李艷麗

摘 要 本文以西安地鐵三號(hào)線國(guó)際港務(wù)區(qū)車輛段出入段線基坑降水設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)介紹了長(zhǎng)大深基坑降水設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)，尤其是在此種類型深基坑降水設(shè)計(jì)中，進(jìn)行降水經(jīng)驗(yàn)公式選擇及降水段落劃分，以期對(duì)今后類似地下工程的施工具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 長(zhǎng)大深基坑 基坑降水 砂層 滲透系數(shù)

一、工程概況

1.設(shè)計(jì)概況。其中國(guó)際港務(wù)區(qū)車輛段出入段線及三號(hào)線延長(zhǎng)線其區(qū)間總長(zhǎng)為1 064.227 m；三號(hào)線正線延長(zhǎng)線長(zhǎng)度為725.401 m，其中部分正線和出入線重合。本標(biāo)段場(chǎng)地位于灞河以東約2.5 km，渭河以南約4 km的沖積平原上，地貌單元屬渭河Ⅰ級(jí)階地，地勢(shì)較平坦，地形起伏不大，地面高程介于367.04 m～370.56 m，相對(duì)高差不超過(guò)3.6 m。

出入段線及三號(hào)線延長(zhǎng)線區(qū)間為地下一層結(jié)構(gòu)，覆土厚度1.1 m～10 m，為單跨、雙跨及四跨結(jié)構(gòu)，區(qū)間北段為敞口段。結(jié)構(gòu)沿線場(chǎng)地開(kāi)闊，施工條件較好，地質(zhì)條件相對(duì)較差，基地以下多為中、粗砂，采用明挖順筑法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用排樁+內(nèi)支撐、放坡開(kāi)挖相結(jié)合。

此降水工程起始于三號(hào)線右線延伸線起始?xì)v程左線YDK50+119.5，結(jié)束于RCK0+753，降水段落基坑長(zhǎng)836.67 m，基坑寬10.7 m～53 m，基坑最大開(kāi)挖深度為17.2 m，屬于長(zhǎng)大深基坑。

2.工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況。本標(biāo)段出入段線鉆探深度內(nèi)地層自上至下為：人工填土、黃土狀土、細(xì)砂、中砂、粗砂；上更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土，細(xì)砂、中砂、粗砂層，場(chǎng)地地層自上而下劃分為9層。

地下水屬潛水類型，埋深9.85 m～10.11 m，相對(duì)高程358.59 m～359.49 m。水位年變幅0.5 m～2 m。地下水補(bǔ)給主要來(lái)自大氣降水、側(cè)向徑流及農(nóng)田灌溉等，地下土的腐蝕性評(píng)價(jià)排泄方式主要為徑流排泄、人工開(kāi)采、潛水越流排泄等。地下水徑流方向與區(qū)域總體地形趨勢(shì)一致。地下水主要賦予砂層中。該層水屬孔隙潛水，具可研階段勘察資料含水層厚度30 m～40 m。巖土工程勘察報(bào)告經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和分析，綜合滲透系數(shù)建議值為45 m/d。結(jié)合我單位在西安地區(qū)施工降水設(shè)計(jì)和施工的經(jīng)驗(yàn)，此工程降水設(shè)計(jì)綜合滲透系數(shù)值為37 m/d。

3.工程特點(diǎn)。（1）技術(shù)要求。國(guó)際港務(wù)區(qū)車輛段出入段線主要地層為全新統(tǒng)地層。主要有雜填土、黃土狀土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、中砂、粗砂。其地下水位埋藏較淺，水量豐富，降水強(qiáng)度大，因此施工技術(shù)要求較高。

（2）工程延續(xù)性強(qiáng)。降水工程需配合國(guó)際港務(wù)區(qū)車輛段出入段線施工結(jié)束，不能因故停止或間斷降排水，從基坑開(kāi)挖前15天開(kāi)始降水至完成結(jié)構(gòu)回填周期初步估計(jì)近18個(gè)月。

（3）降水施工難度大。由于施工的里程較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)最大埋深17.2 m，降水范圍廣，降水深度大，工程量大。且施工前內(nèi)部需協(xié)調(diào)場(chǎng)地位置、時(shí)間安排、用水用電等，外部需與有關(guān)部門、村鎮(zhèn)等協(xié)調(diào)，需用設(shè)備及人員較多，協(xié)調(diào)配合、管理難度大。

二、降水的設(shè)計(jì)

根據(jù)地下埋藏條件并結(jié)合此工程主體基礎(chǔ)形式，采用管井井點(diǎn)降水措施。布井方式采用平行于基坑圍護(hù)樁沿線路方向布置，采取在基坑內(nèi)和基坑外同時(shí)布井的方案。

1.基坑降水計(jì)算。詳見(jiàn)表1。

（1）基坑工程條件。

①基坑全長(zhǎng)b： 836.67 m、降水寬度a： 14.3 m～57.53 m；

②地下水埋深：9.7 m～10.3 m。

布井方式采用平行于基坑圍護(hù)樁沿線路方向布置，采取在基坑內(nèi)和基坑外同時(shí)布井的方案，以基坑外降水為主，基坑內(nèi)根據(jù)需要布設(shè)觀測(cè)井。

（2）基坑降水計(jì)算。第一，基坑降水計(jì)算基本參數(shù)。

①基坑全長(zhǎng)b： 836.67m、寬度a： 11.5 m～22.6 m；

②地下水埋深：9.7 m～10.3 m。

分區(qū)段：原則上根據(jù)基坑寬度及降水深度分段。

分段1：起止里程DK50+119.599-DK50+1 202.816，

L=83.22 m，B=11.5 m

1）基坑中心降水深度S1：

S1=基坑深-地下水深+1.5=11.0-10.3+1.5=2.2 m

2）降水井水位降深：

S=S1+水力坡度=2.2+1.43=3.63 m

3）含水層滲透系數(shù)K-依據(jù)地勘報(bào)告建議和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)值取37 m/d

4）降水井深度：

Z0= 基坑深+S+水泵調(diào)節(jié)深度+沉砂管長(zhǎng)度

=11+3.63+3.5+5=23.13 m取24 m

5）含水層深度：H=井深-地下水深=24-10.3=13.7 m

6）基坑等效半徑：r0=A/=0.29（83.22+11.5）m=27.47 m

7）降水井外徑：rω=d0/2= 0.25 m

8）降水影響半徑：R=2S（HK）1/2=2×3.63×（13.7×37）1/2=163.45 m

9）井點(diǎn)系統(tǒng)影響半徑：R0=r0+R=27.47+163.45=190.92 m

第二，基坑降水計(jì)算。①基坑涌水量計(jì)算。

1）計(jì)算公式：（用地鐵工程勘察規(guī)范條形基坑計(jì)算公式）

Q=LK（2H-S）S÷R0+

=83.22×37（2×13.7-3.63）×3.63÷163.45+1.366×37×（2×13.7-3.63）×3.63÷〔log190.92-log11.5÷2）〕

=4 460.56 m3/d

其中：Q──基坑涌水量；

k──滲透系數(shù)， 37.00 m/d；

H──潛水含水層厚度， 13.7 m；

S──降水井水位降深， 3.63 m；

R0──井點(diǎn)降水系統(tǒng)影響半徑，190.92 m；

B──基坑寬度，11.5 m；

L──基坑長(zhǎng)度， 83.22 m。

2）計(jì)算結(jié)果：基坑涌水量 Q=4 492.68 m3/d

②降水井?dāng)?shù)量計(jì)算。

1）基坑類型：基坑屬于均質(zhì)含水層澘水完整井基坑，且基坑遠(yuǎn)離邊界。

2）單井出水量計(jì)算q：

q= = =342.87 m3

其中：l‘——濾管水浸段長(zhǎng)度=2 m

d——濾管外徑 =500 mm

a——與含水層滲透有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取50

根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)及水泵出水能力（20 m3/h），單井出水量按照400 m3/d考慮。

3）降水井?dāng)?shù)量計(jì)算結(jié)果：n=Q÷q×1.1=12.35（取12口井）

③基坑中心點(diǎn)水位降深計(jì)算。

1）基坑類型： 基坑條形基坑，且屬于澘水完整井穩(wěn)定流。

2）計(jì)算公式：S1=H-〔H2-n×q÷1.366×K×log（R0÷r0）〕1/2

=13.7-〔13.72-12×400÷（1.366×37×log（190.92÷27.47））〕1/2

=5.02 m

其中 r0── 基坑的等效半徑。r0=27.47 m；

H──澘水含水層厚度，H=13.7 m；

k──滲透系數(shù)，k=37.00；

R0──井點(diǎn)降水系統(tǒng)影響半徑，R0=190.92 m；

Q──基坑涌水量，Q=4 492.68 m3/d；

n──降水井的數(shù)量，n=10；

q──單井出水量，Q=400 m3/d。

3）計(jì)算結(jié)果：基坑中心點(diǎn)水位降深 S=7.1m

4）基坑中心點(diǎn)水位降深驗(yàn)算

S=7.1 m>2.23 m，其他各段計(jì)算詳見(jiàn)表1。

④排水管管徑計(jì)算。將降水全部里程分為八段分別進(jìn)行計(jì)算，各段涌水詳見(jiàn)后附表，均采用在基坑兩側(cè)鋪設(shè)排水管道兩側(cè)排水分方案。

1）第一段基坑每秒涌水量Q÷24÷3 600×1 000=51.63（L/S）。每路排水管涌水量：Q1=Q÷4=51.63÷4=12.91（L/S），沿基坑外側(cè)各分兩路排水管排水。同理計(jì)算：第二段基坑每路排水管涌水量：Q1=12.57（L/S）；第三段基坑每路排水管涌水量：Q1=16.81（L/S）； 第四段基坑每路排水管涌水量：Q1=45.95（L/S）；第五段基坑每路排水管涌水量：Q1=19.28（L/S）； 第六段基坑每路排水管涌水量：Q1=27.24（L/S）；第七段基坑每路排水管涌水量：Q1=15.72（L/S）；第八段基坑每路排水管涌水量：Q1=15.56（L/S）。

2）每路排水管管徑計(jì)算。第一段基坑每路排水管管徑。

D={（4Q1/π×V）×1 000}1/2={（4×12.57/3.14×2）×1 000}1/2 =90.65 mm

排水管管徑（：D ≥90.65÷0.9=100.72 mm（采用PVC管）；V（流量）：金屬管取4 m/s，陶瓷管、PVC管取2 m/s。同理計(jì)算：第二段基坑每路排水管管經(jīng)：D ≥99.39 mm；第三段基坑每路排水管管經(jīng)：D ≥114.95 mm；第四段基坑每路排水管管經(jīng)：D ≥190.04 m；第五段基坑每路排水管管經(jīng)：D ≥123.11 mm；第六段基坑每路排水管管經(jīng)：D ≥146.31 mm；第七段基坑每路排水管管經(jīng)：D ≥111.17 mm；第八段基坑每路排水管管經(jīng)：D ≥110.92 mm。

三、降水井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與平面布設(shè)

1.降水井結(jié)構(gòu)。根據(jù)該區(qū)地質(zhì)特性和我單位在該地區(qū)的降水施工經(jīng)驗(yàn)，降水井施工面放在自然地面標(biāo)高。設(shè)計(jì)井深在25 m～39 m之間，降水井間距12 m～14 m。考慮到地面施工設(shè)備和周邊臨時(shí)設(shè)施等因素的影響，井位可適當(dāng)調(diào)整?；油獠贾?23口降水井；降水井距基坑邊1.0 m～1.8 m布置；基坑內(nèi)在基坑中心線上布置，避開(kāi)結(jié)構(gòu)隔墻和變形縫。降水井裸孔直徑700 mm，井管選用Φ500 mm無(wú)砂砼濾水管，濾層選用級(jí)配礫石。砼井管接縫處采用兩層寬度30 cm的塑料編織布纏繞，并用14#鐵絲綁扎4道，以防漏砂。濾管連接采用四條4 cm寬竹條、在接口上下20 cm出纏繞2道，并綁牢。井口在連續(xù)降水一周后，井側(cè)濾料不再下沉?xí)r，用C10砼作降水檢查井基礎(chǔ)，上覆預(yù)制蓋板封閉。見(jiàn)圖1.

2.排水管的布設(shè)。由于施工現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，降水井內(nèi)的潛水泵排水軟管排入沉砂池；沉砂池與檢查井之間埋設(shè)PVC排水管；基坑兩側(cè)各分兩路排入就近排入基坑外的排水管道中。由于線路較長(zhǎng)采取分段降水的措施，每段分段長(zhǎng)度為300 m，具體做法詳見(jiàn)圖2。

圖2 基坑降水系統(tǒng)詳圖

四、降水施工與降水運(yùn)行管理

1.管井施工。施工準(zhǔn)備有。（1）提前做好施工場(chǎng)地圍閉、排水設(shè)施的建設(shè)和排水線路的選擇。（2）調(diào)查場(chǎng)地周圍排水設(shè)施分布狀況，布置排水管線和供電線路。（3）組織施工人員進(jìn)行安全、技術(shù)交底，并詳細(xì)制定施工中各種材料計(jì)劃和供應(yīng)計(jì)劃。

2.施工方法。（1）測(cè)放井位，根據(jù)降水井點(diǎn)平面布置圖測(cè)放井位，核準(zhǔn)各種設(shè)施位置予以避讓，在施放好的井位上人工挖探井直至見(jiàn)原狀土，經(jīng)開(kāi)挖探井在確認(rèn)無(wú)地下管線及地下構(gòu)筑物后下入護(hù)筒護(hù)筒外側(cè)填黏土封隔好表層雜填土層，以防止鉆井施工用水大量漏失及塌孔。

（2）挖（圍）泥漿池，根據(jù)場(chǎng)地條件在距降水井3 m左右處挖（圍）泥漿池，在拆遷場(chǎng)地可“挖”可“圍”，一般每2口井共用一個(gè)泥漿池。

（3）鑿井，為確保降水效果和成井質(zhì)量，減小洗井難度，所有管井采用反循環(huán)鉆機(jī)成孔，嚴(yán)禁泥漿鉆進(jìn)，保證清水成孔，并且成孔后必須及時(shí)、認(rèn)真置換泥漿，井徑、孔深不小于于設(shè)計(jì)值，井身應(yīng)保持圓正垂直。

（4）下管，井管采用無(wú)砂砼濾水管，在預(yù)制混凝土管靴上放置井管，同時(shí)水位以下砼井管接縫處采用兩層寬度30 cm的塑料編織布纏繞，并用14#鐵絲綁扎4道，以防漏砂。緩緩下放，每節(jié)管身采用全管包裹一層尼龍紗網(wǎng)（60目/m2），當(dāng)管口與井口相差200 mm時(shí)，接上節(jié)井管，接頭處用豎向用4條40 mm寬、長(zhǎng)2 m～3 m的竹條用3道鉛絲固定井管。為防止上下節(jié)錯(cuò)位，在下管前將井管依井方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，為防止雨污水、泥砂或異物落入井中，井管要高出地面不小于200 mm，并加蓋或捆綁防水雨布臨時(shí)保護(hù)。

（5）填礫料，井管下入后立即填入礫料，礫料應(yīng)保持連續(xù)沿井管外四周均勻填入。填礫料時(shí)，應(yīng)隨填隨測(cè)礫料填入高度，當(dāng)填入量與理論計(jì)算量不一致時(shí)，及時(shí)查找原因。不得用裝載機(jī)或手推車直接填料，應(yīng)用鐵鍬填料，以防不均勻或沖擊井壁，如遇蓬堵可用水沖。填礫完成后在洗井過(guò)程中，如礫料下沉量過(guò)大，應(yīng)補(bǔ)填至井口下1 m處，1 m以上部分在洗井完成后襯砌人井時(shí)處理，礫料為φ3-7 mm的天然園礫。

（6）洗井，用空壓機(jī)由上而下分段洗井，重點(diǎn)在上段潛水層的中、下部，直至上下含水層串通（形成混合水位）且水清砂凈；洗井裝備要用同心式或并列式的鋼管洗井，禁止使用軟管洗井；洗井過(guò)程中應(yīng)觀測(cè)水位及出水量變化情況。

（7）水泵安裝，潛水泵及泵管安裝吊放，置于距井底以上2.0 m～3.5 m處。安裝并接通電源，做到單井單控電路，并檢查水位繼電制動(dòng)抽水裝置和漏電保護(hù)系統(tǒng)。

（8）抽降，聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一抽降后應(yīng)連續(xù)抽水，不應(yīng)中途間斷，需要維修更換水泵時(shí)，應(yīng)逐一進(jìn)行。開(kāi)始抽降時(shí)要間隔的逐一啟動(dòng)水泵，抽水開(kāi)始后，應(yīng)逐一檢查排水管道是否暢通，有無(wú)滲漏現(xiàn)象，如接頭處或排水管滲漏應(yīng)返工或維修。測(cè)量單井出水量、出水含砂量，當(dāng)含砂量過(guò)大，可將水泵上提，如含砂量仍然較大，應(yīng)重新洗井。

排水管鋪設(shè)。排水方向設(shè)置1～2‰的坡度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用明設(shè)布置。排水方式由井內(nèi)泵管排入沉砂池后排入既有或者新建的管網(wǎng)。

2.降水過(guò)程中的維護(hù)。（1）降水運(yùn)行前應(yīng)做好降水供電系統(tǒng)，配備獨(dú)立電源線，并備有雙電源，當(dāng)發(fā)生停電時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換電源，最好設(shè)置有自動(dòng)切換裝置，以縮短因斷電而停止抽水的時(shí)間間隔，備用發(fā)電機(jī)保持良好，要隨時(shí)處于準(zhǔn)備發(fā)動(dòng)狀態(tài)。

（2）定時(shí)巡視降排水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理系統(tǒng)運(yùn)行的故障和隱患，如水泵抽水出水情況，是否需要檢修換泵；供電線路是否正常；排放水的含砂情況及排水聯(lián)絡(luò)管道是否暢通；掌握水泵安全合理的下入深度，以防埋泵。

（3）注意對(duì)井口的防護(hù)、檢查，防止雜物、行人掉入井內(nèi)，隨時(shí)到土建結(jié)構(gòu)施工的工作面，了解開(kāi)挖遇到的水情，發(fā)現(xiàn)基坑出水、涌砂，應(yīng)立即查明原因及時(shí)處理。

（4）按設(shè)計(jì)要求建立地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，選定降水井總數(shù)的10%作為觀測(cè)井降水井，抽水開(kāi)始后，水位未達(dá)到設(shè)計(jì)降深之前（一般為前15天），每天觀測(cè)1次水位、水量；當(dāng)水位達(dá)到設(shè)計(jì)降深后，每5天觀測(cè)1次。對(duì)監(jiān)測(cè)記錄應(yīng)及時(shí)整理，繪制Q～t與s～t的過(guò)程曲線，分析水位下降趨勢(shì)，并根據(jù)水位變化情況調(diào)整開(kāi)泵地段和開(kāi)泵數(shù)量，在保證基坑無(wú)水狀態(tài)作業(yè)的同時(shí)，減少地下水資源無(wú)謂排放。

五、結(jié)束語(yǔ)

以前基坑降水基本為地鐵車站，基坑長(zhǎng)度200 m左右，最大寬度不超過(guò)30 m，基坑深度17 m～18 m，降水井可以沿基坑四周進(jìn)行布置，降水范圍有限便于調(diào)整和控制，而此類基坑長(zhǎng)達(dá)約830 m，基坑寬10.7 m～53 m，其降水設(shè)計(jì)和施工時(shí)需綜合考慮施工安排及基坑條件等因素，可從基坑最大降深處開(kāi)始，在砂層地質(zhì)中由于良好的滲透性，深層降水段落將水位降下去后可以減少淺層段落的降水（在降水系統(tǒng)影響范圍內(nèi)），能夠大大節(jié)約降水成本，因此應(yīng)將降水設(shè)計(jì)和施工與現(xiàn)場(chǎng)總體施工部署結(jié)合起來(lái)進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]西安市地鐵三號(hào)線國(guó)際港務(wù)區(qū)車輛段出入段線施工圖設(shè)計(jì).

[2]西安市地鐵三號(hào)線一期工程國(guó)際港務(wù)區(qū)車輛段出入段線巖土工程勘察報(bào)告.

[3]基坑工程降水案例.北京：人民交通出版社.

[4]簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè).第三版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.