软土地层中深基坑降水技术探析

摘 要：软土地层中深基坑降水技术对工程建设尤为重要，降水方案设计的合理性和可行性是解决地下水问题重要环节。本文以某地铁车站降水工程为例，对软土地层中深基坑降水技术进行了探析，对今后类似深基坑降水工程具有一定的参考价值。

关键词：软土地层；深基坑；降水

一、工程概况

该地铁站为地下二层岛式车站，总长350m，埋深为16.81m（车站中心里程处），标准段基坑深约16.3m，端头井基坑深度约17.9m，主体围护采用800mm地下连续墙围护，标准段主体围护深度约35.4m，端头井主体围护深度约36.9m。

车站位于软土地层中，场区存在承压水，对本工程有影响的承压含水层为⑧3圆砾、砾砂，车站基坑开挖时，坑底土体抗承压水头的稳定性系数小于1.1，需要进行降承压水处理。

二、降水目的

根据软土地层中深基坑的开挖及基础底板结构施工要求，本方案设计降水的目的为：1）疏干开挖范围内土体中的地下水，便于基坑内施工作业；2）降低坑内土体含水量，提高坑内土体强度；3）降低下部承压含水层的水头高度，防止基坑底板管涌、突涌等不良现象的发生，确保基坑底板的稳定性。

三、基坑底板抗突涌稳定性验算

基坑开挖后，基坑与承压含水层底板间距离减小，相应承压含水层上部土压力也随之减小；当基坑开挖到一定深度后，含水层承压水顶托力可能大于其上覆土压力，导致基坑底部失稳，严重危害基坑安全。因此，在基坑开挖过程中，需考虑基坑底部承压水的水压力，必要时按需降压，保障基坑安全。本工程对基坑安全有影响的深部承压含水层为第⑧3砾砂、圆砾层，初步勘察资料显示，该层的层顶埋深标高约为-29.95～-32.80m，勘探孔揭露的层厚约为5.50～13.30m，针对该层进行基坑抗突涌性验算时，选取参考孔显示承压含水层⑧3层的层顶埋深标高为-29.95m，初始水位埋深标高暂取-0.19m（埋深2.67m），上覆土的平均重度暂取17.5kN/m3。计算该承压含水层组承压水的顶托力：

Pwy=F·γw·h=1.1×10×（29.95-0.19）=327.36 kPa

当承压水顶板处上覆土压力等于承压水的顶托压力时（安全系数为1.1），可计算出临界开挖深度（即需要开始降压的开挖深度），即：

F·γw·hw =h0·γs

根据以上公式计算得出，h0=13.72m（绝对标高为-11.24m）。

当基坑开挖深度等于或大于13.72m时，需降低承压水的水位；反之，则不需要。本工程基坑开挖深度约为16.29～18.714m，均大于基坑临界开挖深度。因此，本工程基坑施工过程中需降低承压含水层⑧3层的水位。

四、降水方案设计

（一）疏干井设置

基坑的开挖需要及时疏干开挖范围内土层中的地下水，降低围护范围内基坑中的地下水位，保证基坑的干开挖施工的顺利进行。因此，开挖基坑前，需要布设若干数量的疏干井，对基坑开挖范围内土层含水进行疏干。

场地上部土层基本上为粘性土，含水量大，渗透性差，采用重力自流短期内疏干潜水具有一定的困难，因此疏干需采用真空降水方法，提高降水井的工作效率。根据JGJ/T111-98《建筑与市政降水工程技术规范》和多年降水工程实践并结合该工程所处地层情况设计疏干降水方案。

根据本工程地质特征，本次降水工程疏干降水井单井有效抽水面积a井取200。降水井深度结合基坑开挖深度及地层分布情况确定。基坑端头井均已做加固处理，故暂不考虑布设疏干井。坑内疏干井数量按下式确定：

n=A / a（井）

式中：n——井数（口）；A——基坑需疏干面积（m2）；a井——

单井有效疏干面积（m2）；

考虑本车站底板位于淤泥质粉质粘土上，坑内采用三轴搅拌桩加固，基坑内加固深度为坑底下3m，标准段为抽条加裙边加固，端头井采用满堂加固；基坑外加固采用旋喷桩加固，加固深度为地面下5m至坑底下3m。标准段的加固体将基坑分割为数个单元格，考虑在未加固的单元格内布置疏干降水井，端头井不再布置降水井。疏干井布设时，井间距约为20m避开加固体后，实际井数为18。

疏干井深度量的确定：考虑降水漏斗的形成及经济合理，疏干井深度一般比基坑开面深约6.0～7.0m，但在西端头井位置，同时结合基坑开挖深度，本车站疏干井的深度设计为24.00m。

（二）降压井方案设计

在无止水的情况下采用根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）同浙江省标准《建筑基坑工程技术规程》（DB33/T1008

-2000）中基坑涌水量公式：

根据以上公式，计算得出：西端头井位置基坑涌水量约为3176.37；标准段位置基坑涌水量约为11416.83；东端头井区域基坑涌水量约为2985.89；

根据设计说明中对承压含水层砾砂、圆砾层的描述，结合降水施工经验，综合考虑基坑开挖深度、地层情况以及围护深度等因素，降水方案采取坑内外相结合的降水方式，单井出水量按照经验取50T/h，即1200T/d。

根据以上理论计算，本工程要满足基坑抗突涌性的要求，需设计8口降压井，另外，基坑长度较长约350m，需在坑内布置降压备用兼观测井3口，即本工程共布置11口层降压井，由于承压含水层的埋深较深约32.43～35.28m，层厚较厚，根据现有资料揭露该层的厚度约5.5～13.30m，但未将该层钻穿，因此，降压井的深度暂设计为42.00m。

五、结语

目前，该车站基坑开挖已经完成，按照上述降水布设方案，效果良好，达到了预期目的。深基坑降水工艺应依据工程地质及水文地质条件，并考虑环境条件，在确保基坑工程施工安全的前提下，确定降水方案。在场地含有承压水时，可根据场地实时承压水头的实测埋深，计算设置参数，进行降水过程中基坑坑底稳定性验算，根据计算分析结果合理进行减压降水设计。

参考文献：

[1] GB50299-2003地下铁道工程施工及验收规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

[2] 建筑与市政降水工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[3] 建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）[S].

[4] 杨根芳.深基坑真空井点降水技术的应用与研究，工程技术，2009.

作者简介：杨飞（1983-），男，毕业于长安大学，工程师，现就职于西安地下铁道有限责任公司。