谈悬挂式止水帷幕基坑承压降水

陈 伟 平

(中铁上海工程局集团华海工程有限公司,上海 201101)

0 引言

在基坑工程施工中，地下的承压水对基坑的危害巨大，控制不好将导致基坑坑底隆起、突涌、基坑变形甚至坍塌事故发生；而为了节约工程成本，部分基坑采用悬挂式止水帷幕设计方案，围护深度未能完全隔断承压含水层，此类型基坑对坑内承压降水以及周边环境沉降控制提出更高要求，因此降水方案设计至关重要。

本文以南京7号线东青石站基坑降水施工为背景，介绍悬挂式止水帷幕基坑承压降水的方案设计。

1 工程概况

东青石站位于梦都大街与泰山路交叉口，沿泰山路南北向敷设。本站为地下2层岛式车站，采用明挖法施工，车站外包总长198.0 m，标准段外包宽度19.7 m，标准段基坑深16.46 m，端头井基坑深17.45 m。车站基坑围护为800 mm地下连续墙，深度45 m～48 m，标准段、端头井均竖向设四道支撑+一道换撑，第一道撑为混凝土支撑，其余为φ800×16钢支撑。

2 车站周边环境

车站周边规划，西南象限侧为居住用地，东南象限侧为商办混合用地，北侧为工业用地。车站周边现状，西南象限为万科光明城市，东南象限为奥能锅炉厂，车站东北象限为南京卷烟厂厂房，车站西北象限为南京卷烟厂办公楼及金梦都宾馆。

3 工程地质水文情况

车站范围以砂土分布为主，地层分布稳定。土层自上而下分别为①-1层杂填土、①-2层素填土、②-2b4层淤泥质粘土、②-3d3-4层粉砂、②-4d2层粉细砂、②-5d1层中细砂、②-5e层中粗砂混卵砾石、K2p-2层泥岩。

车站场址地下水的类型主要有上部松散层中孔隙潜水、孔隙承压水和基岩风化带裂隙水三类。

潜水主要赋存于①层填土层中。②-2b4淤泥质粉质粘土饱含地下水，但富水性弱，透水性弱。②-3d3-4层粉砂与下伏②-4d2层粉细砂、②-5d1层中细砂、②-5e层中粗砂混卵砾石连通，构成孔隙水含水层组。因上覆有微透水的淤泥质粉质粘土作为相对隔水层，该含水层具有承压性。该含水层对车站基坑施工影响较大，地墙围护墙趾位于②-5d1层中细砂中，未隔断承压含水层，属悬挂式止水帷幕。

基岩主要为泥岩，上部强风化岩层风化裂隙发育，富含少量地下水，但场地基岩埋藏较深，基岩裂隙水对拟建工程实际影响较小。

4 基坑降水风险分析

1)车站地墙施工质量及封闭性能的优劣为降水施工是否能够正常开展的决定性因素之一。如地墙存在质量缺陷，可能导致漏水、流沙甚至造成周边环境损坏。

2)因悬挂式围护结构特性，坑内降水将导致坑外地下水渗流补给，坑外地下水损失可能引发周边地表沉降。

3)因粉细砂地层特性，地下水补给较快，降水效率及按需降水为本工程施工安全的技术难点。本工程的安全极大程度上依赖于基坑降水的成功与否。

5 采取的相应对策

1)地墙施工需严格控制质量，确保封闭止水效果。

2)降水施工严格遵循按需降水原则，尽量减小降水对周边环境影响。坑外设置应急回灌井，降水过程中观测坑外地下水位下降情况，同时在坑外环境受到影响时，采用回灌措施提高地下水头，增加孔隙水压力，减小降水对周边环境的影响。降水管滤头底端与地下墙距离不小于3 m，以减小对坑外地下水径流的影响。

3)降水井的总抽水量和降深应有足够的安全余量以备施工应急需要。预先施工部分降水井进行抽水试验，根据抽水试验数据，调整降水设计并进行后续降水井施工。坑内坑外成井施工完成后，进行承压水群井抽水试验，同步观测坑内和坑外承压水水位变化情况，以判断降水效果和现场降水电路、排水情况，对所提出的基坑降水方案进行调整或优化。同时为确保坑内承压降水井的不间断工作，施工现场配置自动化切换控制的双电源，切换间隔时间保证在5 min之内。

6 降水方案设计

本车站基坑隔水帷幕插入降压目的含水层，坑内降水井的过滤器不超过隔水帷幕的深度，群井抽水后含水层的地下水通过隔水帷幕底部绕流进入井内，由于地下水流程增加，水力坡度变小，基坑范围内承压含水层顶板处地下水位达到设计降深时，抽水量要比坑外降水小。坑外的承压水头下降小，对坑外因降水引起的环境影响小。因此采用坑内降水更为高效安全。

6.1 降水井过滤器、滤网选择

目前降水工程中主要用的降水井过滤器类型，常见有桥式过滤器、圆孔过滤器以及无砂混凝土管井。

桥式过滤器钢管上凸出小桥，桥高1 mm左右，孔隙率约为15%，优点是强度较高，抽水过程中，地下水由桥孔侧向进入井管，对于水压力大、长时间抽水的基坑工程是较好的选择。

圆孔过滤器圆孔直径一般1 cm～2 cm，孔隙较大，远大于一般基坑工程面临的地层砂直径，此类过滤器需要在外侧包较厚较多层的滤网，以阻挡抽水过程中地层砂进入抽水井，但本工程基坑降水工程面临长时间、大幅度的抽降地下水，1 cm～2 cm大小的包网为降水过程的薄弱环节，滤网容易破坏，进而导致长时间抽水后，地层砂被抽吸进井管，一来破坏降水井正常功能，第二地层砂流失后，对周边环境沉降变形极为不利。

无砂混凝土管适用于浅层无压地下水的处理，过水性良好，此类过滤器强度极低，在开挖过程中，容易被挖机等破坏，破坏率达30%以上。

滤网的主要目的是挡砂过水，60目滤网的筛孔尺寸0.425 mm；60目滤网筛孔尺寸为0.250 mm；80目滤网筛孔尺寸为0.180 mm。滤网需要与使用的过滤器相匹配，网太密，则挡水，网太稀，则造成抽水过程中地层砂涌入降水井，死井的同时造成不利的环境影响。

根据土层性质、过滤器及滤网特性并结合我公司降水经验，本项目降水深井采用桥式过滤器、60目滤网。

6.2 抗突涌稳定性验算

本站基坑开挖深度在16.46 m～17.45 m，第②-2d3-4，②-4d2，②-5d1，②-5e层承压含水层顶板最浅埋深7.0 m，在开挖深度范围内已经揭露了承压含水层，因此基坑开挖至底时基本无坑底隆起风险。为确保基坑工程安全，将承压含水层水位稳定地控制在开挖面以下，即可满足施工安全需求。

6.3 坑内减压井布置

采用地下水数值计算软件计算减压井布置型式，理论计算共布置14口减压井可满足基坑开挖至坑底以下降水要求，考虑安全余量，实际布设18口。根据粉砂层埋深综合考虑，标准段井深为34 m、端头加深段井深为36 m。

6.4 坑外降水井布置

因第②-2d3-4，②-4d2，②-5d1，②-5e层承压含水层厚度较大，若不断长期抽取基坑内该层承压含水层中的地下水，该层承压水降深相对较大，且本站地下连续墙未隔断基坑内外承压水水力联系。因此需在坑外布设降水井兼顾观测、回灌及应急降水的三方面功能要求。

坑外降水井布井间距为45 m左右。本工程四周周长约450 m，共布设10口回灌兼观测井。回灌兼观测井设计井深34.0 m。

6.5 降水深度预测

基坑内布置降水深井18口。经过数值模拟计算，坑内基坑水位预测降深16.8 m～18.0 m，满足设计降深要求。

6.6 降水引起的地面沉降预测

根据开挖工况，基坑开挖时对承压含水层进行减压降水，降水运行完成后，周边地面预测最大沉降约为15 mm～20 mm，满足设计沉降控制要求。

7 降水效果验证

群井抽水试验历时3 d，分别进行抽水、恢复试验。

依据抽水试验成果，模拟计算的基坑降水期间坑内外水位降深和实测水位降深情况差异不大，可以作为后续基坑降水计算模型。本次抽水试验期间坑内标准段和南端头井水位埋深降至19.89 m，19.92 m，水位已满足基坑开挖至底要求。

8 结语

根据抽水试验以及后续施工过程中降水效果验证，车站降水设计方案制定可行有效，满足基坑开挖要求。车站基坑整个施工过程管理高效有序，设置的坑外回灌井及双电源等应急措施未启动实施。