软弱土层深基坑降水工程施工技术研究

张睿强

中铁二十局集团第一工程有限公司，中国·江苏 苏州 215151

基坑降水；疏干降水；减压降水；地下水回灌

1 引言

目前中国城市基础设施和交通网络建设活动展现出迅猛的发展势头，地下空间的开发利用能为城市生活提供巨大的活动场所，地下工程的施工建设发展迅速。

基坑工程作为地下空间开拓的主要控制环节，为工程施工安全和结构质量提供保障。在中国沿海地区等经济发达地区，地下水位较高，基坑周边环境复杂，且部分承压含水层承压水头较高，复杂的环境需要完善的技术方案为支撑，保证工程建设质量。地下水是影响基坑工程的主要因素，基坑降水不仅能够提供干作业环境，更是基坑整体稳定的前提保障。

论文以中国苏州市轨道交通工程星塘街车站基坑降水工程为例，通过疏干降水、减压降水、回灌保证等技术措施，结合现场相关测量数据及工程效果，探讨深基坑降水工程的技术方案。

2 工程概况

2.1 项目简介

星塘街车站是中国苏州市轨道交通5号线的一个换乘折返车站，与既有运营1号线正交，本期预留两处换程节点。车站外包总长度为491.713m，标准段结构宽度为22.1m，开挖深度24.1m-25.2m；端头井处结构宽度为26.2m，开挖深度为25.3-25.7m。车站主体结构为地下三层双柱三跨闭合框架结构，车站采用明挖顺做法施工。

2.2 基坑围护结构

基坑采用地下连续墙+内支撑的围护方案。

车站标准段与端头井段均采用1000mm 厚地下连续墙，地墙接头为工字钢接头，竖向设置6 道支撑，其中第一道、第四道支撑为钢筋砼支撑，其余均为钢支撑；竖向支撑系统采用格构柱，立柱桩为∅850 钻孔灌注桩；基坑地下连续墙加深已隔断承压。

2.3 工程地质条件

星塘街车站地质勘查75.00m 深度范围内地基土属第四纪湖相、河泛相、河口～海湾相、滨海相、河口三角洲相及冲击相沉积物。主要由粘性土、粉土及砂土组成，一般呈水平向分布。

车站基坑底板主要落在⑤1层粉质粘土，北侧端头部分位于⑤2层粘质粉土夹粉质粘土，局部位于⑤2层粘质粉土夹粉质粘土。

2.4 水文地质条件

本车站范围内地下水类型主要为松散岩类孔隙水，按形成时代、成因和水理特征可划分为潜水含水层、微承压水含水层及承压水含水层。

其中与本工程建设密切相关的含水层为潜水含水层；第③3层、④2a层及中部第⑤2层微承压含水层；第⑦2a层、⑦2层、⑦4层及⑨层承压含水层。

根据本工程地质勘察报告数据所述，⑦2a层、第⑦2层及⑦4层之间水力联系较为密切，其余各微承压水和承压水含水层之间水力联系较弱。场地第⑦2a层及⑦2层承压水水位埋深为3.51m，相应绝对标高为0.43m，第⑨层承压水水头埋深一般在11.0m 左右。

3 基坑降水方案深化设计

本车站采用地下连续墙围护结构，土方开挖深度范围内潜水、微承压水内外联系均已被切断，采用坑内疏干降水方法，抽排基坑开挖范围地下水。

本期车站基坑与既有1号线对接，虽然5号线地下连续墙已经完全隔断第⑦2a 承压水含水层，但是由于1号线地下连续墙基底未能完全封闭⑦2a层承压水，遗留孔隙为0.1-0.36m 之间，土方开挖阶段须考虑⑦2a层承压降水，避免承压水造成坑底突涌。考虑第⑨层承压水对坑底突涌的影响[1]。

由于车站基坑周边环境复杂，且临近既有运营1号线，基坑降水可能对周边环境影响较大，采用回灌井对拟降承压水层进行回灌，减少坑内降水对周边环境的影响。

3.1 疏干降水设计

基坑标准段管井伸入基坑底部以下6.0m，疏干井管井直径为0.7m，井壁管采用焊接钢管，直径273mm，壁厚4mm，滤管段采用桥式滤水管，滤水管外包一层30-40 目尼龙滤网，滤水管直径与井壁管直径一致，沉淀管接在滤水管底部，长度为1.0m，沉淀管底口用铁板封死，从井底向上滤管范围内全部回填中粗砂。

疏干降水设计有效疏干面积取200m2，根据基坑工程总面积，设置疏干井54 口，延基坑纵向分2 排布置，距离四周止水帷幕6.0m，管井纵向间距为16-17m。

3.2 承压水降水设计

3.2.1 坑底突涌稳定性计算

对基底下伏的承压含水层进行抗突涌分析，基坑底板抗突涌稳定条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土重应大于承压水的顶托力。即

公式中：Kh——突涌稳定安全系数，Kh不应小于1.1；

D——承压含水层顶面至坑底的土层厚度（m），

γ——承压含水层顶面至坑底土层的天然重度（KN/m3）；对多层土，取按土层厚度加权的平均天然重度（KN/m3）；

wh——承压含水层顶面的压力水头高度（m），（承压水位至承压含水层顶板距离）；

γw——水的重度（10KN/m3）；

aH——基坑开挖底板高程（m）；

bH——含水层顶板高程(m)；

图1 基坑底板抗突涌验算示意图

根据承压水抗突涌稳定性验算，承压水含水层抗突涌稳定性如表1、表2所示。

表1 第9层粉砂抗突涌验算结果表

表2 第⑦2a层粉砂夹粘质粉土抗突涌验算结果表

根据计算结果，第9层承压水层不需要进行进行减压降水，承压水坑底抗突涌稳定性满足规范要求；第⑦2a层承压水须按要求进行减压降水，根据计算设置减压降水，确保基坑安全。

3.2.2 第⑦2a层承压降水设计

为保证⑦2a层承压水不造成基坑突涌，针对⑦2a层承压水设置9 口减压降水井，根据现场实际情况合理均匀布置，减压井分别配置一台4m3/h的泵，设计流量取96m3/d。

减压井管井直径为0.7m，井壁管采用焊接钢管，直径273mm，壁厚4mm，滤管段采用桥式滤水管，滤水管外包一层30-40 目尼龙滤网，滤水管直径与井壁管直径一致，沉淀管接在滤水管底部，长度为1.0m，沉淀管底口用铁板封死。减压井滤管长度根据第⑦2a层含水层厚度确定，除滤管段采用中粗砂回填外，其余部分均采用粘性土回填[2]。

3.3 回灌井设计

由于1号线处地墙未隔断⑦2a层承压水，承压水降水过程对1号线结构影响较大，可能造成1号线结构沉降。为减小坑内降水对坑外影响较大，在与1号线对接位置设置4 口备用回灌井，针对⑦2a层承压水降水造成坑外水位下降较大时启用，回灌井采用常压回灌，回灌水源为市政自来水。

4 基坑降水工程运行方案

4.1 疏干降水运行

正式降水之前，准确测定各井口和地面的标高，测定静止水位，安排好抽水设备、电缆及排水管道，进行降水试运行。其目的是为了检查排水及电路是否正常，排水系统是否完好，保证整个降水系统正常运转。

基坑开挖前20天对坑底进行预降水。通过基坑监测井即时监控地下水位，检验降水效果及止水帷幕质量效果。

坑内疏干降水达到设计高程后停止抽水，疏干管井随基坑开挖进程逐步割除[3]。

4.2 减压降水运行

承压水降水运行控制应满足两个基本要求：其一，通过承压水降水运行，应能保证将承压水位控制在安全埋深以下；其二，从保护基坑周边环境的角度考虑，在承压水位降深满足基坑稳定性要求的前提下，应避免过量抽水、水位降深过大。

每个减压井的水泵出口安装水量计量装置和单向阀，降水运行实行不间断的连续监控。严格遵守“按需减压降水”的原则，根据基坑土方开挖的顺序、方式，制定承压水位降深的运行方案。

4.3 回灌井运行

根据基坑外侧承压水位初值，坑内承压降水造成坑外承压水头降低时启动回灌井，采用常压回灌的方式对承压水层进行回灌，回灌水源选用供水管网自来水。

5 结语

主要针对星塘街车站深基坑降水工程方案设计及运行的讨论，通过现场降水效果核验，结合相关基坑周边环境监测数据分析。

止水帷幕隔断基坑内外水力联系的情况下，采用疏干井降水可满足基坑施工要求，且对基坑周边环境影响较小；在基坑工程须承压降水，且周边环境要求较高时，选择坑内减压降水，结合坑外回灌措施，加强周边数据监测分析，降水效果满足各项指标要求。