復雜水文地質條件下泵站基坑支護和降水方案設計變更案例分析

周喜武 胡繼成 張 維 吳培強 蔡 雷

（1.江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司 南京 210029 2.宿遷市水利局 宿遷 223800 3.江蘇省水利工程建設局 南京 210029）

1 工程概況及水文地質條件

1.1 工程概況

該泵站位于江蘇省某市京杭運河旁，為某大型灌區水源泵站，原址拆除重建，泵站設計引水流量30m3/s，安裝4 臺套潛水軸流泵，泵室采用鋼筋混凝土塊基型結構，泵站基礎采用直徑0.8m 鉆孔灌注樁處理。泵站基坑開挖面積約2650m2，支護長度225m，基坑底面高程12.6m（廢黃河高程基準，下同），基坑開挖深度7.2～8.6m。基坑北側開挖外邊線距離已建辦公樓約2.0m，南側開挖外邊線距離混凝土道路1.2m，距離民房6.2m；基坑東、西側為空地。

1.2 水文地質條件

根據工程地質勘察報告，擬建泵站場地地下水類型為潛水和微承壓水，③層粉土及以上飽和土層為潛水含水層，潛水水位18.1～19.3m。

工程場地范圍自上而下分布土層為：①層人工填土，松散，主要為粉土、粉質粘土，層厚1.0～1.9m；②層粉質粘土，軟塑～可塑狀，中等干強度，層厚2.2～2.8m；③層淤泥質粉質粘土，軟塑狀，中等干強度，層厚4.6～6.2m；④層粉土，稍密，低干強度，層厚0.6～1.0m；⑤層粉土，稍密～中密，低干強度，層厚1.3～1.7m；⑥層粉質粘土，軟塑狀，中等干強度，層厚1.1～1.8m；⑦層粉質粘土，可塑狀，中等干強度，層厚2.8～3.8m；⑧層粉細砂，中密，飽和，層厚1.6～2.8m；⑨層中粗砂，中密～密實，飽和，層厚2.2～3.1m。泵站地基土層物理力學參數見表1。

表1 泵站地基土層力學參數表

2 原基坑支護及降水方案

2.1 基坑支護設計

本工程泵站基坑存在軟弱淤泥質土層，厚度4.6～6.2m；地下水位高于基坑底面約6.0m。本工程基坑的特點是地基土質差、地下水位高，基坑南、北側緊鄰道路和房屋。基坑支護方案采用“拉森鋼板樁+錨索”方案。

根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2016），泵站基坑支護結構的安全等級為二級。采用理正深基坑軟件計算，對基坑岸坡施工工況下的整體穩定、抗傾覆穩定、抗隆起進行驗算，確定基坑支護方案為：基坑南岸、北岸采用“拉森鋼板樁+錨索”支護，鋼板樁長18.0m，支護最大高度6.4m，樁頂高程19.0m。樁頂至地面范圍內邊坡采用60mm厚C20“噴混凝土+掛鋼筋網”支護。沿樁高度方向設置兩排錨索，豎向間距3.0m，橫向間距4.0m，上部錨索長度12.0m，錨固長度6.0m；下部錨索28.0m，錨固長度22.0m，如圖1、圖2 所示。

圖1 基坑支護及降水井平面布置圖（原方案）

圖2 基坑支護斷面圖（原方案）

2.2 基坑降水方案

根據水文地質資料，本工程地下水為潛水、微承壓水。潛水層主要分布在土層①至土層③中，潛水水位18.1～19.3m。地下潛水對基坑開挖影響較大，為保證基坑開挖安全、岸坡及鄰近建筑物的穩定，擬采取明溝結合管井的降排水方案，基坑明水通過周邊明溝明排，采用管井降低地下水位。根據《建筑與市政降水工程技術規范》（JGJ111-2016）結合地基土質情況、地下水位情況，計算基坑出水量，確定降水井間距、井深和直徑，具體布置為：在基坑四周均勻布置10 口降水井，直徑0.6m，井底高程7.0m。排水泵揚程不小于30m，功率不小于9kW。

2.3 基坑開挖過程中的問題及原因分析

泵站基坑開挖施工過程中，基坑南、北側邊坡出現相對滑動，南岸道路、北岸房屋出現開裂現象；基坑底西南和西北部位出現冒水現象，后通過采取增設反濾、灌注水泥漿等措施，冒水量明顯減小。

由于基坑地質條件、周邊環境的復雜性和相關計算理論的局限性，在深厚軟弱土層、較高地下水位地基中的基坑開挖支護及降排水難免會出現一些問題。經分析研究，泵站北側基坑邊坡出現相對滑動及坡頂道路、房屋開裂，主要是因為地基存在深厚淤泥質軟弱土層，加之受施工降水影響，岸坡土層沉降變形增大所致。基坑底出現冒水現象主要是因為地下水位較高，基坑實際出水量大于計算出水量，降水管井數量及深度不足所致。

3 基坑支護及降水方案設計變更

3.1 基坑支護設計變更

通過上述分析可知，原設計支護方案已不能保證基坑的安全與穩定。根據工程施工中出現的問題，經重新復核，支護方案由原設計的“拉森鋼板樁+錨索”調整為“鋼筋混凝土灌注樁+錨索”支護，灌注樁樁長19.5m，樁底高程0.5m，樁徑0.8m，樁間距1.3m，如圖3、圖4 所示；同時對北側房屋前土體采用高壓注漿進行加固，加固深度10.0m；基坑底形成的孔洞、薄弱處采取灌漿等補強措施。

圖3 基坑支護及降水井平面布置圖（變更方案）

圖4 基坑支護斷面圖（變更方案）

3.2 基坑降水設計變更

根據施工過程中基坑排水情況以及基坑內局部區域出現涌水現象，經分析判定為地下承壓水涌入基坑表面，形成了涌水通道。為控制地下水位，在現有的排水設施基礎上增設降水深井8 口，在基坑內呈梅花型布置，加大降水井深度至承壓水層下，井底高程5.0m，降水井直徑0.6m，內部放入直徑300mm 波紋管，管與井壁之間填充“瓜子片”濾料，波紋管外側設置鋼筋籠作為加固支撐；增設大功率深井排水泵，揚程不小于40m，功率不小于11kW。

為減小施工降水對岸坡沉降變形的不利影響，在基坑南、北兩岸各設置4 口降水兼回灌井，通過回灌穩定基坑兩岸地下水位，減小岸坡沉降變形。

3.3 基坑安全監測

為確保基坑及周邊環境的安全，需對基坑圍護體系和周圍環境的變形情況進行監測，使工程安全處于受控狀態，主要監測內容為：觀測圍護樁頂、道路及鄰近建筑物的水平位移及沉降；觀測基坑開挖過程中圍護樁身位移（測斜）；監測基坑外地下水位的波動情況等。

根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012），沿支護結構頂部每隔15～20m 布設一個水平位移監測點；周圍道路、建筑每隔15～20m 布設一個沉降監測點。支護結構水平位移速率≤3mm/d；位移總量≤50mm；周圍道路的沉降速率≤2mm/d，累計沉降量≤30mm。

4 結語

（1）由于基坑地質條件、周邊環境的復雜性和相關計算理論的局限性，在深厚軟弱土層、高地下水位地基中的基坑開挖支護方案設計中，應充分考慮深厚淤泥質軟弱土層及施工降水對岸坡穩定、沉降變形的影響，選擇安全可靠的支護方案，并加強基坑安全監測，確保基坑施工安全。

（2）對于承壓水位較高的基坑，基坑實際出水量可能大于計算出水量，除了在基坑周邊布置降水井以外，在基坑內部布置降水井，并加大降水井深度至承壓水層以下，可有效降低地下水位，滿足基坑開挖及施工要求。

（3）在基坑四周設置回灌井，控制地下水位，避免地下水位降低過多，可有效減小岸坡的沉降變形，減小對工程周邊建筑物的影響■