基坑降排水方案变更在泵站施工中的应用

刘永飞 LIU Yong-fei；李金丽 LI Jin-li

（中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州 450000）

0 引言

随着国家经济的发展，规划了一批引水调水工程，进而建设了一批泵站枢纽。泵站施工往往具有开挖难、降排水难、对周围环境影响大等特点，尤其是基坑降排水直接决定了基坑工程质量好坏和后续主体工程能否干地施工，对基坑工程的造价和安全也具有较大影响，已成为泵站施工的一项重、难点，因此加强对基坑降排水施工技术管理和风险控制，具有十分重要的社会经济效益。本文以安徽省某跨流域调水项目为例，对基坑降排水方案变更在泵站施工中的应用进行了分析。

1 工程概况

该跨流域调水项目包括两座设计调水流量80m3/s 的泵站，分别为南站、北站，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）相关规定，确定南站、北站主要建筑物为1 级，设计洪水标准为100 年一遇，校核洪水标准为300 年一遇。该项目承担着水利工程优质（大禹）奖或安徽省建设工程“黄山杯奖”（省优质工程）的创优任务，其施工具有极高要求和重要意义。

2 水文地质情况

根据招标文件显示，南站站址区地下水主要以孔隙潜水和孔隙承压水为主。孔隙潜水主要赋存于上部粘性土层中，孔隙承压水赋存于粉细砂层中，中等透水性，渗透变形为管涌型。地下水主要接受河水和大气降水补给，随季节变化明显，汛期河水位高，地下水向远离河流方向运动，枯水期则反之。勘察期间测得钻孔综合水位在20.16～21.00m。站区附近地面高程16.86～21.57m，站址区稳定地下水位埋深为-4.14～0.57m。

北站站址区地下水主要以孔隙潜水和孔隙承压水为主。孔隙潜水主要赋存于上部粘性土层中，孔隙承压水赋存于粉细砂层中（层底高程7.26 ～10.30m、-14.55 ～-12.50m）。地下水主要接受河水和大气降水补给，随季节变化明显，汛期河水位高，地下水向远离河流方向运动，枯水期则反之。勘察期间测得钻孔综合水位在20.25～21.59m。站区附近地面高程24.5m，站址区稳定地下水位埋深为2.91～4.25m。

3 基坑降排水方案初拟

南站主泵房建基面高程约为6.4m，基础主要位于粉细砂层上（层底高程9.16～-3.15m），该层呈中密～密实状态，中等透水性。施工期河道水位20.5m，基坑最大水头14.1m。南站基坑降排水方案布置见图1。北站主泵房建基面高程约为10m，基础主要位于粉细砂层上（层底高程7.26～10.30m），该层呈中密～密实状态，夹砂壤土，中等透水性，地下水补给充沛。北站基坑降排水方案布置见图2。

图2 北站基坑降排水方案布置示意图

由于地下水位较浅，本着“先降水、后开挖”的原则，根据招标文件技术条款和工程量清单要求，项目部拟采用截渗围封为主、深井降水为辅的方式进行基坑降排水。泵站下部砂层较密实，采用三轴水泥搅拌桩截渗墙，桩径850@600mm，墙底深入相对不透水层不小于2.0m。基坑降水为封闭式，根据规范要求与经验，拟按照240m2/口进行布井，降水井采用管径360 的水泥无砂管作为井管，外包60 目尼龙滤网布；泥孔径500；滤料使用中粗砂，每口井投料顶面到地面的距离为3m。

根据基坑面积和单井有效疏干面积计算，南站和北站三轴搅拌桩和降水井工程量如表1。

表1 南站和北站三轴搅拌桩和降水井工程量

4 方案的变更

根据技术方案，南站三轴搅拌桩基坑围封工程量为760*22=16720m2，北站基坑围封工程量为420*18=7560m2，合计工程量24280m2。通过与中国水电基础局有限公司、郑州一建集团有限公司等多家行业内知名的基础施工单位沟通询价，分包单价预计108 元/m2（含桩机进场、就位、钻进、提钻、喷浆、成桩、配合第三方检测及挖机、吊车等大中型机械费用，不含水泥及施工用电）。由于此时项目部供电设施尚未建设，施工所需灰浆搅拌机、泥浆泵、注浆泵等设备需配置50kW 柴油发电机进行供电。经计算，三轴搅拌桩基坑围封所需成本如表2。

表2 三轴搅拌桩基坑围封所需成本

方案在进行项目会审时，笔者注意到三轴搅拌桩基坑围封在合同清单中为总价措施项目：“2.4 北站、南站基坑围封”，合同价为229715.14 元，总价分解表显示工程量仅为2406.15m2。

若按此方案进行施工，合同工程量与实际施工工程量相差太大，施工成本太高，与合同价相比此方案亏损644.22 万元；且三轴搅拌桩施工完成需要28 天以后才可以启动基坑内降水施工，对工期影响也较大。笔者提出疑问，在满足技术要求的前提下，是否存在方案变更甚至取消该方案的可能，进而降低亏损、缩短工期。项目部领导对此高度重视，及时将相关数据向公司进行了汇报，公司派出专家组先后两次到项目现场查勘地质、进行降水方案论证，通过对基底抗突涌稳定性进行分析，重新计算基坑降水总涌水量、降水井数量和深度，大胆提出取消三轴搅拌桩基坑围封施工，改用深井降水。降水井采用管径400mm无砂管，外包100 目尼龙滤网，滤料使用中粗砂，每口井投料顶面到地面距离4m。

以北站为例，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压力应大于承压水的顶托力，即：

式中：Kh-突涌稳定安全系数，Kh本次按1.1 考虑；D-承压含水层顶面至坑底的土层厚度（m），D=Ha-Hb；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），根据地勘资料取20.1kN/m3；hw-承压含水层顶面的压力水头高度（m），为承压水位至承压含水层顶板距离，根据地勘资料，取承压含水层初始水位标高21.00m；γw-水的重度（10kN/m3）；Ha-基坑开挖底板高程（m），9.95m；Hb-含水层顶板高程（m），为-9.42m。

满足抗突涌稳定性验算要求，无需对粉细砂承压含水层进行减压降水。

涌水量预估：根据本工程特征及水文地质特征，基坑总涌水量可根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）所提供的潜水完整井公式简化计算：

式中：Q-基坑降水总涌水量（m3/d）；K-渗透系数（m/d），12m/d；H-潜水含水层厚度（m），北站H 取19m，南站H取24.6m；S-水位降深（m）；R-降水影响半径（m）；r0-基坑等效半径（m）；l-过滤器进水部分长度（m）。

随后依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012 计算单井涌水量，结合《建筑与市政工程地下水控制技术规范》（JGJ 111-2016）相关公式，考虑安全备用系数和相邻段降水井抽水的相互影响，确定北站降水井51 口，井深24m。南站与此相同，确定降水井42 口，井深26m。

2019 年11 月17 日，项目部编制完成专项施工方案进行第一次专家评审时，与会专家对深井降水方案提出了否定，并要求按合同文件要求采用截渗围封为主、深井降水为辅的方式进行基坑降排水。会后项目部技术人员通过现场抽水试验验证了深井降水方案可行，同时笔者注意到招标文件在要求采取基坑围封的同时，黑体字加粗“上述泵站基坑围封措施仅供参考，承包人应自行调查并制定方案”，进一步为项目部进行方案变更降低了难度。12 月13日，第二次专家评审，终于顺利通过了项目部完善后的取消三轴搅拌桩基坑围封，替代以深井降水的专项施工方案。（表3）

表3 降排水方案变更前后费用对比

2019 年12 月25 日，项目部在基坑已施工降水井的基础上进行了群井抽水试验，选用5.5kW 水泵对南站20口降水井抽水4320min、北站28 口降水井抽水2880min，进一步验证了该降水方案可行。截止目前，两站基坑开挖已完成，达到预期的降排水效果，有效缩短了基坑施工工期近2 个月，节省成本607.97 万元。

5 小结

随着我国水利行业的发展，泵站已成为重要板块。基坑降排水是泵站工程施工的重点，降排水施工质量好坏是后期泵站工程是否可以安全履约、优质履约的关键，在技术可行的前提下，必须考虑经济成本，争取实现质量和成本共赢。本文以工程承包商的立场，选取安徽省某跨流域调水项目的两座泵站基坑降排水方案为研究对象，通过降排水专项施工方案变更前后的对比分析论证，梳理出一些泵站降排水施工的经验，供行业参考。