基坑開挖支護工程中降排水技術要點分析
——以某高校工科大樓建設項目為實例

汪 蘇 汪曉嵩

（福州職業技術學院，福建 福州 350018）

0 引言

基坑支護是在土方開挖期間為保證基坑周邊環境和地下結構施工安全，對基坑側壁及周圍地層土體進行支護、加固和保護的措施。基坑工程涉及面廣，其維護結構的穩定性受工程地質條件和周邊環境條件的影響較大。有研究表明，95%的基坑事故都與降水排水的問題有關。所以基坑降水排水是基坑支護及土方開挖施工的關鍵。本文以福建省某高校工科大樓基坑開挖工程為具體實例，闡述降排水的施工技術要點及其在基坑工程中的重要性。

1 工程與地質概況

1.1 工程概況

福建省某高校工科實訓大樓負一層設置地下室。地下室計容建筑面積6202.31m2，地下停車位141個。工科實訓大樓地形稍有起伏，局部起伏較大，西南高東北低，大樓北側為道路及已建教學樓（道路寬約12.8m），基坑離北側道路約4m，道路南側靠近擬建場地段埋設有消防管線、通信電線、電纜等；大樓西側為操場，操場和擬建場地間設有鐵柵欄，柵欄附近從南至北下部埋設有高壓線纜，基坑離西側地下管線約10m；大樓南側為空地及圍墻；東側為項目部辦公區，基坑離辦公區約20m。

該工程設2臺塔吊，1臺在基坑內部，離基坑底邊線最近距離約28m；1臺塔吊在基坑邊，離基坑頂邊線最近距離約2m。塔吊基礎型式采用灌注樁+混凝土承臺形式。該工程樁基采用鋼筋混凝土泥漿護壁沖孔灌注樁。灌注樁樁身混凝土等級為C35。樁徑為Φ700、Φ800、Φ 1000、Φ1300，樁數230根。

1.2 地質概況

根據地質勘察報告，在勘探深度范圍內場地地層自上而下依次可分為：雜填土①、淤泥②、粉質黏土③、卵石④、殘積黏性土⑤、全風化花崗巖⑥、全風化輝綠巖⑥1、砂土狀強風化花崗巖⑦、砂土狀強風化輝綠巖⑦1、破碎的強風化花崗巖⑧、破碎的強風化輝綠巖⑧1、中等風化花崗巖⑨、中等風化輝綠巖⑨1等。該工程基坑開挖深度內的主要土層為雜填土①、粉質黏土③和卵石④。

研究區地下水類型主要為第四紀上層孔隙潛水和孔隙承壓水。雜填土①為強透水層，富水性較差，水量較小；淤泥②、粉質黏土③、殘積黏性土⑤、全風化輝綠巖⑥1、全風化花崗巖⑥、砂土狀強風化輝綠巖⑦1和砂土狀強風化花崗巖⑦均為弱透水層，富水性較弱；卵石④為強透水層，透水性與富水性較好，水量較大；碎塊狀強風化輝綠巖⑧1和碎塊狀強風化花崗巖⑧為中等透水層，中風化輝綠巖⑨1與中風化花崗巖⑨為弱～中等透水層，富水性受裂隙發育情況影響。場地中不存在對地下水的污染源。

根據水文地質報告，孔隙潛水主要是賦存于卵石層④中，卵石④為強透水層，透水性與富水性較好，水量較大，水的流向總體由南往北徑流，大氣降水和地表水是主要的供應來源。干式鉆井在地下水位以上進行，直到觀測到初始水位為止。勘察時測得的初始水位埋深為1.40～4.30m（標高為4.65～5.51m），穩定水位埋深為1.80～4.90m（標高為5.15～6.09m），地下水位受溪源江江水水位及季節影響較大。根據該區域的水文地質資料及擬建場地的地質情況，估計地下水位年變化幅度一般0.50～1.00m，近3～5年地下水變化幅度為1.00～3.00m，近3～5年地下水最高水位標高約為6.50m。本場地地下水與北側河流（溪緣江）聯系密切，相互補給，雨季降水及河流水位對場地內地下水影響較大。

裂隙水主要賦存于基巖風化層裂隙中，具有承壓性，與上覆地層卵石中承壓水聯系密切，隨巖性及風化程度的不同，富水性不一，該巖層地下水的賦存與基層裂縫發育程度、裂縫面特征及其連通性相關，總體水量不大。接受賦存于上覆地層內的水體及側向補給，一般從地勢高往地勢低排泄，水位受季節影響較小。對風化巖中的孔隙裂隙水進行地下水位測量，該層水位埋深30.90～36.50m。因此從地下水的埋藏中分析，第四系潛水主要補給來源于大氣降水及北側溪源江的側向補給，局部相對隔水層缺失，因此該場地潛水、承壓水與基巖裂隙水具有水力聯系，相互補給。

根據擬建場地周圍的地質調查，場地地下水總體為向北面的低處徑流排泄。考慮到地下水的排泄路徑和條件可能會隨著周邊場地回填整平及建筑物的施工而改變，一旦排泄路徑受阻，會造成池塘儲水現象的發生，因此工科大樓的降水排水方案應綜合透水層、災害性氣候的內澇問題、周邊道路、規劃道路標高及溪源江的防洪水位等因素考慮。

2 基坑支護及土方開挖方案選擇

依據現場的實際情況和地質勘查報告，工科大樓基坑開挖支護方案如下：基坑開挖深度約為5.50m，基坑總周長約455.82m，面積約7446.5m2。基坑設計使用期限為1年，安全等級為二級。在開挖基坑前遷移了場地南側的消防管線、通信電線、電纜等。該工程基坑均為集水坑，根據該場地的地質、水文條件、周邊條件，設計主要采用放坡掛網噴射混凝土、灌注樁懸臂支護。前者放坡坡面和樁間均采用C20噴射混凝土護面，土釘墻及放坡護面厚60mm，內掛Φ6.5@250×250 鋼筋網。樁間止水面板厚100mm，內掛Φ8@150×150 鋼筋網。支護樁采用灌注樁加冠梁支護，支護樁為鉆孔灌注樁，樁徑Φ 800，長度L=12m，間距@1500mm。冠梁GL1200×800mm，混凝土強度等級為C30。

施工中，在圍護樁、冠梁混凝土強度達100%設計強度后，方可土方開挖。土方開挖采用分層分段均勻開挖，嚴禁超挖，原則上開挖至坑底設計標高。土方開挖必須嚴格按照施工組織中的開挖順序進行，嚴禁隨意開挖，保證支護結構的穩定性及土體的受力平衡。

3 基坑降排水方案比選及實施要點

3.1 基坑降排水方案比選

工程中常用的基坑降排水方案主要有明溝結合集水井降水法和井點降水法，具體采用何種方法要根據工程地質情況和現場地理位置情況確定。該高校范圍內其他教學樓和宿舍樓地質情況良好，無地下室，因此在施工時適用于明溝結合集水井降水法，可以快速清除地下潛水和地表降水。而該校工科大樓項目靠近溪源江畔，地理位置狹長，又有地下室開挖，顯然單純的明溝排水已不能滿足降水要求。因此通過方案比選，采用地表水用排水溝和集水井的方式排水，地下水布置管井降水井的方案。施工中沿基坑外圍布置排水集管，收集各降水井排出的地下水，再由集管匯總排入市政管道。排水集管可采用大直徑雙壁波紋管、排水溝等，并保證其流量滿足基坑總進水要求。降水井在基坑施工開挖前24h進行抽水，控制水位降至基坑坑底以下0.5m，應在地下室回填后停止抽水。

3.2 降排水方案的施工組織

該工程在基坑頂和基坑底四周設置一道排水溝截面尺寸為300mm×300mm，在基坑頂和坑底每隔30m及四角設置集水井。集水井尺寸為600mm×600mm×800mm，排水溝坡度不宜小于0.5%。施工順序：放線→排水溝土方→混凝土墊層→水泥磚砌筑→水泥砂漿抹面。坑內采用管井降水井，應保證水位在基坑底以下不小于0.5m。共布置37口降水管井，井深約14m。單井出水量約120m3/d，離心泵電機功率采用3000W。基坑平面圖如圖1所示。

圖1 基坑平面布置圖

3.3 實施降排水技術時的注意事項

基坑在施工過程中產生的地面沉降是由開挖和降水兩部分工序共同引起的。開挖引起的土壤應力釋放與降水引起的張力變化打破了土層的原始應力形式，重新分布了土層的應力，造成土壤顆粒的松散變形，進一步誘發地面沉降的發生，并對施工區域附近的建筑物和地下管道的安全構成嚴重威脅[1]。同時，由于土層性質、基坑擋土結構剛度、地下水位等因素影響，不同施工環境下地表沉降形式存在較大差異。因此要確保地基的穩定性，需要在做好基坑開挖支護的同時，做好降排水的施工組織措施。降水井剖面如圖2所示。

圖2 降水井剖面圖

（1）當基坑開挖過程中發現側壁漏水時，應立即停止開挖，并采用砂土回填，直到采取以下有效措施止水后方可繼續開挖：

①支護結構滲水。在滲水量小、不影響施工或周圍環境的情況下，采用坑底排水溝；可采用注水泥漿封堵滲水量大的情況，但不帶出流砂，其施工困難，對周邊影響不大。

②支撐結構漏水。如漏水點水壓不高，應將管道埋地用堵漏王封堵，待滲漏處周圍堵漏王強度達到要求后再進行封堵；如果泄漏位置埋深較大，則在支撐結構后面采用壓實灌漿方法使其封堵泄漏。灌漿漿液中應滲透適量水玻璃，使其盡快凝固，也可采用高壓噴射灌漿法[2]。

（2）降水時應減緩降水速度，均勻出水，以降低地下水對含水層的潛能作用[3]。

（3）在降水井管與建筑物、管道、道路之間設置回灌井點時，需不斷地給該處的地下水補水，讓降水井點的影響半徑控制在回灌井點的范圍內，以防回灌井點外建筑物的地下水流失，保持地下水位不變[4]。

（4）后澆帶是地下室降水過程中的最后一道防線，注意后澆帶雜質清理干凈后方可澆筑混凝土，檢查降水結束拔除中點管的孔洞必須立即用砂土填實。

4 降排水技術在基坑工程中的應用效果

工科大樓基坑工程施工過程中歷經了5、6月份的強降雨天氣，連續2個月陰雨不斷，溪源江水位上漲，這2個月的降雨量超過了歷史同期水平。該工程抽水時間從2022年5月6日至2023年1月31日。25臺抽水泵，每天工作時間24h，每臺泵抽水量約18～20t/d，總抽水量達12萬t。施工中采取了一系列措施保證了邊坡土體的穩定性。

（1）持續降雨增加了邊坡土體的土壓力和含水量，降低了凝聚力和抗剪強度，從而增加了土體在滑動面內的滑動力，對邊坡穩定性造成不利影響[5]。因此邊坡采用放坡掛網噴射混凝土支護，支護樁采用鉆孔灌注樁加冠梁，保證了邊坡雨季施工的穩定性。

（2）持續不斷的降雨導致基坑開挖部分區域積水，需進行大面積降水。基坑大面積抽水會逐步影響土層及土體的應力變化。降水較大時，基坑周圍土體會形成降水漏斗曲線[6]。在這個范圍內，建筑物發生額外變形，導致相鄰建筑物、管道和道路開裂和下沉。因此，雨天施工時，基坑應分段開挖，挖好一段澆筑一段墊層，并在基坑底部外側和邊坡頂面四周開挖環形排水溝和集水井，以防止地面雨水流入基坑或積水，并及時抽排水[7]。根據基坑平面形狀，該工程采用管井式降水井，根據地下水流向及含水層滲透系數布置37口降水管井，井深約14m。降水過程中點井連續運轉，盡可能避免間歇和反復抽水，以降低在降水期間引發地面沉降量。

（3）充分估計到降水可能產生的不利影響。降水工程是一項關于巖石、土壤和儲存地下水為對象的復雜巖土工程，必須嚴格遵循巖土工程勘察、設計、施工的規范操作和監測程序進行。該工程降水排水方案設計時，充分估計到了可能產生的不利影響，并采取了預防措施。必須提醒的是，在降水過程中，應通過第三方進行實時沉降監測，制定預防措施，出現問題應立即整改處理。

5 結束語

該工程毗鄰北側河流溪源江，場地內地下水位受降雨量及溪源江水位漲幅影響較大。基坑開挖前，要進行專家論證降水排水施工組織設計，優化方案，采用排和降相結合的原則和先進的降水技術，減少對基坑周邊的擾動和環境的影響。基坑雨水等地表水，應結合設置截水溝和集水井，實現集水井和明溝排水的有效排水；對于基坑內的地下水，設置管井進行降水。同時，坑外設置地下水位觀測井，實時監測降水量。這些舉措使得工科大樓建設項目順利度過該地區長達2個月的強降雨天氣，很好地保證了基坑邊坡和支護結構的穩定性，為工程順利進行奠定了基礎。