西站大道工程（一期）Ⅳ标段ZK5+458.252 桩号地下通道工程基坑降水方案设计

麻海峰

（南通路桥工程有限公司，江苏 南通226007）

1 降水工程概况

西站大道工程（一期）Ⅳ标段ZK5+458.252 桩号地下通道箱体段长94.3m，宽9.4m。地下通道箱体分6 段施工，有A、B、C 共计3 种结构形式：西侧A 段箱体长18.655m，与U 槽出口相接；B 段箱体长16m，共有4 段，第二段箱体两侧设泵房、风机房；C段箱体长11.645m，与铁路西站地下车库负2 层通道进行拼接。地下通道主体结构外侧1m（净间距）、U 槽出口外侧0.6m 采用SMW 工法桩作基坑支护，SMW 工法桩成形后兼作隔水帷幕，基坑总面积（降水面积）为1490m2，通道平面布置详见图1。

地下通道施工点西侧为南通宾盛园林工程有限公司（待拆迁），东侧为在建南通西站枢纽，通道北侧19.1m 为ZQ82#高架新建墩台，北侧37.3m 为新建地铁线路。周边无其他重要道路、高架桥、地面桥等交通设施及地下管线，基坑周边环境相对简单。西站枢纽工程由于施工需要正在进行大面积的降水，所以地下通道施工时的降水不会对其造成影响，不考虑设置回灌井。

2 降水方法选用

根据地质勘察报告，通道施工区域内土质以粉土、砂土为主。施工涉及土层中，孔隙浅水主要赋存于土层①～土层⑤土层中，地质勘探单位（江苏省纺织工业设计研究院有限公司）于地下通道施工区域B34 钻孔揭示：土层⑤层底标高为-16.08m，其下土层⑥为隔水层。基坑围护采用SMW 工法桩，兼作隔水帷幕。施工图设计中，通道主体1.0m 外设17m 长工法桩（桩底标高-13.2m），泵房1.0m 外设20m 长工法桩（桩底标高-16.2m），可以判断该隔水帷幕为悬挂式[1]。

根据上述条件，地下含水层渗透性较强、厚度较大，可采用悬挂式竖向隔水与坑内井点降水相结合的降水方式。故本基坑选用坑内管井降水方案[2]。

图1 地下通道平面布置图

3 降水方案设计

在有隔水帷幕的基坑中，井的过滤器全部安装在需要疏干的含水层部位，通过基坑内抽水，可以加速疏干坑内地下水。

初步拟定沿通道主体结构、U 槽出口结构与SMW 工法桩之间设置两排直径360mm 的管井，管井深度20m（间距12m，标高-16.2m），施工期间地下水位降至泵房基坑以下0.5m。

疏水降水采用直径360mm 的管井，管井材料采用无砂混凝土管。

管井施工工序：定位→挖井口安装护筒→钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填井管与孔壁间砂砾过滤层→洗井→安装潜水泵→试抽水→开始降水

3.1 渗流稳定性分析

本工程采用SMW 工法桩作隔水帷幕，依据《建筑基坑支护规程》7.2.3 和附录C.0.2 悬挂式帷幕应满足[3]：

式中：Kf- 流土稳定性安全系数，安全等级为二级的支护结构，Kf不应小于1.5；

ld- 截水帷幕在坑底以下的插入深度，按ld=-6.212+13.2=6.988m 计；

D1- 潜水面至基抗底面的土层厚度， 按 D1=2.32+6.212=8.532m 计；

γ'- 土的浮重度，按γ'=18-10=8.0kN/m3计；

Δh- 基坑内外的水头差，按D1=Δh=8.532m；

γw- 基坑内外的水头差，取γw=10.0kN/m3。

SMW 工法桩悬挂式帷幕渗流稳定性满足规范要求。

3.2 基坑涌水量计算

降水范围内有多个土层，考虑不同层对水力梯度曲线的影响，渗透系数k 采用厚度加权平均：

基坑长宽比按95.8/11.4=8.4 考虑，长宽比小于20，根据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》附录B 表B.0.3，将隔水帷幕所围区域等效为一个潜水层的完整大井，按下式计算：

式中：

Q- 基坑计算涌水量(m3/d)；

R- 影响半径，R=58.71m；

r0- 等效大井半径，基坑为不规则多边形，基坑周长P=289.9m，

3.3 单井出水量计算

根据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》附录C.0.3 不是圆周等距布置的一般工程的潜水降水井，各单井的出水量按下式计算[4]：

式中：

q- 单井出水量(m3/d)；

h- 基坑动水位至含水层底板的距离，h=(-7.791-0.5)+16.08=7.789m；

k- 含水层的渗透系数，取k=0.35m/d；

R- 影响半径，取R=53.855m；

r1，r2，…，rn- 各井点至基坑中心的距离，共计22 口井。

选用QX6-18-0.75 型潜水泵，作为基坑降水工程的抽水设备，该水泵流量为6m3/h，扬程18m，电机功率0.75kW，能够满足降水需求。根据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》附录C C.0.5 降水井的单井出水能力[4]：

式中：

q'- 单井出水能力(m3/d)；

r- 过滤器半径，取井管内径r=0.15m；

l- 过滤器进水部分长度(m)；

k- 含水层的渗透系数，取k=0.35m/d。

随着基坑的开挖，降水井上部拆除后只有基坑以下部分的过滤管才能进水，按只有5m 长滤水管可进水考虑，长期降水考虑1m 厚沉砂，每米过滤器进水段长55cm，l=4×0.55/1=2.2m。

单井出水量q=43.78m3/d 小于单井出水能力q'=87.673m3/d，满足要求。

3.4 降水井布置

根据以上计算得管井的最大出水量为q=43.78m3/d。结合设备功率、能耗和工程实际使用习惯，管井的出水量一般控制在20～80m3/d，并在实际中依据含水层的渗流速度、降水水位深度和水位的恢复时间间歇式开启。本次降水井的单井出水量采用q=20m3/d。根据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》5.3.4 降水井的数量可根据基坑涌水量和设计单井出水量按下式计算：

Hw- 降水井点深度(m)；

Hw1- 基底深度

Hw1=3.8+7.791=11.591m

Hw2- 降水水位距离基坑底要求的深度，Hw2=0.5m；

Hw3- 按i·r0 取值，取水力i 坡度=0.1，r0 取降水井排间距10.4m 的1/2 值，Hw3=0.1×10.4/2=0.52m；

Hw4- 降水期间的地下水位变幅，取Hw4=1.5m；Hw5- 降水井过滤器工作长度

Hw5=4.23m

Hw6- 沉砂管长度，Hw6=1.0m。

Hw=11.591+0.5+0.52+1.5+4.23+1=19.341≈20m

根据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》附录E E.0.2条状降水工程潜水完整井降水水位预测按下式计算[4]：

式中：

Sx- 距井排X 处的水位下降值(m)；

h1- 井排处含水层厚度，取h1=4.88m；

X- 任意点至井排的距离，取X=10.4/2=5.2m；

4 结论

经计算，本基坑工程设置22 口降水井间距12m 布置，降水井点深度20m（井底标高-16.2m），底部设置1m 沉砂管及5m为滤水井管能够满足降水施工需求，基坑底部能保持到干槽施工的状态。