長江一級階地富水區(qū)深基坑開挖降水技術(shù)

胡躍

（中鐵十一局集團第四工程有限公司 湖北武漢 430000）

1 引言

武漢市軌道交通3、6、7號線換乘站香港路車站位于長江北岸漢口主城區(qū)，相當(dāng)于長江I級階地，為地下三層島式車站。二期基坑總長299m，基坑寬度25.8～41.7m，基坑開挖深度28.55～30.67m，基底位于承壓含水層（4-2細(xì)砂層）。承壓水與長江水水力聯(lián)系密切，呈互補關(guān)系，地下水位季節(jié)性變化規(guī)律明顯，水量較為豐富。基坑開挖時在地下水動力作用下會產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，直接影響基坑穩(wěn)定性，故需對場地地下水（孔隙承壓水）進行有效管井降水處理。

2 基坑涌水量估算及降水井結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于本車站圍護結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻隔滲效果受諸多因素影響，主要表現(xiàn)有以下幾點：①由于構(gòu)造運動，基巖中存在裂縫和節(jié)理，形成漏水通道；②由于地下障礙物或土層不均勻，少量地下連續(xù)墻垂直度可能達(dá)不到要求，造成下部墻體開叉；③地墻接頭處的混凝土質(zhì)量難密實，接頭處可能產(chǎn)生水土漏失；④墻體底部的混凝土質(zhì)量受沉渣影響，壓漿難以消除其影響。無法將地下水完全隔斷，綜合其他工程經(jīng)驗，按基坑總量的60%進行折減。

2.1 基坑涌水量估算及井位布置

深井降水基坑出水量計算可根據(jù)地下水類型、補給條件，降水井的完整性以及基坑面積、形狀、降水深度、布井方式等因素，綜合選擇計算公式來進行計算。基坑出水量按“大井”法承壓完整井公式計算：

式中：Q-基坑降水出水量（m3/d）；k-導(dǎo)水系數(shù)，按降水經(jīng)驗，取k=16m/d；M-含水層厚度；M=30m；S-基坑中心水位降，取 S=27～28m，承壓水位取17m；R-降水期間影響半徑，取R=260m；γ0-大井園概化半徑，γ0=η（a+b/4）；a-矩形基坑長度（m）；b-矩形基坑寬度（m）。

表1 基坑涌水量估算表

基坑總涌水量按60%折減計算：Q=71943×60%=43165m3/d；

降水井?dāng)?shù)量根據(jù)公式計算：N=Q/q×1.2（安全系數(shù)）；

N-降水井?dāng)?shù)量；

q-單井出水量，單井出水量取1680m3/d；

N=30口。

根據(jù)現(xiàn)場情況，經(jīng)優(yōu)化布置，實際只需降水井27口就能將承壓水水位降低至設(shè)計標(biāo)高，坑內(nèi)設(shè)用于觀測的4口井，可作降水井用，在基坑周圍設(shè)15口水位觀測井，緊急情況可抽水，故該基坑共設(shè)46口井。坑內(nèi)降水井的布置應(yīng)錯開梁、柱、樁、變形縫等，鉆井時必須嚴(yán)格控制井位。井位布置見：圖1井位平面布置圖。

2.2 降水井結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1 井位平面布置圖

降水井結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)水文地質(zhì)和巖層裂隙發(fā)育情況、水質(zhì)、鉆井施工工藝、長江一級階地深基坑降水經(jīng)驗及相關(guān)規(guī)范要求設(shè)計如下：井徑采用580mm，井深35～42.5m，井管采用無縫鋼管，管徑280mm，基坑內(nèi)井壁管厚度≥4mm，過濾管厚度≥4mm，井管頂高出地面約0.3m。從井底至地面以下20.5～22.5m深度段環(huán)填石英圓礫，以形成良好的人工反濾層；在井口至孔深20.5～22.5m段環(huán)填粘土球以進行管外封孔。

鉆探采用清水沖擊鉆探成孔工藝，鉆機安裝平穩(wěn)，確保鉆孔圓正、垂直、孔斜不得超過1.5°。井管安裝前，應(yīng)先在附近地面將每節(jié)井管過濾器包扎好，然后用吊車吊裝，在孔口再次焊接入孔。為確保井管在入孔后位于鉆孔中心，使井管與孔壁間的環(huán)形間距厚度均勻，在過濾器與花管部分，每間隔5m，在上部無孔管部分每間隔10m設(shè)置扶中器。填礫時，礫料應(yīng)沿井管四周均勻連續(xù)填入，隨填隨測。

2.3 洗井與試驗性抽水

當(dāng)井管安裝與填筑礫料、粘土完成后，應(yīng)及時進行洗井。洗井的目的是清除井內(nèi)泥漿，破壞井壁附著的泥皮，鉆探滲入含水層中的泥漿和細(xì)小顆粒，使過濾器周圍形成一個良好的透水人工過濾層，以增加井的出水量和透水性。洗井根據(jù)井內(nèi)泥漿性能，采用活塞及空壓機洗井，洗去孔壁泥皮及抽出含水層內(nèi)泥漿，直至地下水流通暢、井內(nèi)可抽出大量清水為止，含砂率宜小于萬分之二，活塞洗井時間＞4h，空壓機洗井＞48h，直至水質(zhì)清澈，細(xì)沙干凈，抽水量符合管井區(qū)域降水要求為止，洗井時應(yīng)同時進行降水井與坑內(nèi)外觀測井的水位觀測。

2.4 施工監(jiān)測及降水井維護

委托有資質(zhì)的單位、人員對降水井排水流量、水位、排水含砂量監(jiān)測、水位觀測孔水位監(jiān)測。降水井運行前收集所有井位的原始水位和每小時抽水量，降水開始后，在基坑內(nèi)水位沒達(dá)到設(shè)計標(biāo)高以前，每天監(jiān)測四次出水量、水位，測量抽排水的含沙量。隨著水位的降低，監(jiān)測頻率可適當(dāng)減少，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)計降水標(biāo)高，并趨于穩(wěn)定時，可每天觀測一次，并根據(jù)每個降水井的水位，調(diào)整降水井的工作時間。如遇連續(xù)降雨，監(jiān)測頻率應(yīng)每日2～4次。及時整理各降水井的水位、水量監(jiān)測記錄，收集相關(guān)參數(shù)，繪制水量Q與時間t、水位降深值S與時間t過程曲線圖，分析水位水量的變化趨勢，預(yù)測設(shè)計降水深度要求所需時間，為下一工序提供參考依據(jù)。

降水期間需指派專人對抽水設(shè)備的運行狀況進行經(jīng)常性的檢查維護，每天檢查不應(yīng)少于4次，并應(yīng)記錄水泵的工作壓力、電壓、電流和出水等情況，出現(xiàn)停泵、水頭不穩(wěn)等問題及時處理，保證抽水設(shè)備始終處于良好運行狀態(tài)。抽水設(shè)備需加強防護，定期保養(yǎng)，出現(xiàn)故障及時更換，經(jīng)常檢查排水管路，清理沉沙井，確保水流暢通。備有充足的發(fā)電機組，當(dāng)發(fā)生停電時，應(yīng)及時切換電源，保持基坑降水正常進行，確保基坑施工安全。

3 結(jié)論

該項目通過優(yōu)化基坑降水方案，加快施工進度，減少了降水對周邊環(huán)境造成影響，滿足施工需求，同時也保證了周邊建筑物及市政道路、管線的正常使用功能，沉降量均符合設(shè)計。對于地處長江I級階地的深基坑工程而言，采用豎向隔水帷幕+深井降水的綜合技術(shù)方案來控制深基坑地下水問題，可為富水復(fù)雜環(huán)境地質(zhì)條件下的深基坑工程的設(shè)計與施工提供借鑒。

[1]朱 敏，等.武漢市軌道交通3、6、7號線二期工程香港路站施工圖設(shè)計.2012，6.

[2]姚天強，石振華.《基坑降水手冊》.中國建筑工業(yè)出版社，1970，1.

[3]湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程技術(shù)規(guī)程》（DB42/159-2012）.

[4]《基坑管井降水工程技術(shù)規(guī)范》（DB42/T830-2012）.