基坑开挖支护工程中降排水技术要点分析——以某高校工科大楼建设项目为实例

汪 苏 汪晓嵩

（福州职业技术学院，福建 福州 350018）

0 引言

基坑支护是在土方开挖期间为保证基坑周边环境和地下结构施工安全，对基坑侧壁及周围地层土体进行支护、加固和保护的措施。基坑工程涉及面广，其维护结构的稳定性受工程地质条件和周边环境条件的影响较大。有研究表明，95%的基坑事故都与降水排水的问题有关。所以基坑降水排水是基坑支护及土方开挖施工的关键。本文以福建省某高校工科大楼基坑开挖工程为具体实例，阐述降排水的施工技术要点及其在基坑工程中的重要性。

1 工程与地质概况

1.1 工程概况

福建省某高校工科实训大楼负一层设置地下室。地下室计容建筑面积6202.31m²，地下停车位141个。工科实训大楼地形稍有起伏，局部起伏较大，西南高东北低，大楼北侧为道路及已建教学楼（道路宽约12.8m），基坑离北侧道路约4m，道路南侧靠近拟建场地段埋设有消防管线、通信电线、电缆等；大楼西侧为操场，操场和拟建场地间设有铁栅栏，栅栏附近从南至北下部埋设有高压线缆，基坑离西侧地下管线约10m；大楼南侧为空地及围墙；东侧为项目部办公区，基坑离办公区约20m。

该工程设2台塔吊，1台在基坑内部，离基坑底边线最近距离约28m；1台塔吊在基坑边，离基坑顶边线最近距离约2m。塔吊基础型式采用灌注桩+混凝土承台形式。该工程桩基采用钢筋混凝土泥浆护壁冲孔灌注桩。灌注桩桩身混凝土等级为C35。桩径为Φ700、Φ800、Φ 1000、Φ1300，桩数230根。

1.2 地质概况

根据地质勘察报告，在勘探深度范围内场地地层自上而下依次可分为：杂填土①、淤泥②、粉质黏土③、卵石④、残积黏性土⑤、全风化花岗岩⑥、全风化辉绿岩⑥1、砂土状强风化花岗岩⑦、砂土状强风化辉绿岩⑦1、破碎的强风化花岗岩⑧、破碎的强风化辉绿岩⑧1、中等风化花岗岩⑨、中等风化辉绿岩⑨1等。该工程基坑开挖深度内的主要土层为杂填土①、粉质黏土③和卵石④。

研究区地下水类型主要为第四纪上层孔隙潜水和孔隙承压水。杂填土①为强透水层，富水性较差，水量较小；淤泥②、粉质黏土③、残积黏性土⑤、全风化辉绿岩⑥1、全风化花岗岩⑥、砂土状强风化辉绿岩⑦1和砂土状强风化花岗岩⑦均为弱透水层，富水性较弱；卵石④为强透水层，透水性与富水性较好，水量较大；碎块状强风化辉绿岩⑧1和碎块状强风化花岗岩⑧为中等透水层，中风化辉绿岩⑨1与中风化花岗岩⑨为弱～中等透水层，富水性受裂隙发育情况影响。场地中不存在对地下水的污染源。

根据水文地质报告，孔隙潜水主要是赋存于卵石层④中，卵石④为强透水层，透水性与富水性较好，水量较大，水的流向总体由南往北径流，大气降水和地表水是主要的供应来源。干式钻井在地下水位以上进行，直到观测到初始水位为止。勘察时测得的初始水位埋深为1.40～4.30m（标高为4.65～5.51m），稳定水位埋深为1.80～4.90m（标高为5.15～6.09m），地下水位受溪源江江水水位及季节影响较大。根据该区域的水文地质资料及拟建场地的地质情况，估计地下水位年变化幅度一般0.50～1.00m，近3～5年地下水变化幅度为1.00～3.00m，近3～5年地下水最高水位标高约为6.50m。本场地地下水与北侧河流（溪缘江）联系密切，相互补给，雨季降水及河流水位对场地内地下水影响较大。

裂隙水主要赋存于基岩风化层裂隙中，具有承压性，与上覆地层卵石中承压水联系密切，随岩性及风化程度的不同，富水性不一，该岩层地下水的赋存与基层裂缝发育程度、裂缝面特征及其连通性相关，总体水量不大。接受赋存于上覆地层内的水体及侧向补给，一般从地势高往地势低排泄，水位受季节影响较小。对风化岩中的孔隙裂隙水进行地下水位测量，该层水位埋深30.90～36.50m。因此从地下水的埋藏中分析，第四系潜水主要补给来源于大气降水及北侧溪源江的侧向补给，局部相对隔水层缺失，因此该场地潜水、承压水与基岩裂隙水具有水力联系，相互补给。

根据拟建场地周围的地质调查，场地地下水总体为向北面的低处径流排泄。考虑到地下水的排泄路径和条件可能会随着周边场地回填整平及建筑物的施工而改变，一旦排泄路径受阻，会造成池塘储水现象的发生，因此工科大楼的降水排水方案应综合透水层、灾害性气候的内涝问题、周边道路、规划道路标高及溪源江的防洪水位等因素考虑。

2 基坑支护及土方开挖方案选择

依据现场的实际情况和地质勘查报告，工科大楼基坑开挖支护方案如下：基坑开挖深度约为5.50m，基坑总周长约455.82m，面积约7446.5m²。基坑设计使用期限为1年，安全等级为二级。在开挖基坑前迁移了场地南侧的消防管线、通信电线、电缆等。该工程基坑均为集水坑，根据该场地的地质、水文条件、周边条件，设计主要采用放坡挂网喷射混凝土、灌注桩悬臂支护。前者放坡坡面和桩间均采用C20喷射混凝土护面，土钉墙及放坡护面厚60mm，内挂Φ6.5@250×250 钢筋网。桩间止水面板厚100mm，内挂Φ8@150×150 钢筋网。支护桩采用灌注桩加冠梁支护，支护桩为钻孔灌注桩，桩径Φ 800，长度L=12m，间距@1500mm。冠梁GL1200×800mm，混凝土强度等级为C30。

施工中，在围护桩、冠梁混凝土强度达100%设计强度后，方可土方开挖。土方开挖采用分层分段均匀开挖，严禁超挖，原则上开挖至坑底设计标高。土方开挖必须严格按照施工组织中的开挖顺序进行，严禁随意开挖，保证支护结构的稳定性及土体的受力平衡。

3 基坑降排水方案比选及实施要点

3.1 基坑降排水方案比选

工程中常用的基坑降排水方案主要有明沟结合集水井降水法和井点降水法，具体采用何种方法要根据工程地质情况和现场地理位置情况确定。该高校范围内其他教学楼和宿舍楼地质情况良好，无地下室，因此在施工时适用于明沟结合集水井降水法，可以快速清除地下潜水和地表降水。而该校工科大楼项目靠近溪源江畔，地理位置狭长，又有地下室开挖，显然单纯的明沟排水已不能满足降水要求。因此通过方案比选，采用地表水用排水沟和集水井的方式排水，地下水布置管井降水井的方案。施工中沿基坑外围布置排水集管，收集各降水井排出的地下水，再由集管汇总排入市政管道。排水集管可采用大直径双壁波纹管、排水沟等，并保证其流量满足基坑总进水要求。降水井在基坑施工开挖前24h进行抽水，控制水位降至基坑坑底以下0.5m，应在地下室回填后停止抽水。

3.2 降排水方案的施工组织

该工程在基坑顶和基坑底四周设置一道排水沟截面尺寸为300mm×300mm，在基坑顶和坑底每隔30m及四角设置集水井。集水井尺寸为600mm×600mm×800mm，排水沟坡度不宜小于0.5%。施工顺序：放线→排水沟土方→混凝土垫层→水泥砖砌筑→水泥砂浆抹面。坑内采用管井降水井，应保证水位在基坑底以下不小于0.5m。共布置37口降水管井，井深约14m。单井出水量约120m³/d，离心泵电机功率采用3000W。基坑平面图如图1所示。

图1 基坑平面布置图

3.3 实施降排水技术时的注意事项

基坑在施工过程中产生的地面沉降是由开挖和降水两部分工序共同引起的。开挖引起的土壤应力释放与降水引起的张力变化打破了土层的原始应力形式，重新分布了土层的应力，造成土壤颗粒的松散变形，进一步诱发地面沉降的发生，并对施工区域附近的建筑物和地下管道的安全构成严重威胁[1]。同时，由于土层性质、基坑挡土结构刚度、地下水位等因素影响，不同施工环境下地表沉降形式存在较大差异。因此要确保地基的稳定性，需要在做好基坑开挖支护的同时，做好降排水的施工组织措施。降水井剖面如图2所示。

图2 降水井剖面图

（1）当基坑开挖过程中发现侧壁漏水时，应立即停止开挖，并采用砂土回填，直到采取以下有效措施止水后方可继续开挖：

①支护结构渗水。在渗水量小、不影响施工或周围环境的情况下，采用坑底排水沟；可采用注水泥浆封堵渗水量大的情况，但不带出流砂，其施工困难，对周边影响不大。

②支撑结构漏水。如漏水点水压不高，应将管道埋地用堵漏王封堵，待渗漏处周围堵漏王强度达到要求后再进行封堵；如果泄漏位置埋深较大，则在支撑结构后面采用压实灌浆方法使其封堵泄漏。灌浆浆液中应渗透适量水玻璃，使其尽快凝固，也可采用高压喷射灌浆法[2]。

（2）降水时应减缓降水速度，均匀出水，以降低地下水对含水层的潜能作用[3]。

（3）在降水井管与建筑物、管道、道路之间设置回灌井点时，需不断地给该处的地下水补水，让降水井点的影响半径控制在回灌井点的范围内，以防回灌井点外建筑物的地下水流失，保持地下水位不变[4]。

（4）后浇带是地下室降水过程中的最后一道防线，注意后浇带杂质清理干净后方可浇筑混凝土，检查降水结束拔除中点管的孔洞必须立即用砂土填实。

4 降排水技术在基坑工程中的应用效果

工科大楼基坑工程施工过程中历经了5、6月份的强降雨天气，连续2个月阴雨不断，溪源江水位上涨，这2个月的降雨量超过了历史同期水平。该工程抽水时间从2022年5月6日至2023年1月31日。25台抽水泵，每天工作时间24h，每台泵抽水量约18～20t/d，总抽水量达12万t。施工中采取了一系列措施保证了边坡土体的稳定性。

（1）持续降雨增加了边坡土体的土压力和含水量，降低了凝聚力和抗剪强度，从而增加了土体在滑动面内的滑动力，对边坡稳定性造成不利影响[5]。因此边坡采用放坡挂网喷射混凝土支护，支护桩采用钻孔灌注桩加冠梁，保证了边坡雨季施工的稳定性。

（2）持续不断的降雨导致基坑开挖部分区域积水，需进行大面积降水。基坑大面积抽水会逐步影响土层及土体的应力变化。降水较大时，基坑周围土体会形成降水漏斗曲线[6]。在这个范围内，建筑物发生额外变形，导致相邻建筑物、管道和道路开裂和下沉。因此，雨天施工时，基坑应分段开挖，挖好一段浇筑一段垫层，并在基坑底部外侧和边坡顶面四周开挖环形排水沟和集水井，以防止地面雨水流入基坑或积水，并及时抽排水[7]。根据基坑平面形状，该工程采用管井式降水井，根据地下水流向及含水层渗透系数布置37口降水管井，井深约14m。降水过程中点井连续运转，尽可能避免间歇和反复抽水，以降低在降水期间引发地面沉降量。

（3）充分估计到降水可能产生的不利影响。降水工程是一项关于岩石、土壤和储存地下水为对象的复杂岩土工程，必须严格遵循岩土工程勘察、设计、施工的规范操作和监测程序进行。该工程降水排水方案设计时，充分估计到了可能产生的不利影响，并采取了预防措施。必须提醒的是，在降水过程中，应通过第三方进行实时沉降监测，制定预防措施，出现问题应立即整改处理。

5 结束语

该工程毗邻北侧河流溪源江，场地内地下水位受降雨量及溪源江水位涨幅影响较大。基坑开挖前，要进行专家论证降水排水施工组织设计，优化方案，采用排和降相结合的原则和先进的降水技术，减少对基坑周边的扰动和环境的影响。基坑雨水等地表水，应结合设置截水沟和集水井，实现集水井和明沟排水的有效排水；对于基坑内的地下水，设置管井进行降水。同时，坑外设置地下水位观测井，实时监测降水量。这些举措使得工科大楼建设项目顺利度过该地区长达2个月的强降雨天气，很好地保证了基坑边坡和支护结构的稳定性，为工程顺利进行奠定了基础。