结合勘查报告和钻孔钻进资料确定)，滤水管取用2mm缝隙的桥式过滤器，外包40目滤网，外围填瓜子片。采用钢管井管，确保了逆作法中井点降水的长周期稳定运行。各降水井井身结构如图2所示。
图2疏干井、混合井和减压井结构示意
五、降水井施工工艺流程
本工程疏干井、混合井和减压井选用GPS-10型钻机施工，采用正循环自然泥浆造浆，泥浆护壁回转钻进成孔，钻头选用带保径圈的三翼钻头，其工艺流程如下：准备工作→测放井位、钻机就位、埋设护孔管→钻孔成孔→清孔换浆→井管安装→填砂→止水封孔→洗井→安泵试抽。
六、基坑降水运行监测
待降水井与水位监测孔施工完成后，随即组织进行基坑降水。逆作法施工中基坑降水必须结合逆作法工况严格执行在水位监测信息化指导降水运行。降水过程中，根据各降水井的出水量配置并及时调整不同流量的潜水泵，并根据出水量设置集水桶，各井点抽水到集水桶再排到市政雨水管道。降水期间每天早晚两次对各降水井点和基坑内外观测孔进行水位观测，并做好记录。
1．首先进行首层土体降水。逆作法中首层土体一般开挖较深，降水应尽可能最大限度地疏干待开挖的首层土体和下一层土体。疏干井的井点抽水采取连续抽降的方式，当井内无水时暂停抽水，待井内水位恢复到一定高度继续抽降。做好降水记录，并根据降水记录组织和调整降水的井点与时间。减压井的井点降水应根据承压水水头要求进行控制性减压。
待疏干井水位停抽24h后稳定在待开挖土层面以下1m，且减压井水头满足抗浮和管涌稳定要求，进行土方开挖和结构施工。土方开挖过程中应做好降水井的标识，做好成品保护；暂停井点抽水，将电缆与水管等集中盘绕放于井口处。若水位出现上升，应重新铺设电缆与水管进行抽水。结构施工过程中疏干井原则上不进行抽水，若水位上升较多也只能进行控制性抽水。
2．待首层结构强度达到要求后，拆模并随拆模启动各降水井的水泵继续进行下一层待开挖土体的降水；降水的操作要点与首层降水基本一致。之后，疏干井水位停抽24h后稳定在待开挖土层面以下1m，且减压井水头满足抗浮和管涌稳定要求，进行土方开挖和结构施工。如此反复，直至基坑基底土方开挖完成。
3．地下各层土体降水与开挖应结合施工平面流水段按流水段施工展开进行。采用降水井保护、土方作业协作、重点看护、设立明显标识(如树彩旗和挂牌)，对土方机械作业区派专人进行重点看护，指挥机械作业，切实避让井点，及时切割土方作业面以上不利于机械作业的井管。
需要指出，考虑到整个降水期间穿插进行土方外运，因此应充分结合现场条件设置蓄水池，利用井点降水冲洗施工渣土车和其他施工车辆。
4．随基底土方开挖，对于没有水的疏干井可以进行封井；将基底以上井管割除回收，然后向井内回填级配砂石并随基础垫层施工一并封死。仍有一定水量的疏干井应将基底以上井管割除回收，在底板混凝土浇筑前将井内水抽干，底板混凝土浇筑时采用同强度等级混凝土灌注封井。
5．根据现场抽水井的情况对停抽状态下减压井水位稳定在底板下1m左右时，在大底板浇筑前割除井管，井内用混凝土填满，井口处用4～6mm厚钢板焊接严密，上面浇筑混凝土于底板抹平。根据围护结构工况条件和永久性结构要求，减压井应尽可能在浇筑基坑底板前全部割除，封井后浇筑底板。
减压井无法在停抽状态下使承压水位保持在底板下1m左右、浇筑底板前无法封井的，应采用如下特殊工艺进行封井处理，如图3所示：
（1）浇筑底板时在井管上焊接2层止水片； （2）浇筑混凝土底板时，将止水片同时浇筑，井管穿过底板，保持井的运行； （3）待底板封闭后在满足结构抗浮要求下，停止抽水、起泵；在井内采用水下混凝土浇筑，用导管将混凝土注满井内至底板面高度，待24h后，将上部井管割除，在井口用2层钢板焊密封，在钢板上面用水泥砂浆抹平作为保护层。
图3减压井封井构造示意
七、结语
工程实践表明，本文所阐述的降水方法起到了很好的科技示范作用，取得了明显的经济效益和社会效益，具体表现在以下方面。
1．在基坑内外完整水位监测的指导下，采用分层按需式的动态降水运行模式，随着土方与结构施工断续分层降水，既满足土方开挖要求，又避免了楼板结构在混凝土养护期间的不良沉降变形。
2．采用钢管井管，强度高，易于保护，确保了逆作法中井点降水的长周期稳定运行。
3．逆作法中，基坑降水井点布置结合土层特点按首层土体降水判定布置井点，最大减小降水成本，收到较好的经济效益。
参考文献
[1]宋福渊，刘小刚，程学军．建筑深基坑降水设计与施工[J]．施工技术，2007．
[2]杨静，王消伍．某地下停车库工程深基坑降水与支护施工技术[J]．施工技术，2006．
[3]姚天强，石振华．基坑降水手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：超高层建筑；逆作法施工；基坑降水；井点降水；监测
一、工程概况
该工程地处最繁华地段，集商业、餐饮、办公、酒店公寓为一体的综合性超高层建筑。基坑周长约552m，面积16000m2，开挖深度21.7～23.6m，其中主楼电梯井局部为29.2m。
二、施工方案
整个逆作法施工过程中，基坑降水不仅是基坑土方开挖与结构施工的关键前导工序，也是整个基坑安全与确保周围环境稳定的关键工序。总体施工部署确定为：
1．沿建筑物地下室轴线施工地下连续墙，同时施工建筑物地下室中间支撑桩和基础工程桩，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。
2．进行降水施工与首层土方明挖，再施工首层的梁板楼结构，作为地下连续墙刚度很大的支撑。
3．逐层向下降水、暗挖土方和逆作法地下各层结构，直至底板封底。上部各层结构以首层的楼面结构为平台同步向上逐层施工。
4．如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。
三、水文地质条件
根据地质勘探报告揭示场地地下水分为潜水和承压水，其含水层水文地质特性如下。
1．潜水层主要赋存于人工填土层与饱和软土层。人工填土层由砖块、瓦片等粗颗粒与粉质黏土混填，密度小，孔隙大，有利于地下水的储存和渗透，透水性较好(渗透系数约为20×10－5cm/s)，尤其雨季，含水量较丰富。该层地下水稳定水位埋藏较浅，一般在自然地面下0.68～1.31m，厚度约4～10m，水位和水量随季节性变化，水位年变化幅度在0.5m左右。
2．第1层承压含水层由软～流塑粉质黏土(局部淤泥质粉质黏土)组成，埋藏较浅，在13～16m以下，厚度约为4～7m，富水性较好，但透水性差(渗透系数约为1×10－5cm/s，属弱～微透水层)，且给水性较差。承压水头埋深在地面以下3.0～3.6m，较潜水位低，水位较稳定，常年有水，但雨水期水位会略有提高。因该含水层的隔水顶板被坳沟和漫滩切割穿，与潜水含水层有一定的水力联系，并接受潜水的越流补给，所以该含水层具有弱承压性。
3．第2层承压水由粉质黏土混粗砂、卵砾石组成含水层，隔水底板为基岩。该含水层土质不均匀，大部分为粉质黏土混粗砂、卵砾石，部分为中粗砂混卵砾石，其中卵砾石的含量也不均匀。在粗砂、卵砾石含量较高处，透水性、富水性较好。该含水层埋藏较深(顶板埋深在地面下32.4m左右)，厚度不大，约为4m，承压水头埋深在地面下4.42～4.45m，绝对高程6.50～6.56m，水位较稳定。该承压含水层与第1层承压含水层无水力联系。
四、基坑降水井点布置
针对基坑的围护特点和水文地质条件，本工程基坑在逆作法施工过程中的降水主要为两部分：待开挖土层地下水的疏干和第2层承压水的减压。
1．本工程基坑四周采用地下连续墙止水(渗漏处可随土方开挖进行封堵)，故基坑内待开挖土层(包括潜水层与第1层承压水含水层)的降水可以按疏干井考虑。根据逆作法工况要求，本工程基坑分5层自地表逐层向下开挖，每层开挖同时进行楼板结构逆作法施工，相邻两层开挖均存在10～20d的间歇时间；其中，首层(±0.0板)结构施工时间约为2个月，首层封闭之后方可进行下层土方开挖。
因此，整个待开挖土层的降水应以首层土体的疏干为主要依据，余下各层土体降水有足够的时间进行持续降水；同时，根据同类地层降水经验设计，单井的影响面积为300m2，除去被动土体加固部分，整个场地布置44口井降水。
2．考虑到地下连续墙的止水一般很难起到彻底的止水作用且第2层承压水含水层渗透系数大、水量丰富，渗漏可能导致第2层承压水水头恢复到初始状态。整个基坑布置了5口减压井。根据上述分析，确定了基坑内外疏干井、减压井和观测井的平面布置，如图1所示。
图1基坑内外降水井与观测井平面布置示意
针对浅层黏性土层渗透性小的特点，采用多滤头辅助进行基坑内降水，以提高基坑底土体的被动土压力和降水效果，井的結构设计如下：井径为650mm；根据开挖深度井深为25～27m(减压井为36m)，管径和过滤器口径均为273mm，过滤器位于地面以下2m对应含水层位置(结合勘查报告和钻孔钻进资料确定)，滤水管取用2mm缝隙的桥式过滤器，外包40目滤网，外围填瓜子片。采用钢管井管，确保了逆作法中井点降水的长周期稳定运行。各降水井井身结构如图2所示。
图2疏干井、混合井和减压井结构示意
五、降水井施工工艺流程
本工程疏干井、混合井和减压井选用GPS-10型钻机施工，采用正循环自然泥浆造浆，泥浆护壁回转钻进成孔，钻头选用带保径圈的三翼钻头，其工艺流程如下：准备工作→测放井位、钻机就位、埋设护孔管→钻孔成孔→清孔换浆→井管安装→填砂→止水封孔→洗井→安泵试抽。
六、基坑降水运行监测
待降水井与水位监测孔施工完成后，随即组织进行基坑降水。逆作法施工中基坑降水必须结合逆作法工况严格执行在水位监测信息化指导降水运行。降水过程中，根据各降水井的出水量配置并及时调整不同流量的潜水泵，并根据出水量设置集水桶，各井点抽水到集水桶再排到市政雨水管道。降水期间每天早晚两次对各降水井点和基坑内外观测孔进行水位观测，并做好记录。
1．首先进行首层土体降水。逆作法中首层土体一般开挖较深，降水应尽可能最大限度地疏干待开挖的首层土体和下一层土体。疏干井的井点抽水采取连续抽降的方式，当井内无水时暂停抽水，待井内水位恢复到一定高度继续抽降。做好降水记录，并根据降水记录组织和调整降水的井点与时间。减压井的井点降水应根据承压水水头要求进行控制性减压。
待疏干井水位停抽24h后稳定在待开挖土层面以下1m，且减压井水头满足抗浮和管涌稳定要求，进行土方开挖和结构施工。土方开挖过程中应做好降水井的标识，做好成品保护；暂停井点抽水，将电缆与水管等集中盘绕放于井口处。若水位出现上升，应重新铺设电缆与水管进行抽水。结构施工过程中疏干井原则上不进行抽水，若水位上升较多也只能进行控制性抽水。
2．待首层结构强度达到要求后，拆模并随拆模启动各降水井的水泵继续进行下一层待开挖土体的降水；降水的操作要点与首层降水基本一致。之后，疏干井水位停抽24h后稳定在待开挖土层面以下1m，且减压井水头满足抗浮和管涌稳定要求，进行土方开挖和结构施工。如此反复，直至基坑基底土方开挖完成。
3．地下各层土体降水与开挖应结合施工平面流水段按流水段施工展开进行。采用降水井保护、土方作业协作、重点看护、设立明显标识(如树彩旗和挂牌)，对土方机械作业区派专人进行重点看护，指挥机械作业，切实避让井点，及时切割土方作业面以上不利于机械作业的井管。
需要指出，考虑到整个降水期间穿插进行土方外运，因此应充分结合现场条件设置蓄水池，利用井点降水冲洗施工渣土车和其他施工车辆。
4．随基底土方开挖，对于没有水的疏干井可以进行封井；将基底以上井管割除回收，然后向井内回填级配砂石并随基础垫层施工一并封死。仍有一定水量的疏干井应将基底以上井管割除回收，在底板混凝土浇筑前将井内水抽干，底板混凝土浇筑时采用同强度等级混凝土灌注封井。
5．根据现场抽水井的情况对停抽状态下减压井水位稳定在底板下1m左右时，在大底板浇筑前割除井管，井内用混凝土填满，井口处用4～6mm厚钢板焊接严密，上面浇筑混凝土于底板抹平。根据围护结构工况条件和永久性结构要求，减压井应尽可能在浇筑基坑底板前全部割除，封井后浇筑底板。
减压井无法在停抽状态下使承压水位保持在底板下1m左右、浇筑底板前无法封井的，应采用如下特殊工艺进行封井处理，如图3所示：
（1）浇筑底板时在井管上焊接2层止水片； （2）浇筑混凝土底板时，将止水片同时浇筑，井管穿过底板，保持井的运行； （3）待底板封闭后在满足结构抗浮要求下，停止抽水、起泵；在井内采用水下混凝土浇筑，用导管将混凝土注满井内至底板面高度，待24h后，将上部井管割除，在井口用2层钢板焊密封，在钢板上面用水泥砂浆抹平作为保护层。
图3减压井封井构造示意
七、结语
工程实践表明，本文所阐述的降水方法起到了很好的科技示范作用，取得了明显的经济效益和社会效益，具体表现在以下方面。
1．在基坑内外完整水位监测的指导下，采用分层按需式的动态降水运行模式，随着土方与结构施工断续分层降水，既满足土方开挖要求，又避免了楼板结构在混凝土养护期间的不良沉降变形。
2．采用钢管井管，强度高，易于保护，确保了逆作法中井点降水的长周期稳定运行。
3．逆作法中，基坑降水井点布置结合土层特点按首层土体降水判定布置井点，最大减小降水成本，收到较好的经济效益。
参考文献
[1]宋福渊，刘小刚，程学军．建筑深基坑降水设计与施工[J]．施工技术，2007．
[2]杨静，王消伍．某地下停车库工程深基坑降水与支护施工技术[J]．施工技术，2006．
[3]姚天强，石振华．基坑降水手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。