長江漫灘地區水利工程深基坑降水淺析

楊耀中+趙峰+沈煒皓+崔宇

摘 要：長江漫灘地區地質條件異常復雜，常常夾有厚薄不均的淤泥質粘土隔水層，隔水層以下的承壓水層與長江相連。常規的降水法因其適用范圍的限制，難以對此類地區進行有效降水。該文將論述通過聯合降水方法，在基坑周圍設置井點預降地下水，將大部分水體通過井點排出，同時在基坑內設置表面排水裝置進行局部降水，可以準確控制基坑內地下水位。工程實踐證明該法適合長江漫灘地區深基坑工程。

關鍵詞：長江漫灘 深基坑 降水

中圖分類號：TV521 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（c）-0048-02

水利工程深基坑開挖施工使原有的基坑周圍的水、土應力平衡受到破壞，土體發生變形，當變形達到一定程度就會危及到基坑本身以及周圍建筑物的安全[1]。在施工過程中，為了保證施工安全和減少基坑開挖對周圍環境的影響，需要選擇合適的降低地下水水位或水頭的方法對基坑進行降水。科學合理的降水方案對于基坑工程順利開展有著積極意義。

（1）可以防止基坑坡面和基底的滲水，保證坑底干燥，便于施工開挖。

（2）同時增加邊坡和坑底的穩定性，防止邊坡或坑底的土層顆粒流失，防止流砂產生。

（3）減少土體含水量，有效提高土體物理力學性能指標。對于放坡開挖而言，可提高邊坡穩定性，對于支護開挖，可以增加被動區土抗力，減少主動區土體側壓力，從而提高支護體系的穩定性和強度，減少支護體系的變形。

（4）提高土體固結程度，增加地基土抗剪強度。適當降低地下水位的方法可以減少土體含水量，提高土體固結程度，減少土中空隙水壓力，增加土中有效應力，增強土體抗剪強度。

（5）降低下部承壓水水頭，減少承壓水頭對基坑底板的頂托力，防止基坑突涌。

1 常規降水法在長江漫灘地區的適用性

長江漫灘沉積層，地質條件異常復雜，常常夾有厚薄不均的淤泥質粘土層[2]。該土層是由于古河床側向移動和河水周期性泛濫形成的。在長江作用下河床常常一岸受到侵蝕，另一岸發生堆積，于是河床不斷發生位移。受到堆積的一岸，由河床堆積物形成邊灘，隨著河床的側移邊灘不斷擴大。洪水期間，水流漫到河床以外的灘面，由于水深變淺，流速減慢，便將懸移的細粒物質沉積下來，在灘面上留下一層細粒沉積，逐漸形成河漫灘淤泥質粘土層。該土層透水性弱、力學強度低，其下部由強度低，透水性強的砂、礫、卵石層構成。下部土層不僅透水性比上部土層大好幾個數量級，而且直接受江水充足的補給。由于地質條件的復雜性，以下所列出的常規的降水方法在該地區難以達到預期效果。

（1）表面降水法。該法屬于重力降水，適用于滲水量不大的基坑。利用設置在基坑周圍的明溝、集水井和抽水設備，將地下水從集水井中不斷排走，使得基坑處于干燥狀態。此方法適用于中等面積建筑物基坑的排水，適合土層為滲水量不大的粘性土、碎石土和粗砂土。長江漫灘地區地下水豐富，單純使用表面降水法難以達到基坑降水的要求。

（2）輕型井點降水法。該法屬于利用真空負壓加速抽取地下水的方法，適用于滲透系數為0.1～5.0 m/d的土層。該降水法在工程外圍豎向埋設一系列井點管深入含水層內，用連接管將井點管與集水總管連接，再與真空泵和離心水泵相連進行抽水，使得地下水位降到基坑以下。此方法適合土體滲透系數不大，需要利用真空負壓加速抽取的情況[3]。長江漫灘地區土層不均勻，常常夾有滲透系數較大且與江水相通的粉細砂、砂礫層。輕型井點法抽取該土層地下水時，江水會源源不斷地補給，降水效果差。

（3）噴射井點降水法。該法是在井點管內部裝設特制的噴射器，用高壓水泵或空氣壓縮機通過井點管中的內管向噴射器輸入高壓水或壓縮空氣形成水氣射流，將地下水經井點外管與內管之間的間隙抽出排走[4]。該法排水強度大可以代替多層輕型井點降水。在長江漫灘地區遇見江水相通的粉細砂、砂礫層時，降水效果差。

（4）電滲井點降水法。該法是在輕型井點或噴射井點管的內側加設電極，通以直流電，利用粘土的電滲現象和電泳特性，使滲透系數較?。↘<0.1 m/d）的粘土空隙中的水流動加速，從而使基坑排水效率得到提高。在長江漫灘地區遇見江水相通的粉細砂、砂礫層時，降水效果差。

（5）管井井點降水法。該法是設備由濾水井管、吸水管和抽水設備等組成。具有井距大，易于布置，排水量大，降水深（>15 m），適用于滲透系數大（20～250 m/d）、砂土類、地下水豐富、面積大、時間長的降水工程應用。利用管井進行重力集水，再利用水泵將水抽出。在長江漫灘地區局部地層夾有厚大的隔水土層，而其上部又是中等透水的土層時，在地下水水頭差較小的情況下，降水效果不佳。

（6）深井井點降水法。工作原理是利用深井進行重力集水，在井內用潛水泵進行排水以達到降水或承壓水壓力的目的。它適用于滲透系數較大、涌水量大、降水較深的砂土、粉質砂土。在長江漫灘地區使用局限性與井管井點降水法相似。

2 長江漫灘地區深基坑排水關鍵技術

長江漫灘地區有淤泥質粘土的隔水層，隔水層以下的承壓水層與長江相連。由于長江漫灘地區的淤泥質粘土層的存在，使得該地區深基坑降水有別于其他地區。單一的降水法難以滿足工程需要，需要將多種降水方法有機整合，根據地質情況靈活運用。

深基坑降排水量一般比較大，表面降水法排量不夠。各類井點降水法由于地質條件復雜、地下土層不均勻，難于準確控制基坑內地下水位。如果將兩種排水法結合，利用井點降水法對基坑周圍的地下水進行預降，再利用表面排水法準確控制地下水的高度可以得到較好的降水效果。

聯合降水法就是將井點降水法與表面降水法進行有機結合。在基坑周圍設置井點，可以預降地下水，將大部分地下水通過井點排出。在基坑內設置表面排水裝置，對坑內進行準確降水，確?；娱_挖過程中基坑內地下水位低于開挖面0.5 m。

在長江漫灘地區上層土體滲透系數較大，中間或局部夾有滲透系數較小的隔水層，下層為滲透系數為10～200 m/d。綜合考慮可以選用管井井點降水法與表面降水法的組合。管井井點能降低含水層水量較大、滲透系數較大的潛水、承壓水，與管井井點連接成同一系統的表面降水裝置，能同時降排上層滯水、潛水及地面雨水，能有效地控制地下水對工程的影響，成功做到基坑施工干作業。在深基坑開挖前，進行工程地質施工復勘并結合工程地質勘察報告及水文地質條件，確定施工范圍各地層土體的分布范圍、層序、高程、滲透規律及地下水埋藏條件。通過理論計算分別得出各部降水施工參數，并確定管井井點及表面降水裝置的位置、數量和高程。

3 工程應用

3.1 在南京板橋河閘擴建工程的應用

原板橋河閘建于1996年，設計流量124 m3/s，分三孔，單孔凈寬6 m，閘底板高程3.5 m（吳淞高程）。2015年底進行擴建，擴建后的板橋河閘采用閘站結合的布置型式，擴建水閘設計流量為450 m3/s，水閘分5孔布置，每孔凈寬6 m，閘底板高程3.5 m，基坑底面高程1.3 m，局部0.95 m，堤頂（基坑頂面）高程12.45 m，新建補水泵站設計流量為4 m3/s。

該工程基坑高程3.29～12.00 m土層為粉質粘土，滲透系數最大值為0.0065 m/d，高程2.39～3.29 m范圍土層為淤泥質粉質粘土，滲透系數最大值為0.0018～0.009 m/d。根據工程現場及工程地質條件等情況，施工降排水采用井管2處配合表面降水施工裝置6處，進行聯合降排水，使得基坑底部土層中動水力減小，動水方向朝下，地下水由水泵排出基坑外，從而確保施工期間基坑處于無水狀態，以確保基坑穩定和建筑物正常施工。

3.2 在南京長江干堤防洪能力提升工程的應用

南京長江干堤防洪能力提升工程雨花臺區2012年度工程一標段何家圩泵站工程深基坑，緊鄰長江，地質條件異常復雜。通過計算確定基坑降水采用聯合降水法，采用管井4口深18 m，減壓降水井6口，深2.7 m，表面降水施工裝置一套，順利地完成了深基坑降水工程。

在何家圩泵站附近地質條件相同，規模及基坑各部高程也基本相同的泵站采用傳統的輕型井點降水工藝（二級降水），其結果是輕型井點降水失敗，增加輕型井點后還是效果不佳，重新組織專家現場論證，采取增設13口大口徑管井降水，結果工期延誤，經濟損失嚴重。

原降水設計的問題在于井深太大，管井貫穿整個含水層，該層與江水相通，導水性能極強。群井降水時抽取的地下水中江水占有較大比重，造成單井涌水量很大，而地下水位整體降深較小。

4 結語

長江漫灘地區地質條件異常復雜，常常夾有厚薄不均的淤泥質粘土隔水層，隔水層以下的承壓水層與長江相連。常規的降水法因其適用范圍的限制，難以對此類地區進行有效降水。在這類地區使用聯合降水方法，運用井點預降地下水，將大部分水體通過井點排出，同時在基坑內設置表面排水裝置進行局部降水，則可以準確控制基坑內地下水位。

參考文獻

[1] 周志芳，郭耿新，鐘建馳，等.深基坑降水設計中幾個問題的討論[J].勘察科學技術，2004（5）：16-21.

[2] 劉清文，車燦輝.長江漫灘復雜地層條件下超大超深基坑降水設計[J].探礦工程，2013（5）：54-60.

[3] 樊竹銳，李兵.輕型井點降水法在水下承臺施工中的應用[J].交通標準化，2012（20）：34-36.

[4] 姚天強，石振華.基坑降水手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2006：2-4，16-21.