临近建筑物深基坑降水施工技术要点分析

杨哲

摘  要：城市发展日渐成熟导致建筑不断增多，在城市内、临近已有建筑物的条件下，建筑工程施工的主要难点体现在降水专项施工中，该文将根据某一工程实例，探讨临近建筑物条件下基坑降水施工的技术要点，通过数值模拟的手段验证降水施工方案降水井布置数目及位置的合理性，根据现场验证试验确认地下水流通情况。在数值模拟和验证试验的基础上，得出以下结论，该工程在拟定的降水井布置条件下可以按预定要求完成降水工作，同时可以通过设置止水帷幕的方式有效减少降水工作对周边建筑物的影响；现场验证试验结果显示水位恢复率达到57.2%，认为在已有的地质条件下基坑内外土体存在水力联系。

关键词：临近建筑物；基坑降水；数值模拟；现场实验；止水帷幕

中图分类号：TU746       文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）05-0172-04

Abstract： With the increasing development of the city， with the increase of existing buildings， the main difficulty in the construction of building engineering lies in the special construction of dewatering. According to an engineering example， this paper discusses the technical key points of foundation pit dewatering construction under the condition of adjacent buildings， and verifies the rationality of the number and location of dewatering wells in the dewatering construction plan by means of numerical simulation， so as to confirm the groundwater flow according to the field verification test. On the basis of numerical simulation and verification test， the following conclusions are drawn that the project can complete the dewatering work according to the scheduled requirements under the proposed dewatering well layout conditions. At the same time， the impact of dewatering work on the surrounding buildings can be effectively reduced by setting up a water stop curtain; the field verification test results show that the water level recovery rate is up to 57.2%. It is considered that there is a hydraulic relationship between the soil inside and outside the foundation pit under the existing geological conditions.

Keywords： adjacent buildings; foundation pit dewatering; numerical simulation; field experiment; waterproof curtain

隨着社会经济的发展，目前大城市基础设施趋于完善，给排水、燃气、通信、工业等地下管线错综复杂，使建筑物的基坑开挖和基坑降水等工作施工难度更大，工况也更复杂。

于方舟[1]通过例举某工程实例，总结了城市内周边环境复杂条件下基坑施工的技术要点，就如何进行基坑工程开挖和支护施工提供了设计方案。朱大鹏等[2]研究了深基坑开挖和降水引起不均匀沉降，导致临近建筑物变形和破坏的机理，通过有限元模型等分析了不同条件下基坑降水对临近建筑物的影响。陈小羊等[3]提出了在透水性好的强风化花岗岩地质条件下管井降水施工的优化方法，节约了施工时间，同时减少了对周边环境的污染。何义等[4]探讨了动态化设计，信息化技术在复杂水文条件下基坑降水施工方面的应用。已经有很多文章对基坑降水施工提供了方案设计上的优化思路和相关参数的计算方法[5-7]。

通过以上分析可知，现有研究涉及了基坑降水的各参数计算方法、施工方案优化思路、对周边环境影响的机理等各个方面，但是还没有提出复杂环境条件下基坑降水施工方案的设计思路及施工方案的可靠性判断依据。本文通过一工程实例探讨数值模拟和降水验证试验在环境复杂条件下降水施工方案设计上的运用，为临近建筑物基坑降水施工方案设计提供参考。

1  工程概况及重难点分析

1.1  工程概况

某工程为地下空间的开发，本文主要讨论其基坑开挖和降水施工方面的内容。该工程沿线周边建筑物较多且距离较近，距离最近的富春18号地块雨污水泵站距离基坑边缘仅有5 m。富春18号地块雨污水泵站为砖混结构，抗剪能力较差，对于降水诱发的不均匀沉降十分敏感，所以在基坑降水时要特别注意对周围土体沉降的监测。

1.2  工程重难点分析

此路段埋藏较多的城市重要管道，如雨水、废水、供水、电力、通信和燃气。其中包含一处城市重要给水管，为保证管线的正常使用和减少各管线对隧道结构施工的影响，对管线的处理是本工程需要注意的重点。

根据钻探结果，该工程基坑深度较大，而承压水层又有含水厚度大，渗透系数大的特点，下伏风化基岩隔水层中可能存在裂隙形成承压水的补给通道，所以降水施工过程中降压风险较大。根据周边环境条件和降水设计要求，该工程采用了管井降水的施工技术。

2  施工工艺分析

2.1  管井构造

降水井采用焊接钢管，滤水管为相同直径钢管，疏干井采用圆孔过滤器，降压井采用桥式过滤器，针对该工程施工过程中的特殊情况，应按照如下要求进行特殊过程质量控制。

1）检查全数管井的成孔直径，要求偏差在20 cm以内。

2）检查半数井管的沉设深度，要求偏差在20 cm以内。

3）检查半数井管的间距，要求偏差在1.00 m以内。

4）检查半数降水井的孔口段黏土封填，要求厚度大于等于1.5 m且不得使用粉性土。

2.2  基坑降水设计

通过基坑底板抗突涌稳定性条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的土压力进行计算。根据计算结果该工程NMW12—NMW28区域及泵房区域需针对承压水降压，NMW13—NMW28段共布置降压井28口；NMW12段为敞开式降压，降压幅度为0.83 m，布置5口降压井；泵房处降压幅度为3.83 m，泵房降压范围较小仅约120 m2，于坑外布置6口降压井，观测井兼备用井布置8口，满足不少于布置降压井数目20%的要求。疏水降水设计：本工程疏干作用降水井数量布置情况见表1。

2.3  降水施工對策

1）基坑周围建筑物较多，地下管线情况复杂，为了处理基坑降水对周边环境造成的影响，应根据控制要求设置应急回灌井，尽量减少基坑降水对周边建筑物产生的影响。

2）该工程承压水降低幅度大，基坑开挖前需对各主要的含水层段的封闭性进行评估，同时在坑外针对承压含水层单独设置水位观测井兼回灌井。工程需要进行降水验证实验，检验围护内的降水效果，判定止水帷幕的整体隔水性能。

3  基坑降水数值模拟

3.1  地下水运动数学模型

在减压降水设计中，考虑水力联系将各含水层组纳入模型参与计算，为克服由于边界的不确定性而导致的计算结果的任意性，固定水头边界应远离源项和汇项。本次模型计算尺寸3 000 m×2 000 m，四周均按定水头边界处理。根据上述概念模型建立相应的数学模型如下

式中：S为储水系数；Sy为给水度；M为承压含水层单元体厚度，m；B为潜水含水层单元体地下饱和厚度，m；kxx、kyy、kzz分别为各向异性主方向的渗透系数，m/d；h为点（x，y，z）在t时刻的水头值，m；W为源汇项，1/d；h0为计算域初始水头值，m；h1为第一类边界的水头值，m；Ss为储水率，1/m；t为时间，d；Ω为计算域；Γ1为第一类边界。

3.2  渗流数值模型建立

对渗流区进行离散后，采用有限差分法将上述数学模型进行离散后得到数值模型，以此为基础编制计算程序，可以计算、预测降水引起的地下水位的时空分布，为计算工期，验证降水施工方案的可行性提供数据支撑。模型范围及网格剖分：范围取3 000 m×2 000 m，垂向深度取50 m，划分为6大层，主要含水层细分为多个亚层。离散模型图如图1所示。

3.3  数值模拟分析结果

1）泵站降水：小里程泵站降水为敞开式降水，根据模拟计算，需要在小里程泵站基坑内设置6口降压井，1口观测兼备用井。开启抽水后2 d，承压水位降深预测情况如图2所示。基坑水位降深约为3.9 m，满足了降水施工的设计要求。

2）NMW12区域基坑：该区域降水为敞开式降水，根据模拟计算，需要在该区域基坑内设置5口降压井，1口观测兼备用井。开启抽水后2 d，承压水位降深预测情况如图3所示。基坑水位降深约为0.9 m，满足了降水施工的设计要求。

3）NMW13—NMW26区域基坑：该区域降水为封闭式降水，根据模拟计算，需要在该区域基坑内设置24口降压井，5口观测兼备用井。开启抽水后2 d，基坑水位最大降深约为14 m，满足了降水施工的设计要求。

4）NMW27—NMW28区域基坑：该区域降水为封闭式降水，根据模拟计算，需要在该区域基坑内设置4口降压井，1口观测兼备用井。开启抽水后2 d，基坑水位最大降深约为16.3 m，满足了降水施工的设计要求。

4  降水验证试验

4.1  试验设计

根据抽水试验内容，确定本次抽水试验的试验设备需要深井水泵（10T水泵/25T）水泵和水位计。抽水观测时间按开泵后规定的时间间隔进行，水位观测时间间隔为：5、10、20、30、40、50、60、90、120、180、240、300 s，以后每隔120 min观测一次，至900 s后每240 min观测一次直至抽水停止。停止后观测水位的恢复情况，水位恢复的观测间隔与抽水时相同。抽水井号为Y31—Y35，观测井号为坑内：YG7、HG60—HG63、坑外：HG70—HG73，恢复试验通过YG7观测。

4.2  降水试验

群井抽水5 h后各观测井的水位随时间变化的图像如图4和图5所示。经过5 h的抽水井抽水后，坑内观测井水位埋深为18.34～22.17 m，满足埋深所需最大值17 m的要求。本次承压水群井抽水试验期间，坑外观测井水位降深值为2.51～2.96 m，综合判断在现有地下连续墙条件下，基坑内外土体存在水力联系。

4.3  降水恢复试验

持续抽水5 h后，对其停止抽水，监测观测井水位恢复上升值，群井回复观测记录表见表2。

5  结论

根据对该工程施工技术以及数值模拟和降水验证试验的分析，可以得出以下结论。

1）在采用管井降水的方法进行临近建筑物的基坑降水施工工作时，可以通过多设置回灌井，合理利用止水帷幕的方法来调控地下水位和减少渗流，从而减少基坑降水施工可能引发的不均匀沉降，降低对周边建筑物的影响。

2）根据数值分析结果，在现有降水井工作条件下，泵站降水降深约3.9 m，NMW12基坑区域降水0.9 m，NMW13—NMW26区域基坑最大降水14 m，NMW27—NMW28區域基坑最大降水16.3 m，均满足降水施工的设计要求。根据各区域承压水降深等值线图，基坑降水对周围环境的影响在控制范围内。

3）根据降水验证试验，最大水位降深为16.83 m，满足降水施工设计的要求，观测井5 h水量恢复占总抽水降深的57.2%，综合判断基坑内外土体存在水力联系，应根据实验结果设置止水帷幕。

参考文献：

[1] 于方舟.周边环境复杂条件下深基坑施工技术要点分析[J].城市建设理论研究（电子版），2023（21）：125-127.

[2] 朱大鹏，谢昌建，杨阳.深基坑开挖及降水诱发邻近建筑物变形破坏机理及影响因素[J].科学技术与工程，2022，22（3）：1166-1172.

[3] 陈小羊，徐桃，张浩，等.改进型管井降水技术的研究与应用[J].隧道建设（中英文），2020，40（3）：411-416.

[4] 何义，彭涛，毛洪运，等.复杂水文地质条件下基坑降水应用研究[J].工程勘察，2020，48（6）：39-42，78.

[5] 厉立兵，侯兴民，李远东.一种基坑降水影响半径的有限元计算方法[J].岩土力学，2021，42（2）：574-580.

[6] 王晓华，杨光，贾文彪，等.考虑土体水平变形下的基坑降水诱发的地面沉降简化计算[J].施工技术（中英文），2022，51（10）：65-71.

[7] 陈松，王巧文，刘春峰.深基坑降水方案优化研究与数值模拟[J].公路，2021，66（12）：304-308.