鄭州某地鐵車站深基坑降水方案設計

周　閃　杜明芳　趙曉偉

(河南工業大學土木建筑學院，河南鄭州　450001)

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鄭州某地鐵車站深基坑降水方案設計

周閃杜明芳趙曉偉

(河南工業大學土木建筑學院，河南鄭州450001)

結合鄭州地區某地鐵車站的工程地質和水文地質條件，選取合適的基坑降水參數，進行車站基坑降水方案設計，保證基坑工程的安全施工，并將止水帷幕與管井相結合的降水方式在鄭州類似工程進行推廣應用。

鄭州地鐵車站深基坑降水設計

1　工程概況

該車站位于鄭州市商務外環路與眾意西路交叉口，為地下兩層三跨島式車站。車站長度為140m，站臺寬11m，車站外包總長226.0m，標準段外包總寬20.1m，采用鉆孔灌注樁加鋼支撐的支護形式。車站主體采用明挖法(局部蓋挖法)施工，標準段基坑開挖深度為16.64m，端頭盾井處開挖深度為18.88m。

1.1工程地質條件

該車站場地屬于黃河沖洪積平原，場地30m深度范圍內主要為第四系全新統(Q4)地層，車站范圍內地層巖性從上到下依次主要為：0～10m砂質粉土、黏質粉土、粉質黏土，夾有粉砂、細砂，為中密—密實細砂。

車站底板位于第②34黏質粉土層；止水帷幕底位于第③23A黏質粉土層。

1.2水文地質條件

本車站基坑下的地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙潛水，含水層主要賦存于黏質粉土、粉質黏土層中，實測地下水位埋深約4～5m。微承壓水主要賦存于細沙中，根據勘測抽水試驗及區域水位地質資料，承壓水靜水位埋深14m左右，承壓水頭4m左右。受地形地貌、地層巖性、地下水補給來源的因素影響，地下水年變化幅度為1.5～2m。地下水的補給主要為大氣降水和地下水徑流補給，以地下水徑流為主。

2　基坑降水方案設計

2.1基坑降水的目的和作用[1]

地下水問題是基坑工程中最常見的難題之一[2]。該車站位于鄭州東區，地下水位較高，埋深在4～5m，基坑外降水對周邊環境的影響較大。本工程采用坑內外降水相結合的方案，保證施工的安全性，減少地下水對結構的浮力，確保地下工程施工的抗浮穩定性。

2.2參數確定

根據室內試驗場地抽水試驗[3-4]確定潛水層滲透系數。結合鄭州地區基坑降水經驗，潛水層滲透系數室內及建議值見表1。

2.3管井布置[5]

本工程基坑止水帷幕采用φ850@600mm三軸攪拌咬合樁，該工法樁垂直度好，樁間咬合緊密，樁身達32m。設計井徑為600mm，過濾器位于地面以下4～23.5m，長19.5m，下設沉淀管3m。濾管外纏100目的尼龍濾網，距地面深度約26.5m，濾管與井壁空隙采用級配碎石回填。

表1　滲透系數

(1)封閉式降水抽水量驗算

攪拌樁[6]作為隔水帷幕將潛水層、微承壓水層土全部隔斷，坑內外地下水失去水力聯系，降水效果良好，故基坑內降水管井可根據鄭州地區經驗布置，本基坑內部管井可采用梅花式，每隔15m布置一口井，共17口井。封閉式降水模式示意如圖1。

圖1　封閉式降水模式

在無地下水及降水補給的情況下，當地下水位降至基坑底1m時，應抽出水的體積為

(1)

式中W——應抽出水的體積/m3；

F——基坑面積/m2，基坑長度226m，寬度20.1m，F=226×20.1=4 542.6m2；

M——疏干的含水層厚度/m(標準段：16.64-4+1=13.64m)；

r——降水半徑/m，r=0.29×(226+20.1)/2=35.6m；

i0——水力坡度，取值0.1；

μ——含水層厚度/m，取0.15m。

將各參數代入公式(1)，可得W=11 725.70m3，分攤到17口管井，每口應抽出的水量為689.75m3。

允許井壁進水流速Vj=70.65m/d；

實際進水流速

(2)

式中，Q為設計單井出水量/(m3/d)，考慮配置10m3水泵，設計單井出水量為240m3/d；Dk為井徑(0.6m)；L為過濾管長度(3m)。

由以上可得，實際進水流速為42.46m/d<70.65m/d，實際配置管井滿足抽水量要求。

(2)無止水帷幕基坑涌水量驗算

本工程止水帷幕采用三周水泥攪拌樁，考慮地層差異性及施工因素等，止水帷幕或存在滲漏水現象未能截斷地下水的補給。以下對無止水帷幕下的降水效果進行進一步分析。

群井按大井簡化的均質含水層承壓水非完整井的基坑降水涌水量[4]，可按下式計算

(3)

式中Q——基坑涌水量/m3；

K——土層滲透系數，取13m/d；

M——承壓水層厚度，取11m；

S0——基坑地下水位降深，取13.64m；

l——過濾器在承壓含水層進水部分長度，取4m；

R——影響半徑，根據經驗公式取236m；

r0——基坑等效半徑，0.29×(226+20.1)=71.37m。

代入公式(3)，可得基坑總涌水量為8 104.15m3。

因考慮群井抽水，參考《建筑與市政降水工程技術規范》(JGT111—1998)，群井抽水中水位干擾影響最大井的出水能力為q=4×315×24/100=302.4m3/d。

管井配置數量為：n=1.1Q/q=29.48≈30口。

考慮止水帷幕施工的差異性[7]，以及涌水量計算的差異性[8]，結合鄭州地區基坑降水施工經驗，在基坑外部每隔20m設置一口管井，共設置26口作為安全儲備。

基坑外部降水根據基坑內管井抽水效果實測坑外降水井水位情況，若水位下降超過50cm/d、或累計下降超過100cm，說明止水帷幕有個別地方滲漏，應同時啟動相近坑外降水井。基坑內外管井布置如圖2。

圖2　管井布置

(3)排水路徑

基坑北側設置直徑為350mm的排水暗管(鋼管)，每隔30m設置磚砌集水井，經沉淀后流入場地內現有市政雨水管道。

3　降水監測

3.1對周圍環境的監測[9]

基坑監測貫穿于基坑工程施工的全過程。對于本基坑工程而言，安全等級為一級，基坑監測頻率按表2進行。

表2　監測頻率

3.2含水層地下水位的監測[10]

地下水位的監測主要是管井降水位的測量，地下水水位測量是控制地下水是否達到目的的主要措施。水位測量主要通過水位觀測孔進行，降水工程中設置數只水位觀測孔是必要的，同時也可以通過備用降水井和未抽水的降水井進行水位觀測。

3.3抽水量的監測

認真做好抽水記錄，根據抽水時間計算排水方案，根據運轉井的數量和時間確定每天抽取地下水的總量。

4　結論

(1)深基坑所處地質狀況復雜，各地層含水情況不均，基坑降水參數選取難度很大，正確的選擇參數對基坑降水設計有重要的意義。

(2)基坑內布設排水暗管和集水井，以應對暴雨或其它突然而來的明水。

(3)監測數據表明，該基坑周邊建筑物、地下管線、地表沉降等均在可允許范圍內，基坑開挖降水對周邊建筑物、管線、道路沒有造成不良影響。

(4)止水帷幕和管井相結合的降水方案，可阻止基坑外地下水向基坑內的滲入，減少基坑內的涌水量，可縮短基坑降水的工期，減少對周邊環境的影響。該方案可在鄭州地區地鐵建設中推廣使用。

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

[2]吳昌瑜，李思慎，謝紅.深基坑開挖中的降水設計問題[J].巖土工程學報，1999(3):92-94

[3]姚天強，石振華.基坑降水手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，2006

[4]郭愛俠.西安地鐵二號線北客站基坑降水工程單井多落程抽水試驗研究[J].中國水運，2008，8(6):241-242

[5]GB50296—2014管井技術規范[S]

[6]錢萬周.深層攪拌樁止水帷幕在軟土地層施工中的應用[J].山西建筑，2008(25)：115-116

[7]張賓.某地鐵站深基坑旋噴樁止水帷幕施工技術分析[J].四川建材，2014(6)：184-185，187

[8]石中平.關于基坑涌水量計算有關問題的討論[J].工程勘察，2012(3)：44-49，53

[9]王文峰.對基坑降水引起周圍建筑物沉降的預測及其防治措施[J].鐵道勘察，2013(4)：48-50

[10]喬玉榮.某U形槽基坑工程地下水控制措施研究[J].鐵道勘察，2015(1)：71-72，80

[11]中國建筑科學研究院.JGJ120—2012建筑基坑支護技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社，2012

[12]建設部綜合勘察研究設計院.JGT111—98建筑與市政降水工程技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社，1999

Deep Foundation Pit Dewatering Design of Subway Station in Zhengzhou

ZHOU ShanDU MingfangZHAO Xiaowei

2016-03-04

周閃(1991—)，男，碩士研究生。

1672-7479(2016)04-0058-03

TU46+3

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