富水砂卵石地層基坑降水工程的設計與施工

袁向東

【摘? 要】深基坑降水是確保工程安全的重要工程技術措施。論文以成都地鐵4號線二期南熏大道站基坑降水工程為例，論述了基坑降水方案設計方法，得到了基坑涌水量及降水井數量。通過南熏大道站基坑降水工程實踐，效果顯著，可為成都地區富水砂卵石地層類似工程基坑降水提供技術參考。

【Abstract】Deep foundation pit dewatering is an important technical measure to ensure engineering safety. Taking the foundation pit dewatering project of Nanxun Dadao station in the second phase of Chengdu Metro Line 4 as an example， this paper discusses the design method of foundation pit dewatering scheme， and obtains the water inflow of foundation pit and the number of dewatering wells. Through the practice of foundation pit dewatering in Nanxun Dadao station， the effect is remarkable， which can provide technical reference for similar projects of foundation pit dewatering in water-rich sandy pebble stratum in Chengdu area.

【關鍵詞】富水砂卵石地層;基坑降水;設計;施工

【Keywords】water-rich sandy pebble stratum; foundation pit dewatering; design; construction

【中圖分類號】U231+.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）12-0188-03

1 工程概況

成都地鐵4號線二期工程西延線主要位于成都市溫江區與青羊區，線路全長10.923km，起于溫江大學城站，出站后沿海科路、南熏大道和光華大道，由西向東敷設至一期工程起點（公平站）。

南熏大道站位于光華大道三段與南江路交叉路口，車站全長186.6m，標準段寬度為19.9m，頂板覆土厚度為2.7～3.2m，底板埋深為16.2～17.8m，為島式車站，雙層雙跨結構。

2 工程地質及水文地質概況

2.1 地形地貌

南熏大道站地形總體較平坦，房屋分布密集。該車站位于川西成都平原岷江水系Ⅰ級階地，為侵蝕～堆積地貌，地形平坦、開闊，地面高程538.42～539.96m，絕對高差為1.54m。

2.2 巖土分層及其特征

南熏大道站場地土主要由第四系全新統人工雜填土（Q4ml），第四系全新統沖積（Q4al）粉質粘土、卵石土，第四系上更新統冰水沉積、沖積層（Q3fgl+al）砂土、卵石土組成。各層土的構成和特征分述如下：

<1-1>人工填土（Q4ml）：黃褐、灰褐等雜色，稍濕，松散～稍密，主要由砂土和卵石組成，卵石含量變化大，局部地段含混凝土碎塊等建筑垃圾。該層土均勻性差，多為欠壓密土，結構疏松，多具強度較低、壓縮性高、受壓易變形的特點。層厚1.0～3.4m。

<2-4-2>砂質粉土（Q4al）：灰、灰黃色，松散，稍濕～潮濕，呈粉粒狀、手捻呈粉末狀，呈透鏡體零星分布于地表，厚0.5～1.95m，埋深1.0～2.5m。

<2-6-1>中砂（Q4al）：褐色，潮濕，密實，由長石、石英等礦物顆粒組成，呈透鏡狀分布于卵石土中，層厚0.5m。

<2-9-1>稍密卵石土（Q4al）：青灰、灰白、灰褐色，稍密，潮濕，漂卵石含量60%～80%，余多為中砂充填，卵石粒徑一般在4～16cm，漂石含量為4%～10%，粒徑一般為20～30cm，石質以花崗巖、砂巖為主，磨圓度較好，分選性較差。層厚0.4～4.8m，本層多分布在人工填土層下，埋深1.3～3.4m。

<2-9-2>中密卵石土（Q4al）：雜色，潮濕～飽和，中密，漂卵石含量占65%～80%，卵石粒徑一般在4～15cm，余多為中砂充填，漂石含量5%～12%漂石，石質以花崗巖、砂巖等硬質巖為主。磨圓度較好，分選性較差。巖石堅硬程度分類為堅硬巖。層厚1.3～5.5m，埋深4.2～7.7m。

<2-9-3>密實卵石土（Q4al）：雜色，飽和，密實，漂卵石含量占75%～85%，其余為中砂充填，卵石粒徑一般在4～15cm，漂石量含5%～18%漂石，局部地段富集，漂石粒徑一般為20～30cm，石質以花崗巖、砂巖為主，磨圓度較好，分選性較差。巖石堅硬程度分類為較硬巖～堅硬巖。該層厚1.5～7.8m，埋深7.0～11.7m。

<3-5-2>中砂（Q3fgl+al）：灰褐、灰黃色，飽和，密實，由長石、石英等礦物顆粒組成。呈透鏡狀分布，層厚0.4～1.1m。

<3-8-3>密實卵石土（Q3fgl+al）：青灰、灰黃色，飽和，密實，漂卵石占80%～90%，卵石粒徑4～15cm，漂石含量為5%～20%，局部地段富集，粒徑多為20～30cm。主要成分為花崗巖、石英砂巖等，磨圓度較好，多呈亞圓形，部分圓形，分選性差。巖石堅硬程度分類為堅硬巖。埋深13.4～31.4m。

2.3 水文地質概況

南熏大道站地下水主要賦存于第四系全新統、上更新統卵石土中，水量豐富，含水層總厚度大于30m，主要為孔隙潛水。車站基坑范圍內卵石土層滲透系數為23～35m/d，為強透水層;砂層滲透系數為3.5～6m/d，為中等透水層。表層雜填土為弱透水層，地下水含量甚微，對工程影響較小。本車站主體結構基本位于該層砂、卵石土中，受地下水影響大。

南熏大道站地下水總的規律是水位西北高、東南低，地下水位淺，水位變幅小，隨季節性變化不明顯。根據水文地質資料，成都地區豐水期一般出現在每年7～9月份，枯水期多為每年1～3月份。豐水期地下水位埋深一般為2～3m，水位年變化幅度為2～3m。

3 降水工程設計

3.1 降水方法選擇

根據地下水類型（孔隙潛水）、基坑形狀（矩形）、降水深度及含水層構造等特點，參照《城市軌道交通巖土工程勘察規范》（GB 50307—2012） 第10.5.2條規定，南熏大道站采用管井降水[1]。

3.2 計算模型及計算參數

按照《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）的規定，南熏大道站按照均質含水層潛水非完整井計算基坑涌水量，計算模型如圖1所示。

圖1? 基坑涌水量計算模型

南熏大道站采用明挖法施工，基坑長度L=186.6m，寬度B=19.9m，所有參數均取最不利值，滲透系數k取35m/d，含水層厚度H0取30m，設計降深Sd=17.8-5+1=13.8m（車站豐水期地下水位埋深一般為5m，基坑開挖平均深度為17.8m，水位降至基底設計高程下1m），基坑中心距降水井距離S0=B/2+4=13.95m，水力坡度i取0.1，水位降深Sw=Sd+S0×0.1=15.2m，影響半徑R=2Sw=985m，過濾器進水部分長度l=5m。

3.3 降水計算

①涌水量計算

式中，Q為基坑涌水量，m3/d;k為滲透系數，取k=35m/d;hm為含水層厚度與降水后基坑內水位高度之和的1/2，取22.53m;H0為含水層厚度，按30m考慮;h為降水后基坑內水位高度，取15.06m;R為降水影響半徑，R=2Sw=985m;r0為基坑等效半徑，r0=34.4m;l為過濾器進水部分長度，取l=5m;經計算：Q=19622m3/d。

②單井出水量

式中，q0為單井出水量，m3/d;rs為過濾器半徑，取rs=0.15m;l為過濾器進水部分長度，取l=5m;k為滲透系數，取k=35m/d;經計算：q0=925m3/d。

③降水井數量

式中，n為降水井數量，口;q0為單井出水量，m3/d;Q為基坑涌水量，m3/d;經計算：n=24口。

④確定井深

降水井的深度按《建筑與市政降水工程技術規范》（JGJ/T 111—98）公式（6.3.2）計算：Hw=Hw1+Hw2=Hw3+Hw4+Hw5+Hw6

式中，Hw為降水井深度，m;Hw1為基坑深度m，取17.8m;Hw2為降水水位距設計基底開挖要求深度，取1m;Hw3為Hw3=i×r0，i為水力坡度，取0.1;r0為降水井排間距的1/2或基坑等效半徑，取值0.1×1/2×28=1.4m;Hw4為降水期間的地下水位變化幅度，取3m;Hw5為降水井過濾器工作長度，取5m;Hw6為沉砂管長度，取2.5m;經計算：Hw=30.7，取Hw=32.5m。

3.4 降水井布置情況

根據基坑涌水量和單井流量推算降水井布置情況：南熏大道站布置降水井24口，井深32.5m，盾構擴大端及車站集水井局部加深部位降水井深35m;井間距17～20m。根據車站結構及其圍護結構的特點，考慮地下結構施工操作空間及盡量避免降水井置于結構中（以免與主體結構施工發生矛盾）。因此，降水井中心距圍護結構外邊緣不小于2.5m。

4 降水井施工

4.1 施工工藝流程

降水井施工工藝流程如圖2所示。

4.2 主要施工方法

4.2.1 降水井成孔

降水井采用旋挖鉆機成孔，成孔孔徑為0.8m。鉆孔過程中每間隔1～2m檢查一次成孔垂直度。成孔后，應采用測繩下掛0.5kg重錘球檢查孔深、垂直度，核對無誤后進行清孔，將孔底淤泥、沉渣清理干凈，經驗收合格后方可進行井管的安裝[2]。

4.2.2 井管制安

降水井井管采用內徑為30cm的無砂砼管，由沉砂管、濾水管和實管組成，自井口以下0～3m使用粘土封井，3m以下至井底填充砂礫石濾料。井管下放前，濾管由外至里包裹50目尼龍網、100目尼龍網。井管安裝根據井管總長度和井管吊裝設備的起吊高度，分別采用分段制作安裝和整體制作安裝2種方式。當采用分段制作安裝時，需在孔口采用搭接焊連接，當第一節井管入孔后在孔口部位架立鋼扁擔，然后起吊第二節井管與第一節井管搭接焊連接固定，2節井管搭接接頭需相互錯開50%以上，連接完成后重新補做抱箍及纏繞濾網。井管安裝應位于井孔中心，井管下放時應豎直，2名工人在孔口扶住井管緩慢下放，避免碰撞孔井壁，安裝完成井管口應高出地面不少于20cm。

4.2.3 濾料填充

井管安裝完成后，將帶噴頭的活塞下放至井內，活塞距井底0.5m，然后使用高壓泥漿泵向井內注入清水稀釋泥漿，當泥漿相對密度達到1.06～1.08時，開始人工回填砂礫濾料。砂礫濾料應具有一定的磨圓度，濾料含泥量（包括含石粉）≤3%，粒徑5～10mm。為避免濾料下沉過程出現蓬堵架橋現象，回填速度一般為每小時5～6t，濾料實際填充量應不少于計算量的95%，距孔頂1.5m范圍內用粘土填實夯平。

4.2.4 洗井

井管埋設、濾料填充完成后應立即進行洗井，成井與洗井時間間隔不超過8h。洗井時往井內回灌清水，并用深井泵（揚程>35m）抽水洗井，直至水清砂凈，上下含水層地下水串通，洗井過程中應做好水位及出水量變化觀測。

4.2.5 井點降水及監測

降水采用9.2kW潛水泵，揚程為39m，設計流量為50m3/h。下泵前，應對水泵及排水管道螺栓封口進行檢查，查看是否漏油、漏水，同時進行試抽確保運轉正常。下泵和運轉期間，嚴禁電纜受力，應將繩索栓在水泵吊耳上，下至設計深度后將泵體懸吊固定。①降水開始前，所有抽水井、觀測井應統一編號、統一基準點、統一聯測靜止水位。②抽水開始后，在未達到設計水位降深前，應每天觀測至少2次，當達到設計水位降深且水位趨于穩定時可每天觀測1次，在雨季時應加大觀測頻次，每日應2～3次，抽出的地下水需經三級沉淀后方可排入市政管網。③降水過程中，應每3天進行含砂量測試，確保含砂量不得大于0.05%。降水期間應設置水位自動控制裝置，并配備雙電源，安排專人進行管理，及時記錄水位變化、進行抽水量監測，繪制抽水量與時間和水位降深值與時間過程曲線圖，分析地下水位下降趨勢，預估達到設計降水深度要求所需時間。根據水位、水量觀測記錄，及時發現降水過程中的不正常狀況并查明其產生的原因，提出調整、補救措施，確保達到設計降水深度。④施工期間必須加強對基坑降水的管理，以免影響基坑開挖及主體結構的正常施工，并減少降水對周邊管線及建構筑物的不利影響。

4.2.6 排水管路施工

①管路布設。南熏大道站降水井及排水溝均采用地下暗埋，井內排水管采用與水泵配套的DN80mm鋼管，降水井抽出的地下水經DN80mm鋼管排至設置于場地四周的排水溝中，排水溝尺寸為50cm×50cm。抽出的地下水經排水溝匯集至沉淀池，經沉淀池三級沉淀，含砂量符合要求后經5根DN200mm鋼管排至就近的市政雨水檢查井。②施工方法。第一，開挖管溝時，土堆底部距溝邊距離不得小于1m，管溝開挖及回填應連續進行，盡快完成。如不能及時回填，管溝兩側需采取支護措施，防止雨水流入管溝內，以免邊坡塌方或基土遭到破壞。第二，集水井、沉淀池及排水溝均采用磚砌，底部澆筑15cm厚C25混凝土基礎，側壁涂抹防水砂漿，頂部覆蓋承重鋼筋混凝土蓋板，頂面標高必須與路面齊平。三級沉淀池的長寬深為3m×2m×0.8m，沉淀池中攔水埂高度0.7m，池四周設置防護欄桿。池內懸浮物過濾篩采用鋼筋焊接而成，鋼筋間距為2.5cm;池頂防護采用Φ12鋼筋網片焊接，間距為8cm×8cm。第三，鋪設排水管。排水管采用DN80mm鋼管，經排水溝排至沉淀池，經沉淀后排入附近的雨水檢查井。

4.2.7 降水維護管理

降水期間應加強水泵運行狀況檢查維護，每天不得少于2次，重點做好水泵出水情況和工作壓力、電機電壓電流等觀測記錄，發現問題及時處理，確保水泵始終處于正常運行狀態。做好抽水設備的定期保養工作和井口防護，防止雜物掉入井內。排水管溝應及時清掏，防止堵塞、滲漏。若發生基坑滲水、涌砂等異常情況，應立即查明原因，組織處理。停電時，應立即啟動備用發電機，保證正常降水。

4.2.8 后期處理

基坑降水施工完成后，應盡快拆除水泵、電纜、泵管等，進行降水井回填。回填采用C20混凝土回填，并振搗密實。

5 結語

富水砂卵石地層基坑開挖及主體結構施工成功的關鍵在于降水方案是否科學合理。只有采用科學合理的降水施工方案，才能避免因降水問題而造成的事故，確保施工安全，保證工程進度，提高施工質量。在參建人員的共同努力下，南熏大道站基坑降水設計與施工取得了良好的效果，為車站基坑土石方開挖及主體結構施工打下良好的基礎。

【參考文獻】

【1】曹來虎.建筑工程中深基坑降水設計探討[J].工程建設與設計，2011（01）：85-87.

【2】賀細坤，唐毅輝.基坑工程中管井井點降水的應用實例[J].水文地質工程地質，2003（02）：80-82.