深基坑多重降水方案的施工

张 冠 男

(深圳市宝安区建筑工务署，广东 深圳 518000)

1 工程概况

本工程基坑长约110 m，宽约68 m，开挖深度22.6 m，属深基坑工程，根据设计图纸要求，采用钻(冲)孔灌注桩+内支撑作为边坡支护，旋喷桩和搅拌桩作为止水结构。基坑四周共布设钢筋混凝土灌注桩293根，桩径均为1 200 mm，桩中心距均为1 350 mm，桩长均为27.60 m；灌注桩桩间布设φ600 mm三重管高压旋喷桩，桩长16 m～18 m；旋喷桩外侧布设φ600@400水泥深层搅拌桩，桩长15 m～18 m。旋喷桩和水泥搅拌桩共同组成了深基坑止水帷幕(见图1)。

锚索采用4×7φ5钢绞线，钢绞线强度标准值为1 860 MPa，成孔直径为130 mm，锚索长度分别为20 m,21 m,21.5 m。根据钻探资料，按含水介质特征划分，第四系砂土层赋存孔隙水，基岩赋存裂隙水，场地内第②-2层粉细砂(②-2层粉、细砂：灰黑色，松散，饱和，颗粒均匀，含淤泥；层顶埋深：3.50 m～7.20 m，层厚：0.70 m～7.60 m；场地分布普遍)及第④-2层(④-2层粉、细砂：灰黑、灰色，局部为中砂，松散，饱和，颗粒均匀，含淤泥;层顶埋深：6.80 m～16.20 m，层厚：0.50 m～4.65 m)。

中、细砂是主要的富水层位，砂层层厚比较均匀，其渗透性一般，各砂层上覆有一定厚度的淤泥及粘土(粉质粘土)，属弱含水层或近似隔水层，下伏残积土层近似隔水层，故②-2层、④-2层砂层孔隙水具有承压性质。表层松散杂填土，含少量的上层滞水。基岩裂隙水水量大小与基岩裂隙发育程度、大小、连通情况有密切关系。基岩裂隙以层面裂隙为主，呈闭合状态，连通性差，渗透性差，裂隙水量较少。

勘探期间实测钻孔地下水位埋深为：1.50 m～3.80 m，地下水主要接受大气降水补给。测得单孔涌水量为36.37 m3/d，单位涌水量为20.21 m3/(d·m)；渗透系数k为3.92 m/d。

2 基坑降水方案

根据地质情况和本工程所采用的止水结构，结合原始地形地貌和现场实际情况，本着安全、合理、经济、便于施工的原则，本工程拟采取深井降水与基坑内集水井、明沟降排水系统相结合的办法。

2.1 基坑内含水层总水量和总出水量计算

本基坑内含水层总出水量计算建立在止水帷幕止水效果达到100%，即基坑所有支护桩完成后基坑外的水不进入基坑内；降水效果达到使基坑含水层处于稍湿状态即土层饱和度为50%左右。根据基坑所处的地勘情况说明得知：

1)场地内第②-2层粉细砂及第④-2层中、细砂是主要的富水层位。

2)第②-2层层顶埋深：3.50 m～7.20 m，层厚0.70 m～7.60 m；场地分布普遍，所有钻孔均有揭露。

3)第④-2层层顶埋深：6.80 m～16.20 m，层厚0.50 m～4.65 m；场地仅在局部A5,A7,A13,A16～A20，3，7，11，20号钻孔有揭露。

4)根据“土工试验成果总表(一)”可知：场地内第②-2层土体的孔隙比(e)均值取1.5，饱和度(Sr)均值取103%；场地内第④-2层土体的孔隙比(e)均值取1.3，饱和度均值取100%。现计算基坑内总水量及出水量如下：

a.基坑面积：S=120 m×85 m=10 200 m2。

b.场地内第②-2层土厚度：h=(0.7+7.6)×(1/3)=2.7 m(根据钻孔柱状图中②-2层土厚度分布情况，选取1/3的系数)。

c.场地内第②-2层土体积：

V=10 200 m2×2.7 m= 27 540 m3。

d.场地内第②-2层土含水量：

Q总1=V×[e/(1+e)]×Sr=

27 540×[1.5/(1+1.5)]×1.03=17 020 m3。

e.当采取降水措施至场地内第②-2层土饱和度(Sr1)为50%时出水量为：

Q出1=V×[e/(1+e)]×(Sr-Sr1)=

27 540×[1.5/(1+1.5)]×(1.03-0.5)=8 757 m3。

f.场地内第④-2层土厚度：h=(0.5+4.65)×(1/2)=2.58 m(根据钻孔柱状图中④-2层土厚度分布情况，选取1/2的系数)。

g.场地内第④-2层土体积：V=10 200 m2×2.58 m×(2/3)=17 544 m3(考虑场地内第④-2层土并非全场地分布，故取2/3的系数)。

h.场地内第④-2层土含水量：

Q总2=V×[e/(1+e)]×Sr=

17 544×[1.3/(1+1.3)]×1.00=9 916 m3。

i.当采取降水措施至场地内第④-2层土饱和度(Sr12)为50%时出水量为：

Q出2=V×[e/(1+e)]×(Sr-Sr2)=

17 544×[1.3/(1+1.3)]×(1.00-0.5)=4 958 m3。

j.基坑内总出水量为：Q=8 757 m3+4 958 m3=13 715 m3。

2.2 日出水量及降水井数量计算

在基坑挖土至-5.7 m用时27 d，需要在此期间内基坑降水使含水层土饱和度达到50%，所以，日出水量Q日=13 715 m3/27=508 m3。

其中，rs为过滤器半径，取值为0.175 m；l为过滤器进水部分长度，取值为2.5 m；k为含水层的渗透系数，取值为3.92 m/d。

单井日出水量为q=120×3.14×0.175×2.5×3.92(1/3)=260 m3/d。

考虑基坑内平面布置及降水效果，拟采用8口深井；根据勘察报告的钻孔柱状图知④-2层土层底最深为-17.2 m，所以降水井深度设为20.0 m。

3 排水明沟设置

本工程土方开挖采用分层的开挖方式，所以每层土方开挖过程中，拟采用在基坑内设置明沟和集水井进行明排水。

4 降水施工

4.1 降水井施工

采用100型钻机施工，泥浆护壁成孔，所有深井成孔直径为650 mm，滤水管采用内径350 mm，外径450 mm的无砂水泥滤管，滤料选用1 mm～3 mm干净石英砂，以保证降水井内不会产生大量涌沙，确保降水效果。

4.2 集水坑和明沟施工

为有效控制基坑土方开挖过程中基坑内明水，在基坑内设明沟和集水井，并随基坑的挖深而降低。明沟设于每层基坑开挖面，距离土方坡脚400，宽度400，深度500，最浅处不小于200，坡度以1%为宜，以保持水流畅通。沟内每隔30 m设集水井一座。集水井1.2 m见方，深度1.0 m。井底距明沟沟底不小于500。明沟、集水井排水，视水量多少连续或间断抽水，直至基础施工完毕、回填土为止。

5 结语

多重降水方案可有效的解决深基坑降水，降低工程造价，加快施工进度。但前期降水计算显得尤为重要，此项施工方案已经在基坑项目普遍推广，有利于深基坑施工安全。