深基坑降水施工技术分析

徐英威

【摘要】本文以福州市轨道交通1号线三叉街地铁站深基坑降水工程为例，重点说明深基坑降水方案设计、成井施工工艺、降水运行，总结降水施工时应考虑的因素，以供日后类似工程参考。

【关键词】三叉街地铁站；深基坑；降水；施工工艺

1.工程概况

福州市轨道交通1号线工程是福州市主城区内轨道交通南北向的主干线。三叉街站位于六一南路与三叉街斜相交十字路口的南侧，沿六一南路南北向布置。六一南路为城市主干道，宽32m，现状为双向四车道，车流繁忙。车站两侧均为建筑物，以居民住宅楼为主，东侧多为新建多层、高层居民楼，西侧主要为2～3层砖混住宅楼，道路两侧地下管线较多。

三叉街站主體结构尺寸：长约483.5m，标准段宽约23.2～35.5m，覆土厚约3.05～4.75m。主体结构围护形式采用钻孔灌注桩加桩间旋喷桩止水（三重管），标准段基坑开挖深度约16.65m，北端头井开挖深度约18m，南端头井开挖深度约17.72m，换乘段开挖深度约25.1m。

围护采用φ900@1000钻孔灌注桩加φ800旋喷桩间止水，深约26.2～29.8m；换乘段结构围护采用φ1000加φ800地下连续墙围护，墙深32.8m。基坑设头道钢筋砼支撑，标准段加设2道钢支撑，端头井加设3道钢支撑，换乘段设置3道钢筋砼支撑加两道钢支撑。

2工程地质条件

根据场地工程地质勘察资料， 场地主要地基土物理力学性质指标及承载力参数建议值见表1；场地典型地质剖面见图1。

3.降水施工特点分析

3.1施工难度大

此车站结构狭长，位于主要交通枢纽，且距离建筑物较近，交叉位置很难形成封闭的区域，施工难度大。

3.2风险因素多

地质条件复杂，降水工程应配合主体施工，降水周期时间长，风险因素多，每个因素出现纰漏都可能导致降水环节失效甚至整个工程的失败。

3.3技术要求高

车站两侧均为建筑物，以居民住宅楼为主，东侧多为新建多层、高层居民楼，西侧主要为2～3层砖混住宅楼，道路两侧地下管线较多。而降水井位布置又受到场地、管线的限制，施工技术要求较高。

3.4工期压力大

站厅两端盾构段需为区间盾构提供接收或始发条件，工期压力大，因此，及时达到设计基坑降水效果是确保安全、高效、如期的完成此项工程的前提。

4.降水方案设计

4.1降水设计思路

基坑开挖范围内的土层主要有①1杂填土、？a粘土、？c残积砾质粘性土、？全风化花岗岩（换乘段）；开挖面位于？c残积砾质粘性土、？全风化花岗岩（换乘段）中。在本工程中，场地内的地层分布有较大起伏，但基坑围护绝大部位已深入至风化花岗岩中，起到了很好的隔水效果，本次设计考虑将开挖范围内的、风化岩以上土层一并作疏干处理。综合考虑基坑开挖深度、围护深度、及地层情况，分别设计不同的降水井井深。降水井至？全风化花岗岩层，井深至开挖面以下约1.0m，部分区域下覆土层为较厚的？c残积砾质粘性土层的，井深深至开挖面以下5～6m。

4.2降水井设计

4.2.1降水井数量

参照有关标准及规范，结合本工程实际情况，本次降水工程降水井单井有效抽水面积a井取200m2。

4.2.2基坑涌水量计算

4.3疏干井深度

根据设计思路，降水井对开挖范围内的土层进行疏干降水，开挖面位于风化岩中的，井深至开挖面以下约1.0m；开挖面位于下覆土层较厚的？c残积砾质粘性土层的，井深至开挖面以下5～6m。

故实际本工程设计降水井深度为10.0m、14.0m、18.0m、20.0m、22.0m、25.0m、26.00m，28.00m。

为加强开挖土层内的疏干降水效果，考虑将基坑内降水井均采取不割管处理，靠近混凝土支撑搭设辅助管理平台。

4.4降水井数量

本工程降水井数量见表3。

4.5降水井结构设计

4.5.1设计要求

井口高度：井口应高于地表以上0.20～0.50m，以防止地表污水渗入井内；围填滤料：滤料填至地面以下3.00m；粘土封孔：在滤料围填面以上采用粘土填至地表并夯实，并做好井口管外的封闭工作。

4.5.2管井构造

井壁管：本工程中降水井管材采用钢管，降水井井壁管直径均为φ273mm，壁厚为4.0mm。过滤器（滤水管）：滤水管的直径与井壁管的直径应相同，滤水管外包裹缠丝。沉淀管：底部搭接1.00m沉淀管，防止井内沉砂堵塞而影响进水；沉淀管底口用铁板封死。

4.6降水运行管理

4.6.1抽水试验

降水井在先期完成4～5口井后，安装排水网络，进行群井抽水试验。抽水后观测出水量和水位的降深度，以达到试验的目的：

（1）核实设计时取用的水文地质参数，包括承压含水层的渗透系数K、导水系数T、储水系数和越流因数B。

（2）确定单井出水量和单井最大水位降深。

（3）检验降水效果，为降水设计提供依据。

（4）预测出水量、时间、降深等之间的关系，指导降水运行。

4.6.2降水运行

⑴降水井一般应施工一口，投入运行一口。根据降水的情况，在实际运行过程中选择布设有代表性部位的降水井不定期停抽24h用于观测降水效果。

⑵水位观测：降水井水位可根据需求于相应工程部位内停抽1～2口降水井24h以观测水位，水位观测结束后停抽水的疏干井可继续抽水。

⑶用电保障：对于工程降水，在正常的降水运行过程中，必须有合理的用电保障已满足降水运行的需求。施工现场有两路施工用电，降水运行中应保证一路施工用电停电后另一路施工用电能及时使用，保证停电10分钟内（具体根据抽水试验确定）能将确保降水井正常运转，避免影响降水效果甚至危害基坑安全。

⑷排水设施：工程降水抽取地下水，减少基坑开挖范围内土体中含水量或降低承压含水层承压水压力，这就要求施工现场必须有合适的排水设施已满足工程降水的需求，确保降水运行排水的顺畅，保障降水效果。

5降水井成井施工工艺

5.1施工工艺流程

5.2测放井位

根据设计图纸及总包方确定无误的井位测放井位，井位测放完毕后应做好井位标记，方便后期施工。若布设井位无法正常施工，应及时沟通、处理，必要时适当调整井位。

5.3埋设护口管

埋设护口管时，护口管底口应插入原状土层中，管外应用粘性土或草辫子封严，防止施工时管外返浆，护口管上部应高出地面0.10m～0.30m。

5.4安装钻机

安装钻机时，为了保证孔的垂直度，机台应安装稳固水平，大钩对准孔中心，大钩、转盘与孔的中心三点成一线，严把开孔关，钻头与钻杆连接处带两根钻铤，并且，弯曲的钻杆不得下入孔内。

5.5成井施工

降水井施工机械设备选用GPS-10型工程钻机及其配套设备。成孔时采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺。

5.5.1钻进成孔

上部钻进采用轻压慢转，钻压为15～35KN，转速20～50rpm。成孔施工采用孔内自然造浆，钻进过程中泥浆密度控制在1.10～1.15，当提升钻具或停工时，孔内必须压满泥浆，以防止孔壁坍塌。泥浆循环宜在泥浆池中进行循环，在现场不具备泥浆池的条件下，可考虑在基坑中开挖一个小泥浆池进行泥浆循环。

5.5.2清孔换浆

钻孔钻进至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m，进行冲孔清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.10，孔底沉淤小于30cm，返出的泥浆内不含泥块为止。使用完后的泥浆通过泥浆箱运出场地进行处理。

5.5.3下井管

井管进场后，应检查过滤器的缝隙是否符合设计要求。首先必须测量孔深，并对井管滤水管逐根丈量、记录。封堵沉淀管底部，为保证沉淀管底部封堵牢靠，下部封堵铁板不小于6mm。

其次，要检查井管焊接，井管焊接接头处应采用套接型，套接接箍长20mm，套入上下井管各10mm；套管接箍与井管焊接焊牢、焊缝均匀，无砂眼，焊缝堆高不小于6mm。检查完毕后开始下井管，下管时为保证滤水管居中，在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径5cm的扶正器（找正器），扶正器采用梯形铁环，上下部扶正器铁环应1/2错开，不在同一直线上。

5.5.4围填滤料

填滤料前在井管内下入钻杆至离孔底0.30m～0.50m，井管上口应加闷头密封后，从钻杆内泵送泥浆进行边冲孔边逐步调浆使孔内的泥浆从滤水管内向外由井管与孔壁的环状间隙内返浆，使孔内的泥浆密度逐步调到1.05，然后开小泵量按井的构造设计要求填入滤料，并随填随测滤料的高度，直至滤料下至预定位置。填滤料时，根据孔口返水情况调整泵量。填滤料过程中要跟踪滤料上返高度。

6降水引起的地面沉降分析与控制

因深部降压所引起的地面沉降包括三部分：（1）瞬时沉降；（2）固结沉降；（3）因土体流变所产生的次固结沉降。由于次固结沉降一般在主固结完成后才明显显现，且要求荷载作用时间较长，因此，本计算主要考虑主固结沉降，按照中华人民共和国国家标准《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）中推薦的分层总和法进行。按照该规范，因地下水下降引起的土层附加荷载，可按下式计算：

根据上述预测结果，减压降水运行后后，降水引起的基坑外地面沉降约为10mm～15.0mm。

7.结语

通过以上的监测手段，在整个地铁车站基坑施工过程及后期的观测中，未发生基坑坑底隆起和管涌等事故；未发现因深井井点降水引起邻近的建筑物出现过大变形和沉降及邻近的道路路面出现沉降和管路变形等现象，并且工程在造价在预算的范围内，该工程采用深井井点与明排水相结合的方法进行深基坑的江水降水完全达到了预期的目的。

参考文献：

[1]《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99.

[2]《建筑与市政降水工程技术规范》JGJ/T111-98.