超深止水帷幕结合井点降水技术研究

姜荣

摘要：结合包头市多年水文资料记录及包头市立体综合交通枢纽地质勘察报告，对包头市立体综合交通枢纽工程基本概况进行分析，比选几种成熟基坑降水方法并对降水设计及施工要求做了研究，同时分析基坑监测数据，证明了基坑降水方案的可靠性、合理性和经济性。

Abstract： Combining with the records of hydrological data in Baotou City for many years and the geological survey report of the three-dimensional integrated transportation hub in Baotou City， the basic general situation of the three-dimensional comprehensive transportation hub project in Baotou City was analyzed. Several kinds of mature foundation pit dewatering methods were selected and the design and construction requirements for precipitation were made. The monitoring data of the foundation pits was analyzed at the same time the reliability， rationality and economy of the foundation pit dewatering scheme was proved.

关键词：基坑降水；方案；止水帷幕；施工

Key words： foundation pit dewatering；scheme；waterproof curtain；construction

中图分类号：TU46+3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0133-03

1 工程概况

1.1 基本概况

包头市立体综合交通枢纽工程位于包头市东河区二里半机场与拟建高铁包西线（呼包银线）机场高铁站之间；二里半机场航站楼以北，嘎腊木路以西，西河东路以东，南海路以南，横跨机场高速路，交通十分便利。工程总占地面积321500m2，其中交通中心工程总建筑面积135000m2，其中，①交通中心总建筑面积13.5万m2，其中地上面积3.8万m2，地下面积9.7万m2（不含地铁配套工程面积）。②机场高速路下立交工程为双向四车道，总长度754m，宽度22m，总面积17820m2；③预留配套地铁工程一期范围与本工程整体共建，面积为2.82万m2。基坑采用整体明挖顺作法施工，总开挖面积约为7.5万m2。交通中心基坑开挖深度均为13.75m；地铁基坑开挖深度16.81～17.31m，下立交基坑开挖深度0～16.8m。

1.2 周边环境

包头市立体综合交通枢纽基坑东侧为东河园林广场，西侧为正在生产经营的包头中药厂，厂房尚未拆迁，距离基坑仅10m；南侧为包头机场，机场高架桥距离基坑22m、机场航站楼距离基坑46m、机场跑道距离基坑550m；北侧为包头市粮库，距离基坑约100m。

2 工程地质条件及水文地质条件

2.1 工程地质

根据勘察钻孔深度内所揭露的底层情况，场地表层多为杂填土及素填土；上部地层主要为第四系全新统河流相冲积（Q4al）形成的粉细砂，夹粉土、中粗砂和粉质粘土层；下部地层主要为第四系全新统河流相冲积（Q3l）形成的粉质黏土、粉细砂与静水湖相沉积（Q3al）形成的粉质粘土变换出现。各土层地层岩性特征具体如表1。

2.2 水文地质

根据地勘报告显示，本工程地下水丰富，分布多个含水层，主要为砂层，地下水补给来源以大气降水、南侧黄河及东侧南海湿地公园渗流补给为主（东临南海湿地公园，南侧约2.5km为黄河河道），蒸发是主要排泄途径。地下水位约1.5～2.5m。根据包头市区多年水文资料记录显示，地下水位随季节变化较大，水位变幅为0.6～1.6m。场地内主要含水层渗透系数如表2。

2.3 基坑降水方式的选用

基坑降水是指在基坑工程施工过程中，地下水按规范要求满足支护结构和土方开挖施工的要求，并且要稳定控制地下水位变化，避免對基坑周围的机场航站楼、高架桥、中药厂建筑物和环境造成危害。目前比较成熟的基坑降水方法主要有：明沟加集水井降水、轻型井点降水、管井井点降水等等。各种降水方法及其特点和使用情况如下：

明沟加集水井降水是在基坑开挖过程中开挖至水线附近时开挖集水坑用提升泵将积水抽排至基坑周围排水沟，该方法对于排除施工用水和天降雨水时比较经济、快速。但是对含水量丰富的潜水含水层降水范围有限，降水效率较低，过程中影响其它工序推进，影响工期进度，不适合本项目降水要求。

轻型井点降水是将管径Φ40钢管插入场地内的含水层，井管与总管采用软管连接，总管一端设置抽水设备，利用抽水设备将地下水从井管内抽出，达到降低水位为目的，将原有地下水位降至机构底板以下（0.5～1.5m），满足施工要求。轻型井点降水一般应用于面积较小、涌水量较少、降水深度较浅的基坑，轻型井点降水降低水位深度一般在4～6m之间，对于降水深度大于6m的基坑，可以采用多级井点系统，占用场地大、设备多、费用高，对于枢纽项目狭窄的场地和较深的开挖来说很不适合。

管井井点降水是在深基坑四周埋置深于基底的单独滤管（无砂混凝土滤管或钢滤管），地下水通过渗透作用进入管井，通过井管内的潜水泵将水抽出，达到降低水位，满足基坑开挖的方法。管井井点降水特点：①降水深，排水量大，不受吸程限制，降水速度快，排水效果好；②井间距大，平面布置易于调整，减少作业面的干扰和影响；③成井工艺简单、成熟，成孔（打井）用人工或机械均可；④降水设备费用低，维修简单，施工速度快。本工艺标准适用于渗透系数较大（10～250m/d）、土质为砂类土、地下水丰富、降水深、降水速度快（基坑开挖前15～30天开始降水），但该工艺对地下水体影响较大，施工时必须制定详细回灌方案，减少环境影响。

由于本项目基坑开完深度大、场地地下水位高、水量大、主要含水层渗透性较强，故本次降水施工难度较大，地下水问题较为突出。为防止基坑开挖时产生塌方、管涌、流砂等不良地质现象，必须采取相应的预防措施，尤其要注意止水、隔水、降水，以确保基坑施工安全。在施工期间应进行疏干降水，方便土方外运，保证施工。基坑外侧布置38.0m长的三轴搅拌桩，端部置于粉質粘土层（隔水层）中，形成封闭型止水帷幕，阻断基坑内外水力联系。交通中心开挖深度13.75m，地铁及下立交开挖深度17.31m，降水深度大，对工程影响较大的地下水属潜水类型，根据工程基坑特点和围护设计，基坑内设置疏干井，将水降至底板以下2m。基坑外侧四周设置降水井，将水面降至锚索施工工作面下1m。降水工程全部结束后，所有的降水井均采用降水井用滤料回填。

针对本工程地质情况以及周边环境状况，采用管井降水。由于本工程地下水丰富、水源补给快、水位高，故采用超深三轴搅拌止水帷幕止水。

3 降水设计概况

本工程基坑支护原设计为止水帷幕+灌注桩+高压旋喷锚索。止水帷幕采用38m长Φ850三轴搅拌桩；交通中心设置双排灌注桩，双排桩区域桩顶圈梁通过钢筋混凝土拉板连接；基坑邻机场航站楼侧安全等级为一级，其余侧安全等级为二级，基坑设计使用年限为一年。锚索设置为一桩一锚，设置4道（-3m、-6m、-9m、-11.5m），锚索为6Ф15.2@1600，倾角10度，自由段长度5m，锚固段长22m/20m、锚固体直径400mm，端头5m为扩大头，直径500mm。为保证基坑支护的安全稳定与土方开挖顺利进行，坑外设置降水井（锚索施工阶段开启，锚索施工完成后关闭），坑内设置疏干井。

3.1 为保证锚索施工，坑外降水井数计算

3.1.1 基坑涌水量估算

3.1.2 单井出水量

基坑外侧降水采用钢滤管，滤管R=273mm，设计井深26.0m，配置潜水泵（10m3/h），单口管井流量=10*24=240m3/d。

3.1.3 坑外降水井井数确定

坑外降水井数量（n）=涌水量（Qd）/单口管井流量（qw）n=5775/240=24，基坑外侧四周总降水井数考虑1.3储备系数及观察井，共设置128口。

3.2 坑内疏干井数计算

3.2.1 基坑涌水量估算

基坑采用止水帷幕进行封闭，涌水量按公式Q（疏干降水排水总量）=含水层的给水度*基坑开挖面积*降水深度进行估算：其中含水层的给水度取0.17，基坑总开挖面积为7.5万m2，降水深度17.5m。

涌水量=0.17*7.5*103*17.5=229820m3

3.2.2 单井出水量

基坑内降水采用无砂混凝土滤管，滤管R=400mm，设计井深26.0m，配置潜水泵（10m3/h），单口管井流量=10*24=240m3/d。

3.2.3 坑内疏干井数量计算

坑外降水井数量（n）=涌水量（Qd）/单口管井流量（qwt）n=229820/240*10=95，水井数考虑1.2储备系数及观察井，共设置114口。

3.3 降水井布置

本工程外侧设置降水井128口（保证锚索施工阶段降水），主基坑外下立交部分布置间距24m，主基坑四周布置间距12m，基坑内设置疏干井114口，井距20～40m，井深均为26m。（图1）

4 实测结果及分析

本基坑监测项目基于主要监测对象分析，结合现场实际环境，具体监测内容包括：坑外潜水水位监测；坑外地表沉降；周边3倍开挖深度的建筑物、高架设施、管线设施等的监测。各监测项目现场布设数量统计如下：地面沉降观测断面，共24个断面（每个断面8个监测点）；坑外潜水水位监测，共26口。全过程安全监测降水和土方开挖。（表3）

根据监测数据统计显示，地表沉降最大速率-0.64mm，累计变化量-3.84mm、建筑物沉降符合规范要求，坑内水位稳定控制在基坑底板以下2m范围，说明基坑降水方案合理、可靠。

5 结语

超深止水帷幕与坑内管井井点降排水联合方案充分考虑水文地质及周边环境情况，地表沉降及周边建筑物沉降控制在规范要求范围；水位稳定控制在底板以下2m范围；确保基坑安全；施工造价控制在预算范围，在该工程得到成功应用。

随着我国经济的迅速发展，城市规模的不断扩大，对地下空间的开发利用也不断增强，深基坑工程越来越多，基坑土方开挖与支护过程中，出现局部地质变异性大（本项目出现大面积隔水层）、局部流砂或涌水、积水现象也是在所难免，降排水方案应提前充分考虑相应的应急预案或处理措施，应变突发情况，降排水应急措施是否合理在很大程度上是决定深基坑施工技术方案是否成功的主要因素之一。

参考文献：

[1]王君.深基坑降水方案的选型与实施[J].山西建筑.

[2]李灵波.探析建筑工程施工中的基坑降水技术[J].城市建设理论研究.

[3]苗云霞.三轴水泥搅拌桩止水帷幕技术在施工中的应用[J].山西建筑.