張睿強

中鐵二十局集團第一工程有限公司，中國·江蘇 蘇州 215151

基坑降水；疏干降水；減壓降水；地下水回灌

1 引言

目前中國城市基礎(chǔ)設(shè)施和交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)活動展現(xiàn)出迅猛的發(fā)展勢頭，地下空間的開發(fā)利用能為城市生活提供巨大的活動場所，地下工程的施工建設(shè)發(fā)展迅速。

基坑工程作為地下空間開拓的主要控制環(huán)節(jié)，為工程施工安全和結(jié)構(gòu)質(zhì)量提供保障。在中國沿海地區(qū)等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，地下水位較高，基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，且部分承壓含水層承壓水頭較高，復(fù)雜的環(huán)境需要完善的技術(shù)方案為支撐，保證工程建設(shè)質(zhì)量。地下水是影響基坑工程的主要因素，基坑降水不僅能夠提供干作業(yè)環(huán)境，更是基坑整體穩(wěn)定的前提保障。

論文以中國蘇州市軌道交通工程星塘街車站基坑降水工程為例，通過疏干降水、減壓降水、回灌保證等技術(shù)措施，結(jié)合現(xiàn)場相關(guān)測量數(shù)據(jù)及工程效果，探討深基坑降水工程的技術(shù)方案。

2 工程概況

2.1 項目簡介

星塘街車站是中國蘇州市軌道交通5號線的一個換乘折返車站，與既有運營1號線正交，本期預(yù)留兩處換程節(jié)點。車站外包總長度為491.713m，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)寬度為22.1m，開挖深度24.1m-25.2m；端頭井處結(jié)構(gòu)寬度為26.2m，開挖深度為25.3-25.7m。車站主體結(jié)構(gòu)為地下三層雙柱三跨閉合框架結(jié)構(gòu)，車站采用明挖順做法施工。

2.2 基坑圍護結(jié)構(gòu)

基坑采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的圍護方案。

車站標(biāo)準(zhǔn)段與端頭井段均采用1000mm 厚地下連續(xù)墻，地墻接頭為工字鋼接頭，豎向設(shè)置6 道支撐，其中第一道、第四道支撐為鋼筋砼支撐，其余均為鋼支撐；豎向支撐系統(tǒng)采用格構(gòu)柱，立柱樁為?850 鉆孔灌注樁；基坑地下連續(xù)墻加深已隔斷承壓。

2.3 工程地質(zhì)條件

星塘街車站地質(zhì)勘查75.00m 深度范圍內(nèi)地基土屬第四紀(jì)湖相、河泛相、河口～海灣相、濱海相、河口三角洲相及沖擊相沉積物。主要由粘性土、粉土及砂土組成，一般呈水平向分布。

車站基坑底板主要落在⑤1層粉質(zhì)粘土，北側(cè)端頭部分位于⑤2層粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土，局部位于⑤2層粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土。

2.4 水文地質(zhì)條件

本車站范圍內(nèi)地下水類型主要為松散巖類孔隙水，按形成時代、成因和水理特征可劃分為潛水含水層、微承壓水含水層及承壓水含水層。

其中與本工程建設(shè)密切相關(guān)的含水層為潛水含水層；第③3層、④2a層及中部第⑤2層微承壓含水層；第⑦2a層、⑦2層、⑦4層及⑨層承壓含水層。

根據(jù)本工程地質(zhì)勘察報告數(shù)據(jù)所述，⑦2a層、第⑦2層及⑦4層之間水力聯(lián)系較為密切，其余各微承壓水和承壓水含水層之間水力聯(lián)系較弱。場地第⑦2a層及⑦2層承壓水水位埋深為3.51m，相應(yīng)絕對標(biāo)高為0.43m，第⑨層承壓水水頭埋深一般在11.0m 左右。

3 基坑降水方案深化設(shè)計

本車站采用地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)，土方開挖深度范圍內(nèi)潛水、微承壓水內(nèi)外聯(lián)系均已被切斷，采用坑內(nèi)疏干降水方法，抽排基坑開挖范圍地下水。

本期車站基坑與既有1號線對接，雖然5號線地下連續(xù)墻已經(jīng)完全隔斷第⑦2a 承壓水含水層，但是由于1號線地下連續(xù)墻基底未能完全封閉⑦2a層承壓水，遺留孔隙為0.1-0.36m 之間，土方開挖階段須考慮⑦2a層承壓降水，避免承壓水造成坑底突涌?？紤]第⑨層承壓水對坑底突涌的影響[1]。

由于車站基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，且臨近既有運營1號線，基坑降水可能對周邊環(huán)境影響較大，采用回灌井對擬降承壓水層進行回灌，減少坑內(nèi)降水對周邊環(huán)境的影響。

3.1 疏干降水設(shè)計

基坑標(biāo)準(zhǔn)段管井伸入基坑底部以下6.0m，疏干井管井直徑為0.7m，井壁管采用焊接鋼管，直徑273mm，壁厚4mm，濾管段采用橋式濾水管，濾水管外包一層30-40 目尼龍濾網(wǎng)，濾水管直徑與井壁管直徑一致，沉淀管接在濾水管底部，長度為1.0m，沉淀管底口用鐵板封死，從井底向上濾管范圍內(nèi)全部回填中粗砂。

疏干降水設(shè)計有效疏干面積取200m2，根據(jù)基坑工程總面積，設(shè)置疏干井54 口，延基坑縱向分2 排布置，距離四周止水帷幕6.0m，管井縱向間距為16-17m。

3.2 承壓水降水設(shè)計

3.2.1 坑底突涌穩(wěn)定性計算

對基底下伏的承壓含水層進行抗突涌分析，基坑底板抗突涌穩(wěn)定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土重應(yīng)大于承壓水的頂托力。即

公式中：Kh——突涌穩(wěn)定安全系數(shù)，Kh不應(yīng)小于1.1；

D——承壓含水層頂面至坑底的土層厚度（m），

γ——承壓含水層頂面至坑底土層的天然重度（KN/m3）；對多層土，取按土層厚度加權(quán)的平均天然重度（KN/m3）；

wh——承壓含水層頂面的壓力水頭高度（m），（承壓水位至承壓含水層頂板距離）；

γw——水的重度（10KN/m3）；

aH——基坑開挖底板高程（m）；

bH——含水層頂板高程(m)；

圖1 基坑底板抗突涌驗算示意圖

根據(jù)承壓水抗突涌穩(wěn)定性驗算，承壓水含水層抗突涌穩(wěn)定性如表1、表2所示。

表1 第9層粉砂抗突涌驗算結(jié)果表

表2 第⑦2a層粉砂夾粘質(zhì)粉土抗突涌驗算結(jié)果表

根據(jù)計算結(jié)果，第9層承壓水層不需要進行進行減壓降水，承壓水坑底抗突涌穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求；第⑦2a層承壓水須按要求進行減壓降水，根據(jù)計算設(shè)置減壓降水，確?；影踩?。

3.2.2 第⑦2a層承壓降水設(shè)計

為保證⑦2a層承壓水不造成基坑突涌，針對⑦2a層承壓水設(shè)置9 口減壓降水井，根據(jù)現(xiàn)場實際情況合理均勻布置，減壓井分別配置一臺4m3/h的泵，設(shè)計流量取96m3/d。

減壓井管井直徑為0.7m，井壁管采用焊接鋼管，直徑273mm，壁厚4mm，濾管段采用橋式濾水管，濾水管外包一層30-40 目尼龍濾網(wǎng)，濾水管直徑與井壁管直徑一致，沉淀管接在濾水管底部，長度為1.0m，沉淀管底口用鐵板封死。減壓井濾管長度根據(jù)第⑦2a層含水層厚度確定，除濾管段采用中粗砂回填外，其余部分均采用粘性土回填[2]。

3.3 回灌井設(shè)計

由于1號線處地墻未隔斷⑦2a層承壓水，承壓水降水過程對1號線結(jié)構(gòu)影響較大，可能造成1號線結(jié)構(gòu)沉降。為減小坑內(nèi)降水對坑外影響較大，在與1號線對接位置設(shè)置4 口備用回灌井，針對⑦2a層承壓水降水造成坑外水位下降較大時啟用，回灌井采用常壓回灌，回灌水源為市政自來水。

4 基坑降水工程運行方案

4.1 疏干降水運行

正式降水之前，準(zhǔn)確測定各井口和地面的標(biāo)高，測定靜止水位，安排好抽水設(shè)備、電纜及排水管道，進行降水試運行。其目的是為了檢查排水及電路是否正常，排水系統(tǒng)是否完好，保證整個降水系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

基坑開挖前20天對坑底進行預(yù)降水。通過基坑監(jiān)測井即時監(jiān)控地下水位，檢驗降水效果及止水帷幕質(zhì)量效果。

坑內(nèi)疏干降水達到設(shè)計高程后停止抽水，疏干管井隨基坑開挖進程逐步割除[3]。

4.2 減壓降水運行

承壓水降水運行控制應(yīng)滿足兩個基本要求：其一，通過承壓水降水運行，應(yīng)能保證將承壓水位控制在安全埋深以下；其二，從保護基坑周邊環(huán)境的角度考慮，在承壓水位降深滿足基坑穩(wěn)定性要求的前提下，應(yīng)避免過量抽水、水位降深過大。

每個減壓井的水泵出口安裝水量計量裝置和單向閥，降水運行實行不間斷的連續(xù)監(jiān)控。嚴(yán)格遵守“按需減壓降水”的原則，根據(jù)基坑土方開挖的順序、方式，制定承壓水位降深的運行方案。

4.3 回灌井運行

根據(jù)基坑外側(cè)承壓水位初值，坑內(nèi)承壓降水造成坑外承壓水頭降低時啟動回灌井，采用常壓回灌的方式對承壓水層進行回灌，回灌水源選用供水管網(wǎng)自來水。

5 結(jié)語

主要針對星塘街車站深基坑降水工程方案設(shè)計及運行的討論，通過現(xiàn)場降水效果核驗，結(jié)合相關(guān)基坑周邊環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。

止水帷幕隔斷基坑內(nèi)外水力聯(lián)系的情況下，采用疏干井降水可滿足基坑施工要求，且對基坑周邊環(huán)境影響較?。辉诨庸こ添毘袎航邓?，且周邊環(huán)境要求較高時，選擇坑內(nèi)減壓降水，結(jié)合坑外回灌措施，加強周邊數(shù)據(jù)監(jiān)測分析，降水效果滿足各項指標(biāo)要求。