承压粉细砂层地下车站深基坑降水方案设计

摘  要：本文以合肥市轨道交通某地下车站深基坑降水设计为例，根据工程地质、水文地质和实际条件，详细介绍了合肥临南淝河地区一级阶地承压水位较高、土层渗透系数较大的特征。经现场抽水试验，确定基坑降水设计所需土层渗透系数及影响半径等水文参数，进行了中等透水性粉细砂层深基坑承压水降水方案设计和地表沉降分析，总结了抽水过程中应注意的问题，相关方案可对类似工程降水设计提供参考。

关键词：承压水  粉细砂层  深基坑  降水设计

Design of Dewatering Scheme for Deep Foundation Pit of Underground Station in Pressurized Powder and Fine Sand Layer

YANG Bin

（Hefei Rail Transit Group Co.， Ltd.， Hefei， Anhui Province，230009 China）

Abstract：Taking the dewatering design of a deep foundation pit of an underground station of Hefei rail transit as an example， this paper introduces in detail the high confined water level and high soil permeability coefficient of the first terrace in the Feihe area of Linnan， Hefei according to the engineering geology， hydrogeology and actual conditions. big feature. After on-site pumping test， hydrological parameters such as soil permeability coefficient and influence radius required for foundation pit dewatering design were determined， and the design of confined water dewatering plan for deep foundation pit with moderately permeable silty sand layer and surface settlement analysis were carried out， and the pumping process was summarized. Problems that should be paid attention to， the relevant schemes can provide reference for the precipitation design of similar projects.

Key Words： Confined water; silty sand layer; deep foundation pit; dewatering design

随着改革开放以来我国文化[1]、经济、建设等各领域的快速发展，交通行业尤其是城市轨道交通也开始大规模建设，地下车站则逐渐向深大基坑发展。在基坑开挖施工中，普遍面临的关键问题有地下水管涌[2]、流砂[3]及基坑稳定性[4-5]等。其中，地下水是基坑工程的主要风险源之一，直接影响项目建设安全与施工进展。因此，为保证基坑施工环境的干燥与安全性，选择合理的降水方案、有效控制地下水位已成为当下研究热点[6-8]。针对施工过程中基坑底受承压水影响，常进行降水设计的现实需求，本文以合肥轨道交通某地下车站为例，着重分析了中等透水性含水层深基坑承压水降水方案及基坑周边沉降，以期为类似工程的设计与施工提供参考。

1工程概况

1.1工程简介

该地下车站位于规划道路交口东侧，沿东西向敷设，为地下两层岛式站台车站，设4个出入口，2组风亭，2个预留人防连通口。车站规模274.1m×19.7m，有效站台长120m，站台宽11m，站后设单渡线。车站东北象限为规划新型工业用地，东南象限为未开发住宅用地，西北、西南象限为未开发商办混合用地，上述现状均为空地块，周边规划道路未实施，周边无控制性管线和建（构）筑物。

根据建筑基坑支护相关技术规程，本车站支护结构安全等级为一级，主体围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑体系，围护桩直径为Φ1000，共三道内支撑。车站主体及所有附属结构均采用明挖法施工，主体结构形式为单柱双跨框架结构（局部双柱三跨框架结构）。

1.2 工程地质条件

本次勘察最大揭露深度为45.0m，根据钻探资料及室内试验结果，本场地勘探范围内揭露的主要岩土层有第四系填土层、冲积黏土层及古近系砂质泥岩等。按其成因类型、岩性和工程性能可划分7个工程地质层，土层名称及其渗透系数k建议值如下：1-2素填土、2-1-3黏土（0.005m/d）、3-2-1粉質黏土（0.005m/d）、3-4粉细砂（5m/d）、5-1-1全风化砂质泥岩（0.3m/d）、5-1-2强风化砂质泥岩（0.1m/d）、5-1-3中风化砂质泥岩（0.01m/d）。

1.3 水文地质条件

车站位于南淝河一级阶地，距南淝河最近约550m，其地下水主要补给来源为上部上层滞水的越流补给及侧向径流补给，主要排泄方式为侧向径流排泄。依据勘察报告，车站范围内主要为第四系上层滞水、承压水及基岩裂隙水。

车站主体基坑宽度为19.7m，开挖深度标准段约为15.9～17.8m，端头井为17.2～18.3m。影响车站开挖的地下水主要为上层滞水和承压水。上层滞水主要赋存于填土中，分布无规律，可采用坑内明排疏干。承压水主要赋存于第四系上更新统粉细砂中，承压水顶板为2-1-3黏土、3-2-1粉质黏土，底板为风化泥质砂岩、砂质泥岩。承压水顶板埋深20.00～28.6m，测得水位埋深0.5～5.1m，承压水头为19.5～23.5m，基坑开挖需降低其承压水头，以防基底突涌。

2降水设计

本站基坑深度较深，‚且3-4粉细砂层渗透系数较大，基坑距建筑物远。根据该工程实际情况，通过技术、经济和可行性比较，结合合肥地区降水经验，选用基坑外深管井减压降水方案。

2.1 水头降深计算

根据详勘报告，取端头井、标准段的5个典型位置进行水头降深计算，具体结果详见表1。

2.2抽水试验

为明确车站降水设计所需土层渗透系数、涌水量、影响半径，水质流速流向等水文参数，需进行抽水试验，抽水试验孔布置如图1所示。详勘现场抽水测试孔号：M6XZ-SZS-005，现场抽水试验结果详见表2。

各岩土层渗透系数建议值及透水特性详见表3。现场钻探上层为第四系松散沉积物主要以粘性土为主，其下为3-4层粉细砂。地下水主要赋存于3～4层粉细砂中，表现为承压水。根据水文地质试验及水文地质参数计算，本次试验得到3～4层粉细砂渗透系数值为2.66m/d，建议值5m/d。

2.3降水井计算

依据本工程水文地质条件，使用承压非完整井水文地质计算模型，以大里程端头井为例进行承压水头降深计算。

承压水主要赋存于粉细砂层中，水量丰富，具有承压性，计算断面处承压水头为19.5m，现进行抗突涌稳定性验算：

K_h=Dγ/（h_w γ_w ）=（4.5×19.5）/（19.5×10）=0.45≤1.1

式中：K_h为坑底突涌抗力分项系数;D为坑底至承压水层顶板的距离;γ为D范围内土的平均天然重度;h_w为承压水水头高度;γ_w为水的重度。计算结果K_h≤1.1，需进行降水，基坑外设置承压水降水井，降承压水头措施，降水头11.6 m，验算如下：

K_h=Dγ/（h_w γ_w ）=（4.5×19.5）/（（19.5-11.6）×10）=1.11≥1.1

抽水影响半径采用吉哈尔特公式：R=10s_w √K=250m。

涌水量：

Q=2πKMs/（ln⁡〖（（R+r）/r）+（M-l）/l〗  ln⁡（1+0.2 M/r） ）=2337m^3/d

基坑涌水量计算参数如下（降水部位为车站主体，含水层类型为承压水）：等效半径r=41.5m，含水层厚度M=12.6m（过滤器进水部分长度l=10m），降深s=11.6m，渗透系数（加权）K=5m/d。

2.4降水井结构及平面布置

根据《建筑基坑支护技术规程》7.3节：管井的单井出水量q：q=120πγ_w l^3 √K。式中：γ_w为过滤器半径;l为过滤器进水长度。

为保证单井出水能力和降水井成井工艺等要求，本次设计拟采用内径273mm，外径800mm的管井进行降水，降水井结构如图2所示。

考虑合肥地区经验，结合成井工艺、滤管及滤料等因素影响，设计单井出水能力取〖60.0m〗^3/d，降水井距离车站主体基坑结构外轮廓线2.0～3.0m。降水井数量n：n=1.1Q/q=42.8，本设计沿基坑周边共布置降水井46眼，井深35.0m，井间距：标准段15.0m，端头井10.0～12.0m。降水井平面布置如图1所示。

2.5降深及地表沉降分析

根据降水井平面布置，进行降水计算，最大计算降深12.8m，位于端头井附近。

依据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012），降水引起的地层压缩变形量可按下式计算：

s=φ_w ∑▒（∆σ_zi^' ∆h_i）/E_si

式中：s为计算剖面的地层压缩变形量（m）;φ_w为沉降计算经验系数;∆σ_zi^'为降水引起的地面下第i层土的平均附加有效应力（kPa）;∆h_i为第i层土的厚度（m）;E_si为第i层土的压缩模量（kPa）。群井抽水时，其降水影响半径为250m。利用分层总和法计算，管井降深最大处的地表沉降约为40.0mm。为预防地表沉降开裂引起地表水渗入缝隙，对基坑稳定造成影响，建议在基坑周边埋设PVC或塑料排水管，抽出的水经管道流入沉淀池沉淀后，排入市政雨水管。

若抽水过程中地表沉降变形达到监测预警值应立即停止抽降，增加沉降变形监测频率并分析原因。同时需布置一定数量的回灌井，抽降地下水的同时采取地下水同层回灌，回灌井距降水井距离不宜小于6.0m;若采取地下水回灌措施后，沉降变形仍继续增加，建议进行注浆加固处理或采取止水帷幕隔断地下水。

3结语

（1）在确定降水方案有关参数和井型布置的过程中，不能仅凭该地区施工降水经验进行选取，需以现场抽水试验为基础，进行科学的计算和分析。

（2）本站周边较为空旷，建筑物相离较远，现场正常施工不会对周边环境产生较大影响。但必须严格控制成井质量，施工期间防止出现流砂、流土。

（3）在抽水过程中，要做好水位和沉降变形监测，根据施工进度和监测值调整抽水井开启数量及抽水量，并适时进行合理回灌，进一步减少对周边环境的影响。

参 考 文 献

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