富水砂卵石地层基坑降水工程的设计与施工

袁向东

【摘  要】深基坑降水是确保工程安全的重要工程技术措施。论文以成都地铁4号线二期南熏大道站基坑降水工程为例，论述了基坑降水方案设计方法，得到了基坑涌水量及降水井数量。通过南熏大道站基坑降水工程实践，效果显著，可为成都地区富水砂卵石地层类似工程基坑降水提供技术参考。

【Abstract】Deep foundation pit dewatering is an important technical measure to ensure engineering safety. Taking the foundation pit dewatering project of Nanxun Dadao station in the second phase of Chengdu Metro Line 4 as an example， this paper discusses the design method of foundation pit dewatering scheme， and obtains the water inflow of foundation pit and the number of dewatering wells. Through the practice of foundation pit dewatering in Nanxun Dadao station， the effect is remarkable， which can provide technical reference for similar projects of foundation pit dewatering in water-rich sandy pebble stratum in Chengdu area.

【關键词】富水砂卵石地层;基坑降水;设计;施工

【Keywords】water-rich sandy pebble stratum; foundation pit dewatering; design; construction

【中图分类号】U231+.3                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）12-0188-03

1 工程概况

成都地铁4号线二期工程西延线主要位于成都市温江区与青羊区，线路全长10.923km，起于温江大学城站，出站后沿海科路、南熏大道和光华大道，由西向东敷设至一期工程起点（公平站）。

南熏大道站位于光华大道三段与南江路交叉路口，车站全长186.6m，标准段宽度为19.9m，顶板覆土厚度为2.7～3.2m，底板埋深为16.2～17.8m，为岛式车站，双层双跨结构。

2 工程地质及水文地质概况

2.1 地形地貌

南熏大道站地形总体较平坦，房屋分布密集。该车站位于川西成都平原岷江水系Ⅰ级阶地，为侵蚀～堆积地貌，地形平坦、开阔，地面高程538.42～539.96m，绝对高差为1.54m。

2.2 岩土分层及其特征

南熏大道站场地土主要由第四系全新统人工杂填土（Q4ml），第四系全新统冲积（Q4al）粉质粘土、卵石土，第四系上更新统冰水沉积、冲积层（Q3fgl+al）砂土、卵石土组成。各层土的构成和特征分述如下：

<1-1>人工填土（Q4ml）：黄褐、灰褐等杂色，稍湿，松散～稍密，主要由砂土和卵石组成，卵石含量变化大，局部地段含混凝土碎块等建筑垃圾。该层土均匀性差，多为欠压密土，结构疏松，多具强度较低、压缩性高、受压易变形的特点。层厚1.0～3.4m。

<2-4-2>砂质粉土（Q4al）：灰、灰黄色，松散，稍湿～潮湿，呈粉粒状、手捻呈粉末状，呈透镜体零星分布于地表，厚0.5～1.95m，埋深1.0～2.5m。

<2-6-1>中砂（Q4al）：褐色，潮湿，密实，由长石、石英等矿物颗粒组成，呈透镜状分布于卵石土中，层厚0.5m。

<2-9-1>稍密卵石土（Q4al）：青灰、灰白、灰褐色，稍密，潮湿，漂卵石含量60%～80%，余多为中砂充填，卵石粒径一般在4～16cm，漂石含量为4%～10%，粒径一般为20～30cm，石质以花岗岩、砂岩为主，磨圆度较好，分选性较差。层厚0.4～4.8m，本层多分布在人工填土层下，埋深1.3～3.4m。

<2-9-2>中密卵石土（Q4al）：杂色，潮湿～饱和，中密，漂卵石含量占65%～80%，卵石粒径一般在4～15cm，余多为中砂充填，漂石含量5%～12%漂石，石质以花岗岩、砂岩等硬质岩为主。磨圆度较好，分选性较差。岩石坚硬程度分类为坚硬岩。层厚1.3～5.5m，埋深4.2～7.7m。

<2-9-3>密实卵石土（Q4al）：杂色，饱和，密实，漂卵石含量占75%～85%，其余为中砂充填，卵石粒径一般在4～15cm，漂石量含5%～18%漂石，局部地段富集，漂石粒径一般为20～30cm，石质以花岗岩、砂岩为主，磨圆度较好，分选性较差。岩石坚硬程度分类为较硬岩～坚硬岩。该层厚1.5～7.8m，埋深7.0～11.7m。

<3-5-2>中砂（Q3fgl+al）：灰褐、灰黄色，饱和，密实，由长石、石英等矿物颗粒组成。呈透镜状分布，层厚0.4～1.1m。

<3-8-3>密实卵石土（Q3fgl+al）：青灰、灰黄色，饱和，密实，漂卵石占80%～90%，卵石粒径4～15cm，漂石含量为5%～20%，局部地段富集，粒径多为20～30cm。主要成分为花岗岩、石英砂岩等，磨圆度较好，多呈亚圆形，部分圆形，分选性差。岩石坚硬程度分类为坚硬岩。埋深13.4～31.4m。

2.3 水文地质概况

南熏大道站地下水主要赋存于第四系全新统、上更新统卵石土中，水量丰富，含水层总厚度大于30m，主要为孔隙潜水。车站基坑范围内卵石土层渗透系数为23～35m/d，为强透水层;砂层渗透系数为3.5～6m/d，为中等透水层。表层杂填土为弱透水层，地下水含量甚微，对工程影响较小。本车站主体结构基本位于该层砂、卵石土中，受地下水影响大。

南熏大道站地下水总的规律是水位西北高、东南低，地下水位浅，水位变幅小，随季节性变化不明显。根据水文地质资料，成都地区丰水期一般出现在每年7～9月份，枯水期多为每年1～3月份。丰水期地下水位埋深一般为2～3m，水位年变化幅度为2～3m。

3 降水工程设计

3.1 降水方法选择

根据地下水类型（孔隙潜水）、基坑形状（矩形）、降水深度及含水层构造等特点，参照《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB 50307—2012） 第10.5.2条规定，南熏大道站采用管井降水[1]。

3.2 计算模型及计算参数

按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012）的规定，南熏大道站按照均质含水层潜水非完整井计算基坑涌水量，计算模型如图1所示。

图1  基坑涌水量计算模型

南熏大道站采用明挖法施工，基坑长度L=186.6m，宽度B=19.9m，所有参数均取最不利值，渗透系数k取35m/d，含水层厚度H0取30m，设计降深Sd=17.8-5+1=13.8m（车站丰水期地下水位埋深一般为5m，基坑开挖平均深度为17.8m，水位降至基底设计高程下1m），基坑中心距降水井距离S0=B/2+4=13.95m，水力坡度i取0.1，水位降深Sw=Sd+S0×0.1=15.2m，影响半径R=2Sw=985m，过滤器进水部分长度l=5m。

3.3 降水计算

①涌水量计算

式中，Q为基坑涌水量，m3/d;k为渗透系数，取k=35m/d;hm为含水层厚度与降水后基坑内水位高度之和的1/2，取22.53m;H0為含水层厚度，按30m考虑;h为降水后基坑内水位高度，取15.06m;R为降水影响半径，R=2Sw=985m;r0为基坑等效半径，r0=34.4m;l为过滤器进水部分长度，取l=5m;经计算：Q=19622m3/d。

②单井出水量

式中，q0为单井出水量，m3/d;rs为过滤器半径，取rs=0.15m;l为过滤器进水部分长度，取l=5m;k为渗透系数，取k=35m/d;经计算：q0=925m3/d。

③降水井数量

式中，n为降水井数量，口;q0为单井出水量，m3/d;Q为基坑涌水量，m3/d;经计算：n=24口。

④确定井深

降水井的深度按《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T 111—98）公式（6.3.2）计算：Hw=Hw1+Hw2=Hw3+Hw4+Hw5+Hw6

式中，Hw为降水井深度，m;Hw1为基坑深度m，取17.8m;Hw2为降水水位距设计基底开挖要求深度，取1m;Hw3为Hw3=i×r0，i为水力坡度，取0.1;r0为降水井排间距的1/2或基坑等效半径，取值0.1×1/2×28=1.4m;Hw4为降水期间的地下水位变化幅度，取3m;Hw5为降水井过滤器工作长度，取5m;Hw6为沉砂管长度，取2.5m;经计算：Hw=30.7，取Hw=32.5m。

3.4 降水井布置情况

根据基坑涌水量和单井流量推算降水井布置情况：南熏大道站布置降水井24口，井深32.5m，盾构扩大端及车站集水井局部加深部位降水井深35m;井间距17～20m。根据车站结构及其围护结构的特点，考虑地下结构施工操作空间及尽量避免降水井置于结构中（以免与主体结构施工发生矛盾）。因此，降水井中心距围护结构外边缘不小于2.5m。

4 降水井施工

4.1 施工工艺流程

降水井施工工艺流程如图2所示。

4.2 主要施工方法

4.2.1 降水井成孔

降水井采用旋挖钻机成孔，成孔孔径为0.8m。钻孔过程中每间隔1～2m检查一次成孔垂直度。成孔后，应采用测绳下挂0.5kg重锤球检查孔深、垂直度，核对无误后进行清孔，将孔底淤泥、沉渣清理干净，经验收合格后方可进行井管的安装[2]。

4.2.2 井管制安

降水井井管采用内径为30cm的无砂砼管，由沉砂管、滤水管和实管组成，自井口以下0～3m使用粘土封井，3m以下至井底填充砂砾石滤料。井管下放前，滤管由外至里包裹50目尼龙网、100目尼龙网。井管安装根据井管总长度和井管吊装设备的起吊高度，分别采用分段制作安装和整体制作安装2种方式。当采用分段制作安装时，需在孔口采用搭接焊连接，当第一节井管入孔后在孔口部位架立钢扁担，然后起吊第二节井管与第一节井管搭接焊连接固定，2节井管搭接接头需相互错开50%以上，连接完成后重新补做抱箍及缠绕滤网。井管安装应位于井孔中心，井管下放时应竖直，2名工人在孔口扶住井管缓慢下放，避免碰撞孔井壁，安装完成井管口应高出地面不少于20cm。

4.2.3 滤料填充

井管安装完成后，将带喷头的活塞下放至井内，活塞距井底0.5m，然后使用高压泥浆泵向井内注入清水稀释泥浆，当泥浆相对密度达到1.06～1.08时，开始人工回填砂砾滤料。砂砾滤料应具有一定的磨圆度，滤料含泥量（包括含石粉）≤3%，粒径5～10mm。为避免滤料下沉过程出现蓬堵架桥现象，回填速度一般为每小时5～6t，滤料实际填充量应不少于计算量的95%，距孔顶1.5m范围内用粘土填实夯平。

4.2.4 洗井

井管埋设、滤料填充完成后应立即进行洗井，成井与洗井时间间隔不超过8h。洗井时往井内回灌清水，并用深井泵（扬程>35m）抽水洗井，直至水清砂净，上下含水层地下水串通，洗井过程中应做好水位及出水量变化观测。

4.2.5 井点降水及监测

降水采用9.2kW潜水泵，扬程为39m，设计流量为50m3/h。下泵前，应对水泵及排水管道螺栓封口进行检查，查看是否漏油、漏水，同时进行试抽确保运转正常。下泵和运转期间，严禁电缆受力，应将绳索栓在水泵吊耳上，下至设计深度后将泵体悬吊固定。①降水开始前，所有抽水井、观测井应统一编号、统一基准点、统一联测静止水位。②抽水开始后，在未达到设计水位降深前，应每天观测至少2次，当达到设计水位降深且水位趋于稳定时可每天观测1次，在雨季时应加大观测频次，每日应2～3次，抽出的地下水需经三级沉淀后方可排入市政管网。③降水过程中，应每3天进行含砂量测试，确保含砂量不得大于0.05%。降水期间应设置水位自动控制装置，并配备双电源，安排专人进行管理，及时记录水位变化、进行抽水量监测，绘制抽水量与时间和水位降深值与时间过程曲线图，分析地下水位下降趋势，预估达到设计降水深度要求所需时间。根据水位、水量观测记录，及时发现降水过程中的不正常状况并查明其产生的原因，提出调整、补救措施，确保达到设计降水深度。④施工期间必须加强对基坑降水的管理，以免影响基坑开挖及主体结构的正常施工，并减少降水对周边管线及建构筑物的不利影响。

4.2.6 排水管路施工

①管路布设。南熏大道站降水井及排水沟均采用地下暗埋，井内排水管采用与水泵配套的DN80mm钢管，降水井抽出的地下水经DN80mm钢管排至设置于场地四周的排水沟中，排水沟尺寸为50cm×50cm。抽出的地下水经排水沟汇集至沉淀池，经沉淀池三级沉淀，含砂量符合要求后经5根DN200mm钢管排至就近的市政雨水检查井。②施工方法。第一，开挖管沟时，土堆底部距沟边距离不得小于1m，管沟开挖及回填应连续进行，尽快完成。如不能及时回填，管沟两侧需采取支护措施，防止雨水流入管沟内，以免边坡塌方或基土遭到破坏。第二，集水井、沉淀池及排水沟均采用砖砌，底部浇筑15cm厚C25混凝土基础，侧壁涂抹防水砂浆，顶部覆盖承重钢筋混凝土盖板，顶面标高必须与路面齐平。三级沉淀池的长宽深为3m×2m×0.8m，沉淀池中攔水埂高度0.7m，池四周设置防护栏杆。池内悬浮物过滤筛采用钢筋焊接而成，钢筋间距为2.5cm;池顶防护采用Φ12钢筋网片焊接，间距为8cm×8cm。第三，铺设排水管。排水管采用DN80mm钢管，经排水沟排至沉淀池，经沉淀后排入附近的雨水检查井。

4.2.7 降水维护管理

降水期间应加强水泵运行状况检查维护，每天不得少于2次，重点做好水泵出水情况和工作压力、电机电压电流等观测记录，发现问题及时处理，确保水泵始终处于正常运行状态。做好抽水设备的定期保养工作和井口防护，防止杂物掉入井内。排水管沟应及时清掏，防止堵塞、渗漏。若发生基坑渗水、涌砂等异常情况，应立即查明原因，组织处理。停电时，应立即启动备用发电机，保证正常降水。

4.2.8 后期处理

基坑降水施工完成后，应尽快拆除水泵、电缆、泵管等，进行降水井回填。回填采用C20混凝土回填，并振捣密实。

5 结语

富水砂卵石地层基坑开挖及主体结构施工成功的关键在于降水方案是否科学合理。只有采用科学合理的降水施工方案，才能避免因降水问题而造成的事故，确保施工安全，保证工程进度，提高施工质量。在参建人员的共同努力下，南熏大道站基坑降水设计与施工取得了良好的效果，为车站基坑土石方开挖及主体结构施工打下良好的基础。

【参考文献】

【1】曹来虎.建筑工程中深基坑降水设计探讨[J].工程建设与设计，2011（01）：85-87.

【2】贺细坤，唐毅辉.基坑工程中管井井点降水的应用实例[J].水文地质工程地质，2003（02）：80-82.