楊 卓 平

(天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，天津 300000)

地鐵車站基坑降水設(shè)計與效果分析

楊 卓 平

(天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，天津 300000)

結(jié)合某地鐵深基坑工程案例，依據(jù)工程的地質(zhì)條件，對基坑降水方案進(jìn)行了研究，并對涌水量、降水井?dāng)?shù)量作了計算分析，通過降水試驗結(jié)果，總結(jié)出了基坑降水的技術(shù)要點，使基坑開挖達(dá)到無水狀態(tài)。

基坑，降水，計算，試驗

1 概述

當(dāng)?shù)叵滤惠^高或有豐富地面滯水的地段進(jìn)行基坑工程土方開挖施工時，常會遇到含水層被切斷，地表和地下水大量侵入，不僅土方開挖困難，邊坡易于塌方，而且使地基承載力降低，導(dǎo)致工程建成后建筑物產(chǎn)生不均勻沉降；或出現(xiàn)管涌、流砂、坑底隆起等變形現(xiàn)象，影響臨近建筑物使用安全和工程順利進(jìn)行，因此基坑的排、降水常常是開挖施工前必須解決的重大技術(shù)問題。采用合理有效的排水或降低地下水位措施，使基坑開挖達(dá)到無水狀態(tài)，以保證工程質(zhì)量和施工的順利進(jìn)行。一般情況下，基坑開挖前應(yīng)具備以下條件：1)將基坑水位控制在坑底以下1 m，降低坑內(nèi)土體含水量，方便挖掘機(jī)和工人在坑內(nèi)施工作業(yè)，有利于坑內(nèi)土體的邊坡穩(wěn)定，防止坑內(nèi)土體滑坡。2)降低承壓含水層的承壓水水頭，防止基坑底部發(fā)生突涌，確保施工時基坑底板的穩(wěn)定性，同時盡量減少由于降水引起的地表沉降，減小基坑降水對周邊環(huán)境的影響。

2 工程概況及地質(zhì)條件

本站為地下兩層雙柱三跨島式站臺，自然地坪高程+1.48 m，車站主體結(jié)構(gòu)長約320.8 m，結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段總寬度33.46 m，車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度約18.5 m，端頭井基坑開挖深度約19.87 m。車站端頭處有一棟五層居民樓，筏板基礎(chǔ)，距離車站基坑11.4 m?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻，地連墻接縫處施作品字形布置的高壓旋噴樁用來止水，基坑中間設(shè)置兩道分隔墻，將基坑分為三個區(qū)域， 此次降水區(qū)域主要針對南區(qū)實施，南區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度為38.5 m～42 m，墻底標(biāo)高為-37.02 m～-40.52 m，如圖1所示。

根據(jù)勘察報告等調(diào)查資料，本場地內(nèi)表層地下水類型為第四系孔隙潛水，賦存于第Ⅱ陸相層中及其以下粉砂及粉土層中的地下水具有承壓性。各土層的滲透系數(shù)值見表1。

3 降水設(shè)計及試驗

3.1 降水設(shè)計方案

為了保證基坑土體疏干、坑底土體穩(wěn)定性、不產(chǎn)生突涌等滲透問題，根據(jù)本車站地質(zhì)條件、施工環(huán)境、水位降深要求等因素，綜合考慮采用深井管井降水方法，采取坑內(nèi)疏干降水和減壓備用的綜合降水方案，將基坑內(nèi)地下水位降至基坑底以下1 m，從以下兩個方面采取措施：1)基底進(jìn)入第一承壓含水層，故將其作疏干處理，即疏干井需進(jìn)入第一承壓含水層一定深度，將第一承壓含水層一并作為疏干目的層進(jìn)行疏干降水。第二承壓含水層⑨13粉土、⑨14粉砂、⑩2粉砂相對較薄且不連續(xù)，多以透鏡體的形式存在，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)將上述含水層隔斷，根據(jù)疏干井設(shè)置深度進(jìn)入基底以下6 m，疏干井井底已經(jīng)大部分進(jìn)入到⑨13粉土、⑨14粉砂層。因此本次降水設(shè)計將第二承壓含水層所包含的連續(xù)的平均厚度約3 m的2粉土、24粉砂層作為第二含水層的主要目的層考慮。2)由于基坑周邊環(huán)境比較復(fù)雜，道路管線和建筑物較多，且距離基坑較近，對沉降要求較高，考慮基坑自身風(fēng)險，在坑外布置部分觀測井，及時掌握坑內(nèi)減壓降水對坑外水位的影響。同時為減少降水對坑外環(huán)境的影響，降水運行控制期間，嚴(yán)格執(zhí)行分層降水、按需降水、動態(tài)調(diào)整的降水原則，盡量減小坑外水位下降對環(huán)境的影響。

表1 滲透系數(shù)建議值表 ×10-6 cm/s

3.2 降水設(shè)計計算

參考相關(guān)文獻(xiàn)及規(guī)范，疏干井計算如下：

1)涌水量計算。

a.基坑潛水涌水量估算:

Q1=μAs。

其中，Q1為基坑涌水量(潛水含水層涌水量，m3)；μ為疏干含水層的給水度；A為基坑開挖面積；s為基坑開挖至設(shè)計深度時的疏干含水層中平均水位降深。

經(jīng)計算：

Q1=0.03×2 175×15=979 m3。

b.基坑第一承壓水涌水量估算:

Q2=μAs=0.045×2 179×5=490 m3。

c.基坑越流補給水量估算:

Q3=A·k·(Δh/L)·t。

其中,A為基坑總面積，約2 179 m2；k為第二、三承壓含水層之間弱透水層的垂向滲透系數(shù)，結(jié)合勘察報告取0.01 m/d；Δh為第二、第三承壓含水層水頭差，Δh=-4-(-19)=15 m；L為滲流路徑，結(jié)合地質(zhì)剖面圖，平均取3 m；t為疏干降水時間，本工程基坑疏干預(yù)降水時間為15 d～20 d。

計算得：

Q3=2 179×0.01×(15/3)×15=2 070 m3。

因此，基坑總涌水量：

Q=Q1+Q2+Q3=979+490+2 070=3 539 m3。

2)基坑降水井?dāng)?shù)量計算。

為確?；禹樌_挖，需要降低基坑開挖深度范圍內(nèi)的土體含水量。

a.坑內(nèi)疏干井?dāng)?shù)量按下式確定：

n=A/a。

其中,n為井?dāng)?shù)量,口；A為基坑需疏干面積,m2；a為單井有效疏干面積，m2。

根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗，單井有效疏干面積按250 m2考慮。

主體基坑區(qū)需要疏干面積約2 179 m2，本工程單井有效疏干面積取250 m2。計算得，主體基坑區(qū)需要布置9口疏干井。

b.根據(jù)公式：

其中,n為疏干降水井?dāng)?shù)量；Q為基坑需疏干的總涌水量，m3；q為單井涌水量，結(jié)合基坑范圍內(nèi)需疏干各土層的滲透系數(shù)，取q=30 m3/d；t為基坑開挖前預(yù)降水時間(按15 d計算)。

計算得：基坑內(nèi)需布置疏干井9口。與上述按有效疏干面積計算所得井?dāng)?shù)基本相近，因此基坑內(nèi)布置9口疏干井。

3.3 降水試驗

本次降水基坑內(nèi)9口降水井S-37，S-38，S-40，S-18～S-23作為抽水井，1口降水井S-39作為坑內(nèi)水位觀測井，共分四步進(jìn)行，持續(xù)時間11 d。第一步：基坑9口抽水井水泵放置深度15 m，同步觀測坑內(nèi)水位觀測井及坑外觀測井水位，抽水持續(xù)時間2 d。此時間段內(nèi)坑內(nèi)抽水井動水位均已降至地面下14.5 m左右，各井出水量有所減小，出現(xiàn)斷流跡象；坑內(nèi)疏干井觀測井水位穩(wěn)定在-12.3 m；同時坑內(nèi)5口減壓備用井水位也有明顯下降。第二步：基坑9口抽水井水泵放置深度24 m，同步觀測坑內(nèi)水位觀測井及坑外觀測井水位，抽水持續(xù)時間3 d。此時間段內(nèi)坑內(nèi)抽水井動水位只能降至-18 m左右，各井出水量沒有明顯減小，坑內(nèi)疏干井觀測井水位穩(wěn)定在-15.2 m。同時坑內(nèi)5口減壓備用井水位繼續(xù)下降。 第三步：由于第二步抽水期間，坑內(nèi)水位觀測井水位只能穩(wěn)定在-15.2 m位置，不能滿足水位降至基底以下1 m的要求，且基坑內(nèi)抽水井動水位只能降至-18 m左右，并未達(dá)到井底，各抽水井并未出現(xiàn)斷流，因此更換出水量更大的水泵進(jìn)行集中抽水4 d。第三步抽水期間，坑內(nèi)抽水井動水位均已降至-23 m左右，各井出水量有所減小，出現(xiàn)不同程度的斷流跡象，坑內(nèi)疏干井觀測水位穩(wěn)定在-19.4 m，同時坑內(nèi)5口減壓備用井水位繼續(xù)小幅下降。 第四步：水位恢復(fù)階段?；铀谐樗Ｖ菇邓\行，觀測基坑水位恢復(fù)情況，水位恢復(fù)時間為2 d。通過此次降水試驗發(fā)現(xiàn)基坑對應(yīng)的淺層水、⑨13層、⑨14層承壓水、⑩2層、2層承壓水均出現(xiàn)不同程度的水位下降，隨含水層深度由淺到深，水位下降幅度逐漸增加，且承壓水觀測井存在個別位置觀測井水位下降較大。

3.4 施工監(jiān)測

此次降水期間，地表沉降累計最大為-6.62 mm，建筑物近基坑點沉降變化較大，最大沉降值為-12.8 mm，近基坑點累計沉降值大于遠(yuǎn)基坑點累計沉降值，建筑物沉降縫兩側(cè)變化不同，遠(yuǎn)基坑部分不均勻沉降較近基坑部分小，此棟建筑物受降水影響明顯，降水試驗過程中沉降速率進(jìn)一步加大。

4 原因分析及措施

4.1 原因分析

通過對降水結(jié)果進(jìn)行分析，初步判斷此基坑范圍各含水層之間存在一定的水力聯(lián)系，基坑有較大水源補給，坑外水位下降主要是深層承壓水水位下降，上部越流補給所導(dǎo)致，具體原因可能有以下幾個方面：

1)地下連續(xù)墻局部存在滲漏現(xiàn)象，出現(xiàn)過水通道，導(dǎo)致基坑內(nèi)外水力聯(lián)系密切?？赡苁菈w中夾泥或淤積物在水頭壓力下失去穩(wěn)定在墻體內(nèi)或邊界上形成集中滲漏通道。2)地下連續(xù)墻接縫處的高壓旋噴樁施工質(zhì)量較差，未能達(dá)到密閉效果?？赡馨ㄓ捎谑┕C(jī)械故障、管線等影響形成的施工冷縫，在采用高噴樁封閉止水帷幕過程中封閉不徹底，不能達(dá)到止水要求的滲透系數(shù)、強(qiáng)度等的要求。3)本站地質(zhì)復(fù)雜，相對隔水層起伏大，可能存在相對隔水層在基坑中部某處局部缺失或薄弱，地下水從基坑底部補給。

4.2 可采取的措施

1)基坑外圍止水帷幕加深。根據(jù)基坑降水試驗分析結(jié)果，坑內(nèi)外水力聯(lián)系緊密。因此，在既有地連墻外側(cè)，設(shè)置連續(xù)旋噴樁止水帷幕，加深地連墻底部止水帷幕長度，上部與既有地連墻搭接。2)鄰近基坑的建筑物采取補償注漿的保護(hù)措施。建議從坑內(nèi)打設(shè)注漿管，對建筑物采取補償注漿方案，控制建筑物絕對沉降變形及不均勻沉降變形，達(dá)到建筑物保護(hù)目的。3)地連墻接縫處墻底注漿措施。針對地連墻工程，接縫為防水薄弱部位。建議對每個地連墻接縫處，墻底附近進(jìn)行注漿，加強(qiáng)接縫止水效果。4)坑外回灌措施。鑒于周邊建筑物風(fēng)險級別較高，建議坑外設(shè)置回灌井，必要時啟動。

5 結(jié)語

在基坑降排水設(shè)計和施工過程中，應(yīng)注意以下幾個方面：

1)當(dāng)采用地下連續(xù)墻做止水帷幕時，應(yīng)當(dāng)確保地連墻的施工質(zhì)量，尤其是地連墻接縫處的處理，保證降水前止水帷幕的完整性。2)在基坑土方開挖與支護(hù)的過程中，出現(xiàn)局部地質(zhì)變異性大、局部流砂或涌水、積水現(xiàn)象也是在所難免的，應(yīng)從基坑水文地質(zhì)條件及周邊環(huán)境出發(fā)，因此充分考慮相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案或處理措施是十分必要的。3)在基坑工程中一定要謹(jǐn)慎處理地下水，采取優(yōu)化合理的降水方案以降低對坑外地下水的影響；同時要加強(qiáng)施工期間的觀測，及時調(diào)整施工方案，并采取有效的措施防止周圍地面破壞性的沉降。

[1] 吳林高.工程降水設(shè)計施工與基坑滲流理論[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2] 雷振華．深基坑工程降水技術(shù)淺析[J]．隧道建設(shè)，2006(4):23-26.

[3] 王君連.工程地下水計算[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

Analysis on foundation precipitation design and effect of subway station

Yang Zhuoping

(TianjinSubwayGroupCo.,Ltd,Tianjin300000，China)

Combining with the subway foundation engineering cases, according to engineering geology conditions, the paper studies the foundation precipitation scheme, and calculates and analyzes inflow and precipitation well quantity. Through precipitation testing results, it summarizes foundation precipitation technology points, so as to make the foundation excavation in the anhydrous state.

foundation, precipitation, computation, experiment

2015-01-16

楊卓平(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)09-0063-03

TU463

A