深基坑降承壓水設(shè)計(jì)及施工風(fēng)險(xiǎn)控制探討

王建華 胡增燕

摘要：隨著我國地鐵建設(shè)的大力推進(jìn)，城市地下工程得到了前所未有的發(fā)展，深基坑降承壓水已成為我們常面臨的一個(gè)重要問題，其中方案選擇顯得尤為重要，如何在安全行、經(jīng)濟(jì)性、可行性等方面找到最佳的平衡點(diǎn)，結(jié)合一個(gè)地鐵車站換乘節(jié)點(diǎn)基坑工程實(shí)例進(jìn)行一些探討。

關(guān)鍵詞：深基坑；承壓水；設(shè)計(jì)；施工風(fēng)險(xiǎn)

Abstract: Along with our country subway and vigorously promote the construction of underground engineering has been hitherto unknown, city development, deep foundation pit dewatering has become we often face a serious problem, which options appear particularly important, how safe, economy, feasibility, find the best balance point, combined with a subway the station of transfer nodes foundation pit engineering are discussed.

Key words: deep foundation pit; water pressure; design; construction risk

中圖分類號(hào)：TU46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)：2095-2104（2012）01-0020-02

1工程概況

1.1基坑概況

本工程基坑為某地鐵車站的換乘節(jié)點(diǎn)，地下三層框架結(jié)構(gòu)，基坑沿車站縱向21.11m，橫向?qū)?6.70m，開挖深度25.11m。地面標(biāo)高為+6.00m，基坑開挖面標(biāo)高-19.11m，位于承壓含水層上部，承壓水水頭為-2.04m，經(jīng)坑底抗隆起驗(yàn)算不滿足要求，為預(yù)防坑底突涌，需要降低承壓水水頭15.36m。

圖1-1 車站換乘節(jié)點(diǎn)平面圖

1.2地質(zhì)與水文情況

根據(jù)鉆孔揭露的地層結(jié)構(gòu)、巖性特征、埋藏條件及物理力學(xué)性質(zhì)，結(jié)合靜力觸探曲線和周邊建筑物詳勘地質(zhì)資料，場地勘探深度以內(nèi)可分為①、③、⑥、⑧和⑿等5個(gè)大層，細(xì)化為15個(gè)亞層，3個(gè)夾層。現(xiàn)場借助鉆孔樁施工探得卵石粒徑在15cm左右，其中還偶現(xiàn)較大的孤石。

工程區(qū)深層孔隙承壓含水層主要分布于深部的⑧3層粉砂夾粉質(zhì)粘土、⑿1層粉砂、⑿4層圓礫和⑿4夾1層含礫粉細(xì)砂中，水量豐富，隔水層為上部的粘土層（⑥、⑧層），承壓含水層頂板高程為-32.80~-23.92m，隔水層頂板高程為-13.53~-11.46m。施工場地內(nèi)實(shí)測承壓水位高程為-2.04m。

2方案比選

針對(duì)換乘節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)需要降承壓水，草擬以下三種方案，第一種方案就是利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)完全隔斷承壓水，第二種就是完全靠降水降低水頭，第三種就是采取半懸掛圍護(hù)結(jié)構(gòu)加抽水。針對(duì)三種方案從可實(shí)施性、安全性、造價(jià)等方面分析如下：

表1-1方案對(duì)比分析表

經(jīng)過施工方案比選分析，結(jié)合施工難度及經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工以及相關(guān)專家一致認(rèn)為采取圍護(hù)結(jié)構(gòu)懸掛加降水為首選方案，實(shí)施容易，安全風(fēng)險(xiǎn)可控。

3降水設(shè)計(jì)

3.1基坑總用水量預(yù)測

由于換乘節(jié)點(diǎn)處地下連續(xù)墻較深，對(duì)地下水運(yùn)動(dòng)有一定的阻礙作用，使地下水在墻處產(chǎn)生繞流，因此，“大井法”不適用于換乘節(jié)點(diǎn)處的涌水量預(yù)測。該處宜采用達(dá)西定律進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算示意圖見圖3-1。

Q=KWIkfh、l

式中：Q——基坑總涌水量（m3/d）；

K——滲透系數(shù)（m/d）；（K=130m/d）

W——過水?dāng)嗝妫╩2），W=M0*L，MO為地連墻底端至含水層底板的距離（14.6m），L為地連墻的周長（115m）；

I——水力梯度，I=Δh/L，為滲流路徑長度，Δh為坑內(nèi)外水頭差。根據(jù)類似地區(qū)降水經(jīng)驗(yàn)，坑內(nèi)降深15m時(shí)，坑外降深4m。

將相關(guān)參數(shù)代入上述公式，計(jì)算得到換乘節(jié)點(diǎn)的總涌水量Q=2.1×104m3/d。

圖3-1基坑涌水量計(jì)算示意圖

3.2理論單井出水能力

降壓井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖3-2。

圖3-2井結(jié)構(gòu)示意圖

理論單井出水能力計(jì)算公式：

q=/=195m3/h

式中—— 管井出水能力（m3/d）；

—— 濾水管工作部分長度（m）；

—— 濾水管外徑（325mm）

—— 與含水層有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可查表。

根據(jù)類似地區(qū)降水經(jīng)驗(yàn)，在無干擾情況下，單井出水量可達(dá)300m3/h以上，在群井干擾情況下，出水量在200m3/h左右。單井出水能力的理論計(jì)算公式計(jì)算值偏小。由于地下連續(xù)墻的阻水作用，在群井干擾情況下，單井出水量只能達(dá)到無連續(xù)墻時(shí)的0.7~0.8。本次計(jì)算取單井出水量q=150m3/h。

3.3降壓井?dāng)?shù)量計(jì)算

降壓井?dāng)?shù)量計(jì)算公式：

n=1.1*Q/q=8口

式中：——基坑總水量（m3/h）

——單井出水能力（m3/h）

——井?dāng)?shù)。

3.3降壓井的布置

由于井位布置受抗拔樁、立柱樁、支撐以及挖土施工等因素影響，綜合群井效果的影響分析，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)場情況，本著均勻高效的原則進(jìn)行井位布置，并模擬驗(yàn)證效果。

圖3-3 井位布置圖

利用數(shù)值模型對(duì)基坑降壓效果進(jìn)行模擬，當(dāng)基坑總涌水量為21000m3/d，基坑內(nèi)水位可降至-19m標(biāo)高（設(shè)計(jì)降深標(biāo)高-17.4m），滿足基坑突涌穩(wěn)定性要求，基坑外的最小水位標(biāo)高為-6.4m，降深為3.25m，模擬降水效果見圖3-4。模擬降水效果，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3-4 基坑降壓效果預(yù)測水位標(biāo)高等值線圖（單位：m）

4施工風(fēng)險(xiǎn)控制

4.1對(duì)邊環(huán)境的影響

在群井施工完成后，進(jìn)行72小時(shí)連續(xù)降水試運(yùn)行，對(duì)周邊地表進(jìn)行監(jiān)測，并對(duì)周邊河流進(jìn)行觀察，確定抽水對(duì)周邊的影響程度。試運(yùn)行監(jiān)測結(jié)果表明：32個(gè)監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降數(shù)據(jù)較小，最大監(jiān)測點(diǎn)DW2-3的監(jiān)測數(shù)據(jù)為3.5mm，周邊河流水位基本無變化。同時(shí)請(qǐng)專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)對(duì)抽排的地下水進(jìn)行檢測，確保排放不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。

圖4-1 監(jiān)測點(diǎn)位布置圖

4.2運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制

（1）現(xiàn)場水位觀測井采取危險(xiǎn)水位自動(dòng)報(bào)警裝置，現(xiàn)場配備快速啟動(dòng)的應(yīng)急發(fā)電機(jī)，現(xiàn)場還必須庫存一定數(shù)量備用的水泵、水管等材料，并每日檢查完好情況，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）現(xiàn)場水位觀測井采用自動(dòng)報(bào)警裝置，備用發(fā)電機(jī)設(shè)置自動(dòng)快速啟動(dòng)裝置，現(xiàn)場備足水泵、水管等應(yīng)急設(shè)備及材料，并每日檢查完好程度和數(shù)量，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）制定現(xiàn)場降水管理及值班制度，分工明確。

A、普工上崗之前，進(jìn)行培訓(xùn)，使其了解整個(gè)降水流程；

B、技術(shù)負(fù)責(zé)人要時(shí)刻了解基坑開挖深度及地下水位狀況；

C、電工每天對(duì)用電線路進(jìn)行檢查，及時(shí)排除故障；

D、抽水每天24小時(shí)派人現(xiàn)場值班，并做好抽水流量記錄，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，供電線路是否正常，排放水的含砂情況及排水管道是否暢通；

E、降壓井要配備獨(dú)立的電源線，整個(gè)降水過程中應(yīng)備有雙電源并配備發(fā)電機(jī)。

自動(dòng)報(bào)警裝置 編號(hào)的出水管 應(yīng)急發(fā)電機(jī)

降水現(xiàn)場管理圖表 現(xiàn)場降水井布置 自動(dòng)切換配電箱

5結(jié)語

（1）通過選擇合理的降承壓水方案，保證安全風(fēng)險(xiǎn)的可控的同時(shí)，既降低了施工難度，又大大減少了投資，所以方案的選擇顯得尤為重要。在確定方案前，必須充分地了解摸清地質(zhì)與水文情況，具有針對(duì)性的編制方案，并邀請(qǐng)專家及相關(guān)人員進(jìn)行把關(guān)。

（2）降承壓水運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，主要抓住應(yīng)急管理與運(yùn)行管理制度，確保降水運(yùn)行過程每個(gè)環(huán)節(jié)受控，使整個(gè)降水運(yùn)行體系能夠有效運(yùn)轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳林高，工程降水設(shè)計(jì)施工與基坑滲流理論[M],北京：人民交通出版社，2004。

[2]薛禹群，地下水動(dòng)力學(xué)[M]，北京：地質(zhì)出版社，1997。