郑州某地铁车站深基坑降水方案设计

周　闪　杜明芳　赵晓伟

(河南工业大学土木建筑学院，河南郑州　450001)



郑州某地铁车站深基坑降水方案设计

周闪杜明芳赵晓伟

(河南工业大学土木建筑学院，河南郑州450001)

结合郑州地区某地铁车站的工程地质和水文地质条件，选取合适的基坑降水参数，进行车站基坑降水方案设计，保证基坑工程的安全施工，并将止水帷幕与管井相结合的降水方式在郑州类似工程进行推广应用。

郑州地铁车站深基坑降水设计

1　工程概况

该车站位于郑州市商务外环路与众意西路交叉口，为地下两层三跨岛式车站。车站长度为140m，站台宽11m，车站外包总长226.0m，标准段外包总宽20.1m，采用钻孔灌注桩加钢支撑的支护形式。车站主体采用明挖法(局部盖挖法)施工，标准段基坑开挖深度为16.64m，端头盾井处开挖深度为18.88m。

1.1工程地质条件

该车站场地属于黄河冲洪积平原，场地30m深度范围内主要为第四系全新统(Q4)地层，车站范围内地层岩性从上到下依次主要为：0～10m砂质粉土、黏质粉土、粉质黏土，夹有粉砂、细砂，为中密—密实细砂。

车站底板位于第②34黏质粉土层；止水帷幕底位于第③23A黏质粉土层。

1.2水文地质条件

本车站基坑下的地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙潜水，含水层主要赋存于黏质粉土、粉质黏土层中，实测地下水位埋深约4～5m。微承压水主要赋存于细沙中，根据勘测抽水试验及区域水位地质资料，承压水静水位埋深14m左右，承压水头4m左右。受地形地貌、地层岩性、地下水补给来源的因素影响，地下水年变化幅度为1.5～2m。地下水的补给主要为大气降水和地下水径流补给，以地下水径流为主。

2　基坑降水方案设计

2.1基坑降水的目的和作用[1]

地下水问题是基坑工程中最常见的难题之一[2]。该车站位于郑州东区，地下水位较高，埋深在4～5m，基坑外降水对周边环境的影响较大。本工程采用坑内外降水相结合的方案，保证施工的安全性，减少地下水对结构的浮力，确保地下工程施工的抗浮稳定性。

2.2参数确定

根据室内试验场地抽水试验[3-4]确定潜水层渗透系数。结合郑州地区基坑降水经验，潜水层渗透系数室内及建议值见表1。

2.3管井布置[5]

本工程基坑止水帷幕采用φ850@600mm三轴搅拌咬合桩，该工法桩垂直度好，桩间咬合紧密，桩身达32m。设计井径为600mm，过滤器位于地面以下4～23.5m，长19.5m，下设沉淀管3m。滤管外缠100目的尼龙滤网，距地面深度约26.5m，滤管与井壁空隙采用级配碎石回填。

表1　渗透系数

(1)封闭式降水抽水量验算

搅拌桩[6]作为隔水帷幕将潜水层、微承压水层土全部隔断，坑内外地下水失去水力联系，降水效果良好，故基坑内降水管井可根据郑州地区经验布置，本基坑内部管井可采用梅花式，每隔15m布置一口井，共17口井。封闭式降水模式示意如图1。

图1　封闭式降水模式

在无地下水及降水补给的情况下，当地下水位降至基坑底1m时，应抽出水的体积为

(1)

式中W——应抽出水的体积/m3；

F——基坑面积/m2，基坑长度226m，宽度20.1m，F=226×20.1=4 542.6m2；

M——疏干的含水层厚度/m(标准段：16.64-4+1=13.64m)；

r——降水半径/m，r=0.29×(226+20.1)/2=35.6m；

i0——水力坡度，取值0.1；

μ——含水层厚度/m，取0.15m。

将各参数代入公式(1)，可得W=11 725.70m3，分摊到17口管井，每口应抽出的水量为689.75m3。

允许井壁进水流速Vj=70.65m/d；

实际进水流速

(2)

式中，Q为设计单井出水量/(m3/d)，考虑配置10m3水泵，设计单井出水量为240m3/d；Dk为井径(0.6m)；L为过滤管长度(3m)。

由以上可得，实际进水流速为42.46m/d<70.65m/d，实际配置管井满足抽水量要求。

(2)无止水帷幕基坑涌水量验算

本工程止水帷幕采用三周水泥搅拌桩，考虑地层差异性及施工因素等，止水帷幕或存在渗漏水现象未能截断地下水的补给。以下对无止水帷幕下的降水效果进行进一步分析。

群井按大井简化的均质含水层承压水非完整井的基坑降水涌水量[4]，可按下式计算

(3)

式中Q——基坑涌水量/m3；

K——土层渗透系数，取13m/d；

M——承压水层厚度，取11m；

S0——基坑地下水位降深，取13.64m；

l——过滤器在承压含水层进水部分长度，取4m；

R——影响半径，根据经验公式取236m；

r0——基坑等效半径，0.29×(226+20.1)=71.37m。

代入公式(3)，可得基坑总涌水量为8 104.15m3。

因考虑群井抽水，参考《建筑与市政降水工程技术规范》(JGT111—1998)，群井抽水中水位干扰影响最大井的出水能力为q=4×315×24/100=302.4m3/d。

管井配置数量为：n=1.1Q/q=29.48≈30口。

考虑止水帷幕施工的差异性[7]，以及涌水量计算的差异性[8]，结合郑州地区基坑降水施工经验，在基坑外部每隔20m设置一口管井，共设置26口作为安全储备。

基坑外部降水根据基坑内管井抽水效果实测坑外降水井水位情况，若水位下降超过50cm/d、或累计下降超过100cm，说明止水帷幕有个别地方渗漏，应同时启动相近坑外降水井。基坑内外管井布置如图2。

图2　管井布置

(3)排水路径

基坑北侧设置直径为350mm的排水暗管(钢管)，每隔30m设置砖砌集水井，经沉淀后流入场地内现有市政雨水管道。

3　降水监测

3.1对周围环境的监测[9]

基坑监测贯穿于基坑工程施工的全过程。对于本基坑工程而言，安全等级为一级，基坑监测频率按表2进行。

表2　监测频率

3.2含水层地下水位的监测[10]

地下水位的监测主要是管井降水位的测量，地下水水位测量是控制地下水是否达到目的的主要措施。水位测量主要通过水位观测孔进行，降水工程中设置数只水位观测孔是必要的，同时也可以通过备用降水井和未抽水的降水井进行水位观测。

3.3抽水量的监测

认真做好抽水记录，根据抽水时间计算排水方案，根据运转井的数量和时间确定每天抽取地下水的总量。

4　结论

(1)深基坑所处地质状况复杂，各地层含水情况不均，基坑降水参数选取难度很大，正确的选择参数对基坑降水设计有重要的意义。

(2)基坑内布设排水暗管和集水井，以应对暴雨或其它突然而来的明水。

(3)监测数据表明，该基坑周边建筑物、地下管线、地表沉降等均在可允许范围内，基坑开挖降水对周边建筑物、管线、道路没有造成不良影响。

(4)止水帷幕和管井相结合的降水方案，可阻止基坑外地下水向基坑内的渗入，减少基坑内的涌水量，可缩短基坑降水的工期，减少对周边环境的影响。该方案可在郑州地区地铁建设中推广使用。

[1]吴林高，等.工程降水设计施工与基坑渗流理论[M].北京：人民交通出版社，2003

[2]吴昌瑜，李思慎，谢红.深基坑开挖中的降水设计问题[J].岩土工程学报，1999(3):92-94

[3]姚天强，石振华.基坑降水手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2006

[4]郭爱侠.西安地铁二号线北客站基坑降水工程单井多落程抽水试验研究[J].中国水运，2008，8(6):241-242

[5]GB50296—2014管井技术规范[S]

[6]钱万周.深层搅拌桩止水帷幕在软土地层施工中的应用[J].山西建筑，2008(25)：115-116

[7]张宾.某地铁站深基坑旋喷桩止水帷幕施工技术分析[J].四川建材，2014(6)：184-185，187

[8]石中平.关于基坑涌水量计算有关问题的讨论[J].工程勘察，2012(3)：44-49，53

[9]王文峰.对基坑降水引起周围建筑物沉降的预测及其防治措施[J].铁道勘察，2013(4)：48-50

[10]乔玉荣.某U形槽基坑工程地下水控制措施研究[J].铁道勘察，2015(1)：71-72，80

[11]中国建筑科学研究院.JGJ120—2012建筑基坑支护技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社，2012

[12]建设部综合勘察研究设计院.JGT111—98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

Deep Foundation Pit Dewatering Design of Subway Station in Zhengzhou

ZHOU ShanDU MingfangZHAO Xiaowei

2016-03-04

周闪(1991—)，男，硕士研究生。

1672-7479(2016)04-0058-03

TU46+3

B