明溝在地鐵深基坑排水中的輔助應用

王德峻

隨著城市發展的逐步深入，越來越多的工程建設向城市腹地延伸，不管是大型的綜合體建設，還是城市綜合管廊或是地下軌道等市政工程，垂直空間的利用是城市發展的必由之路。深基坑工程施工隨之變得越來越重要，同時也是施工風險、施工安全的重點及難點。深基坑施工的安全風險或安全事故多半又是由基坑內外的水體直接或間接造成的，多數基坑失穩的事故都是因為水體未能及時排出或不合理的下滲而造成的。鑒于此種現狀，深基坑工程施工前及施工期間的排水處理措施是一項重要的深基坑施工輔助措施。

一、深基坑施工排水主要措施

深基坑施工排水主要分為基坑頂部和基坑內部，水體有雨水形成的地表徑流、地下水抽排形成的匯水及潛層地下水或孔隙水形成的基坑內匯水。其中采用截水方式的明溝排水是各類措施中較為重要的方法。明溝排水的主要措施有：①地表明溝與集水井結合排水：采用明溝對周邊水體形成匯水，集中匯流至集水井統一排出。②分級明溝排水：對于基坑場地較好、基坑較深，采用分級放坡、匯水面積相對較大的基坑，為避免對基坑底部產生過多存水，在局部坡面平臺形成匯水通道，分級排出。③深層明溝排水；對于縱深跨度大、基坑深，存在裂隙承壓地下水的項目，采用深層明溝排水，同時深化永臨結合，必要時可設置基底盲溝的綜合排水措施，實現工程施工安全與滿足項目功能要求的目的。

二、工程實例

1.工程概況。西安地鐵四號線南段某車站為地下二層島式車站，基坑長237米，開挖深度19.9米，開挖寬度85米，采用三級放坡開挖，局部結合圍護樁加土釘錨桿垂直支護，坡面采用鋼筋混凝土網片進行護坡處理，車站主體結構為現澆混凝土箱型框架結構，結構施工縫采用中置與外貼橡膠止水帶，結構外設置防水涂膜與防水卷材結合防水層，施工縫位置預留注漿管，可對后期滲漏水進行壓力注漿修補。

2.工程地質與水文地質。車站地貌單元屬二、三級黃土臺塬，地層為第四系上中更新統風積黃土和殘積古土壤，車站呈東西向布設，場地地形較平坦。根據勘察報告，勘探深度50米范圍內從上到下地層主要為全新統<1-2>素填土（Q4ml2），<3-1-1>新黃土（Q3eol）、<3-2-1>古土壤（Q3el）、<4-1-1>老黃土（Q2al）、<4-2-1>古土壤（Q2el）等組成。地下水含水層主要為弱透水的黃土及古土壤，潛水含水層厚度大于50米，補給來源主要來自大氣降水入滲。

3.明溝排水分析。明溝排水是工程施工中較為經濟且效果顯著的排水措施，其應用范圍較廣，具有顯著的推廣應用價值。對于處理地表雨水及潛層及承壓地下水水量不大的基坑，均可以采用明溝排水。明溝排水技術科充分利用場地地勢，對地表水及地下水采用引流、匯流方式排出基坑。地表積水利用設在基坑上部及基坑底部的截水溝，將周邊地表水體匯集、地表徑流，水體通過地表明溝排走，阻止進入基坑內，可以有效排出基坑上部積水；同時在基坑底部設置排水明溝，將基坑側壁及基坑內降水、地下水引入排水明溝，最終通過集水井等輔助設施排出基坑。采用明溝排水日常維護成本較低，可大大節約人力、物力，降低施工成本，同時設置自動監控的排水措施，還可以更好的對基坑水體影響自動預警，保證基坑安全。采用明溝排水技術中，最為常用的兩種方法是：第一，根據場地實際情況，依據重力原理，利用場地由高到低的地勢，在基坑邊設置排水明溝、明渠，達到自然排水的目的。此種方法不僅適用于基坑上部的自然地勢，也適用于基坑內不同標高結構的排水設置，其初期投入成本較為集中，后期維護成本很低。第二，對于場地條件較差的基坑，設置分級排水，每級排水明溝按等高布置（嚴禁倒坡），通過上級水壓力或補充外力排水設施，將各級排水系統中的匯水逐級排出。兩種方法結合基坑防護措施，均可有效保證水體滯留對基坑安全造成的不利影響。

采用明溝排水技術，結合實際施工情況，提高排水效果。在不同的施工環境中，仍有其各自特點及特殊性。在進行策劃及實施環節應對相關問題重點關注，分析如下：①遵循工程優先原則。明溝排水技術做為基坑排水施工的輔助措施，在其施工策劃、排水路徑及排水設施設置是不得影響正式工程的合理布置。例如：平面位置不得與工程結構發生沖突，排水深度不得對結構基礎穩定造成影響，集水井布置蓄水深度不得高于基礎底面最小潛水深度等。如遇特殊情況，可在保證結構的安全前提下，局部形成明溝、盲溝相結合，同時采取有效的加強措施，保證基礎及結構安全。在滿足工程實體施工的前提下，將排水明溝結合工程實際，合理設置基坑內外場地匯水橫坡、排水明溝縱坡的形式，通過計算涌水量、匯水量、滲透系數等參數，確定基坑排水系統，優化基坑開挖寬度，提升基坑排水能力，消除水體對基坑邊坡安全的影響。②做好特殊事件及應急準備工作。在進行排水系統設計中，充分考慮設備容量、設施的承載能力，避免因特殊、惡劣環境造成排水不利，進而影響排水效果，對基坑安全造成影響。如考慮當地最大降雨量、瞬時降水等因素，對存在凍融環境下，合理布置排水通道，減少冬期溝內積水造成的凍脹問題破壞排水系統等因素，進而造成整體排水系統的失效。同時，充分考慮設備故障因素，重點部位必須做到一用一備，同時在現場準備應急物資及設備，如：水泵、排水管、水龍帶、砂袋、鐵鍬、應急砂等。在日常管理、降雨前后，尤其是瞬時暴雨等惡劣氣候期間及雨后，增加巡查、及時排險，不間斷監控等管理措施，提升處理突發事件的應變能力，及時有效排出基坑水體，保證基坑安全。

4.基坑降水方案設計與施工。該車站基礎工程（含土方開挖、基坑支護、回填）及主體工程計劃施工工期兩年，分別跨越兩個雨期與冬期季節性施工期。根據車站地質水文條件，結合車站主體結構基礎型式，基礎施工階段的排水采用基坑外設置明溝排水溝和集水井進行有組織排水。基坑壁防滲結合基坑支護采用噴射砼處理，防止水體下滲至基坑側壁土體內，形成隱患。主體施工階段（土方未回填）對地表明水及基坑底部明水及局部潛層地下水采用在基坑內外設置排水明溝有組織進行排水。基坑開挖按照施工方案由西向東分段階梯式分層開挖，土方開挖至樁頂50厘米時，進行圍護樁垂直支護施工，待圍護樁施工完畢后，在分層進行下部土方開挖，同時進行樁間網噴施工及鋼支撐架設。直至開挖至基坑底部并進行人工進行清底、灰土換填。排水設施隨施工進展同步進行。

5.明溝在基坑降水施工中的輔助應用。明溝又叫排水溝，是一種排水渠道，主要分為基坑周邊排水溝和基坑底部明溝。一方面用來防止坑內排出的水和地面雨水倒流、回滲坑內，另一方面用以排除地下水，降低地下水位。

排水明溝技術施工順序包括放線定位、溝槽開挖、基礎處理、明溝墊層施工、溝壁砌筑及抹灰等工序。①放線定位。按明溝排水系統設計方案對現場進行測量放樣。②溝槽開挖。開挖溝槽和人工清平溝槽。本車站主體結構為分段施工，溝槽開挖根據主體施工進度，考慮明溝排水出口的前提下，分段進行施工，明溝開挖的寬度1米，深度60厘米，砌筑抹灰完成后，排水溝凈尺寸為50厘米×50厘米，沿基坑開挖方向設置0.2%～0.3%的縱向坡度，在并在施工段的外端設置2米×2米×2米的集水井，以便滿足地表明水的的匯集和水體抽排。③基礎處理。溝槽開挖平整后，對溝底30厘米范圍采用28灰土處理，并對基槽底部及灰土換填采用蛙式打夯機進行夯實，確保基底穩定，避免因地表下沉引起排水溝內水體下滲。④排水溝墊層施工。排水明溝底部設置C15混凝土墊層，沿基坑開挖方向設置0.2%～0.3%的坡度，以便于排水。坡頂硬化寬度不小于6米，沿基坑頂部設置擋水墻攔截地表水。⑤砌筑及抹灰。按明溝排水系統設計要求，排水溝側壁采用240實心磚墻，內側采用M5水泥（內摻防水粉）抹平、收光。最后在溝頂安裝成品雨水蓋板。

采用明溝排水技術，做為基坑排水施工的一項重要輔助措施，需結合項目自身特點，合理選用合適的布置方式、確定相應形式、設計合理容量與規模。在本車站工程實例中，排水明溝分別設置于基坑頂部與基底結構外側，設置部位地層較為密實，降低因溝底沉降帶來的不利影響；集水井的大小充分考慮到匯水區域面積及匯水量，水泵的功率設置結合基坑內外揚程不同，分別設置，同時在基坑內采用一用一備的水泵設置、布置自動檢測裝置，大大提升了排水效率，同時保證的基坑安全。地鐵施工的特殊性，結構施工分段進行，在明溝排水系統施工過程中，需充分考慮施工區域內排水設施及排水出口的合理布置，同時在后續排水中，充分考慮排水溝及集水井的回填處理工作。

三、結語

深基坑排水技術是深基坑工程施工的一項重要工藝。對基坑排水、基坑安全具有重要意義，同時排水效果的好壞，對地基處理、防水施工等工序提供了重要保障，對結構工程施工的順利進行也起到重要的支撐作用。采用明溝排水技術作為基坑排水的輔助措施，解決了地表水（基坑內外）的及時外派，提升了排水效果，有效的阻止了地表水下滲、地表水倒灌基坑對基坑施工安全造成的影響，保證了工程的順利實施，是深基坑工程施工的重要保障。

（作者單位：西安市地下鐵道有限責任公司）