基坑降排水方案變更在泵站施工中的應用

劉永飛 LIU Yong-fei；李金麗 LI Jin-li

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450000）

0 引言

隨著國家經濟的發展，規劃了一批引水調水工程，進而建設了一批泵站樞紐。泵站施工往往具有開挖難、降排水難、對周圍環境影響大等特點，尤其是基坑降排水直接決定了基坑工程質量好壞和后續主體工程能否干地施工，對基坑工程的造價和安全也具有較大影響，已成為泵站施工的一項重、難點，因此加強對基坑降排水施工技術管理和風險控制，具有十分重要的社會經濟效益。本文以安徽省某跨流域調水項目為例，對基坑降排水方案變更在泵站施工中的應用進行了分析。

1 工程概況

該跨流域調水項目包括兩座設計調水流量80m3/s 的泵站，分別為南站、北站，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2017）相關規定，確定南站、北站主要建筑物為1 級，設計洪水標準為100 年一遇，校核洪水標準為300 年一遇。該項目承擔著水利工程優質（大禹）獎或安徽省建設工程“黃山杯獎”（省優質工程）的創優任務，其施工具有極高要求和重要意義。

2 水文地質情況

根據招標文件顯示，南站站址區地下水主要以孔隙潛水和孔隙承壓水為主。孔隙潛水主要賦存于上部粘性土層中，孔隙承壓水賦存于粉細砂層中，中等透水性，滲透變形為管涌型。地下水主要接受河水和大氣降水補給，隨季節變化明顯，汛期河水位高，地下水向遠離河流方向運動，枯水期則反之。勘察期間測得鉆孔綜合水位在20.16～21.00m。站區附近地面高程16.86～21.57m，站址區穩定地下水位埋深為-4.14～0.57m。

北站站址區地下水主要以孔隙潛水和孔隙承壓水為主。孔隙潛水主要賦存于上部粘性土層中，孔隙承壓水賦存于粉細砂層中（層底高程7.26 ～10.30m、-14.55 ～-12.50m）。地下水主要接受河水和大氣降水補給，隨季節變化明顯，汛期河水位高，地下水向遠離河流方向運動，枯水期則反之。勘察期間測得鉆孔綜合水位在20.25～21.59m。站區附近地面高程24.5m，站址區穩定地下水位埋深為2.91～4.25m。

3 基坑降排水方案初擬

南站主泵房建基面高程約為6.4m，基礎主要位于粉細砂層上（層底高程9.16～-3.15m），該層呈中密～密實狀態，中等透水性。施工期河道水位20.5m，基坑最大水頭14.1m。南站基坑降排水方案布置見圖1。北站主泵房建基面高程約為10m，基礎主要位于粉細砂層上（層底高程7.26～10.30m），該層呈中密～密實狀態，夾砂壤土，中等透水性，地下水補給充沛。北站基坑降排水方案布置見圖2。

圖2 北站基坑降排水方案布置示意圖

由于地下水位較淺，本著“先降水、后開挖”的原則，根據招標文件技術條款和工程量清單要求，項目部擬采用截滲圍封為主、深井降水為輔的方式進行基坑降排水。泵站下部砂層較密實，采用三軸水泥攪拌樁截滲墻，樁徑850@600mm，墻底深入相對不透水層不小于2.0m。基坑降水為封閉式，根據規范要求與經驗，擬按照240m2/口進行布井，降水井采用管徑360 的水泥無砂管作為井管，外包60 目尼龍濾網布；泥孔徑500；濾料使用中粗砂，每口井投料頂面到地面的距離為3m。

根據基坑面積和單井有效疏干面積計算，南站和北站三軸攪拌樁和降水井工程量如表1。

表1 南站和北站三軸攪拌樁和降水井工程量

4 方案的變更

根據技術方案，南站三軸攪拌樁基坑圍封工程量為760*22=16720m2，北站基坑圍封工程量為420*18=7560m2，合計工程量24280m2。通過與中國水電基礎局有限公司、鄭州一建集團有限公司等多家行業內知名的基礎施工單位溝通詢價，分包單價預計108 元/m2（含樁機進場、就位、鉆進、提鉆、噴漿、成樁、配合第三方檢測及挖機、吊車等大中型機械費用，不含水泥及施工用電）。由于此時項目部供電設施尚未建設，施工所需灰漿攪拌機、泥漿泵、注漿泵等設備需配置50kW 柴油發電機進行供電。經計算，三軸攪拌樁基坑圍封所需成本如表2。

表2 三軸攪拌樁基坑圍封所需成本

方案在進行項目會審時，筆者注意到三軸攪拌樁基坑圍封在合同清單中為總價措施項目：“2.4 北站、南站基坑圍封”，合同價為229715.14 元，總價分解表顯示工程量僅為2406.15m2。

若按此方案進行施工，合同工程量與實際施工工程量相差太大，施工成本太高，與合同價相比此方案虧損644.22 萬元；且三軸攪拌樁施工完成需要28 天以后才可以啟動基坑內降水施工，對工期影響也較大。筆者提出疑問，在滿足技術要求的前提下，是否存在方案變更甚至取消該方案的可能，進而降低虧損、縮短工期。項目部領導對此高度重視，及時將相關數據向公司進行了匯報，公司派出專家組先后兩次到項目現場查勘地質、進行降水方案論證，通過對基底抗突涌穩定性進行分析，重新計算基坑降水總涌水量、降水井數量和深度，大膽提出取消三軸攪拌樁基坑圍封施工，改用深井降水。降水井采用管徑400mm無砂管，外包100 目尼龍濾網，濾料使用中粗砂，每口井投料頂面到地面距離4m。

以北站為例，基坑底板抗突涌穩定條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應大于承壓水的頂托力，即：

式中：Kh-突涌穩定安全系數，Kh本次按1.1 考慮；D-承壓含水層頂面至坑底的土層厚度（m），D=Ha-Hb；γ-承壓含水層頂面至坑底土層的天然重度（kN/m3）；對多層土，取按土層厚度加權的平均天然重度（kN/m3），根據地勘資料取20.1kN/m3；hw-承壓含水層頂面的壓力水頭高度（m），為承壓水位至承壓含水層頂板距離，根據地勘資料，取承壓含水層初始水位標高21.00m；γw-水的重度（10kN/m3）；Ha-基坑開挖底板高程（m），9.95m；Hb-含水層頂板高程（m），為-9.42m。

滿足抗突涌穩定性驗算要求，無需對粉細砂承壓含水層進行減壓降水。

涌水量預估：根據本工程特征及水文地質特征，基坑總涌水量可根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）所提供的潛水完整井公式簡化計算：

式中：Q-基坑降水總涌水量（m3/d）；K-滲透系數（m/d），12m/d；H-潛水含水層厚度（m），北站H 取19m，南站H取24.6m；S-水位降深（m）；R-降水影響半徑（m）；r0-基坑等效半徑（m）；l-過濾器進水部分長度（m）。

隨后依據《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012 計算單井涌水量，結合《建筑與市政工程地下水控制技術規范》（JGJ 111-2016）相關公式，考慮安全備用系數和相鄰段降水井抽水的相互影響，確定北站降水井51 口，井深24m。南站與此相同，確定降水井42 口，井深26m。

2019 年11 月17 日，項目部編制完成專項施工方案進行第一次專家評審時，與會專家對深井降水方案提出了否定，并要求按合同文件要求采用截滲圍封為主、深井降水為輔的方式進行基坑降排水。會后項目部技術人員通過現場抽水試驗驗證了深井降水方案可行，同時筆者注意到招標文件在要求采取基坑圍封的同時，黑體字加粗“上述泵站基坑圍封措施僅供參考，承包人應自行調查并制定方案”，進一步為項目部進行方案變更降低了難度。12 月13日，第二次專家評審，終于順利通過了項目部完善后的取消三軸攪拌樁基坑圍封，替代以深井降水的專項施工方案。（表3）

表3 降排水方案變更前后費用對比

2019 年12 月25 日，項目部在基坑已施工降水井的基礎上進行了群井抽水試驗，選用5.5kW 水泵對南站20口降水井抽水4320min、北站28 口降水井抽水2880min，進一步驗證了該降水方案可行。截止目前，兩站基坑開挖已完成，達到預期的降排水效果，有效縮短了基坑施工工期近2 個月，節省成本607.97 萬元。

5 小結

隨著我國水利行業的發展，泵站已成為重要板塊。基坑降排水是泵站工程施工的重點，降排水施工質量好壞是后期泵站工程是否可以安全履約、優質履約的關鍵，在技術可行的前提下，必須考慮經濟成本，爭取實現質量和成本共贏。本文以工程承包商的立場，選取安徽省某跨流域調水項目的兩座泵站基坑降排水方案為研究對象，通過降排水專項施工方案變更前后的對比分析論證，梳理出一些泵站降排水施工的經驗，供行業參考。