深基坑降承压水设计及施工风险控制探讨

王建华 胡增燕

摘要：随着我国地铁建设的大力推进，城市地下工程得到了前所未有的发展，深基坑降承压水已成为我们常面临的一个重要问题，其中方案选择显得尤为重要，如何在安全行、经济性、可行性等方面找到最佳的平衡点，结合一个地铁车站换乘节点基坑工程实例进行一些探讨。

关键词：深基坑；承压水；设计；施工风险

Abstract: Along with our country subway and vigorously promote the construction of underground engineering has been hitherto unknown, city development, deep foundation pit dewatering has become we often face a serious problem, which options appear particularly important, how safe, economy, feasibility, find the best balance point, combined with a subway the station of transfer nodes foundation pit engineering are discussed.

Key words: deep foundation pit; water pressure; design; construction risk

中图分类号：TU46 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02

1工程概况

1.1基坑概况

本工程基坑为某地铁车站的换乘节点，地下三层框架结构，基坑沿车站纵向21.11m，横向宽36.70m，开挖深度25.11m。地面标高为+6.00m，基坑开挖面标高-19.11m，位于承压含水层上部，承压水水头为-2.04m，经坑底抗隆起验算不满足要求，为预防坑底突涌，需要降低承压水水头15.36m。

图1-1 车站换乘节点平面图

1.2地质与水文情况

根据钻孔揭露的地层结构、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质，结合静力触探曲线和周边建筑物详勘地质资料，场地勘探深度以内可分为①、③、⑥、⑧和⑿等5个大层，细化为15个亚层，3个夹层。现场借助钻孔桩施工探得卵石粒径在15cm左右，其中还偶现较大的孤石。

工程区深层孔隙承压含水层主要分布于深部的⑧3层粉砂夹粉质粘土、⑿1层粉砂、⑿4层圆砾和⑿4夹1层含砾粉细砂中，水量丰富，隔水层为上部的粘土层（⑥、⑧层），承压含水层顶板高程为-32.80~-23.92m，隔水层顶板高程为-13.53~-11.46m。施工场地内实测承压水位高程为-2.04m。

2方案比选

针对换乘节点节点需要降承压水，草拟以下三种方案，第一种方案就是利用围护结构完全隔断承压水，第二种就是完全靠降水降低水头，第三种就是采取半悬挂围护结构加抽水。针对三种方案从可实施性、安全性、造价等方面分析如下：

表1-1方案对比分析表

经过施工方案比选分析，结合施工难度及经济效益，经业主、设计、监理、施工以及相关专家一致认为采取围护结构悬挂加降水为首选方案，实施容易，安全风险可控。

3降水设计

3.1基坑总用水量预测

由于换乘节点处地下连续墙较深，对地下水运动有一定的阻碍作用，使地下水在墙处产生绕流，因此，“大井法”不适用于换乘节点处的涌水量预测。该处宜采用达西定律进行计算,计算示意图见图3-1。

Q=KWIkfh、l

式中：Q——基坑总涌水量（m3/d）；

K——渗透系数（m/d）；（K=130m/d）

W——过水断面（m2），W=M0*L，MO为地连墙底端至含水层底板的距离（14.6m），L为地连墙的周长（115m）；

I——水力梯度，I=Δh/L，为渗流路径长度，Δh为坑内外水头差。根据类似地区降水经验，坑内降深15m时，坑外降深4m。

将相关参数代入上述公式，计算得到换乘节点的总涌水量Q=2.1×104m3/d。

图3-1基坑涌水量计算示意图

3.2理论单井出水能力

降压井结构设计见图3-2。

图3-2井结构示意图

理论单井出水能力计算公式：

q=/=195m3/h

式中—— 管井出水能力（m3/d）；

—— 滤水管工作部分长度（m）；

—— 滤水管外径（325mm）

—— 与含水层有关的经验系数，可查表。

根据类似地区降水经验，在无干扰情况下，单井出水量可达300m3/h以上，在群井干扰情况下，出水量在200m3/h左右。单井出水能力的理论计算公式计算值偏小。由于地下连续墙的阻水作用，在群井干扰情况下，单井出水量只能达到无连续墙时的0.7~0.8。本次计算取单井出水量q=150m3/h。

3.3降压井数量计算

降压井数量计算公式：

n=1.1*Q/q=8口

式中：——基坑总水量（m3/h）

——单井出水能力（m3/h）

——井数。

3.3降压井的布置

由于井位布置受抗拔桩、立柱桩、支撑以及挖土施工等因素影响，综合群井效果的影响分析，根据经验以及现场情况，本着均匀高效的原则进行井位布置，并模拟验证效果。

图3-3 井位布置图

利用数值模型对基坑降压效果进行模拟，当基坑总涌水量为21000m3/d，基坑内水位可降至-19m标高（设计降深标高-17.4m），满足基坑突涌稳定性要求，基坑外的最小水位标高为-6.4m，降深为3.25m，模拟降水效果见图3-4。模拟降水效果，满足设计要求。

图3-4 基坑降压效果预测水位标高等值线图（单位：m）

4施工风险控制

4.1对边环境的影响

在群井施工完成后，进行72小时连续降水试运行，对周边地表进行监测，并对周边河流进行观察，确定抽水对周边的影响程度。试运行监测结果表明：32个监测点累计沉降数据较小，最大监测点DW2-3的监测数据为3.5mm，周边河流水位基本无变化。同时请专业检测机构对抽排的地下水进行检测，确保排放不对环境产生影响。

图4-1 监测点位布置图

4.2运行风险控制

（1）现场水位观测井采取危险水位自动报警装置，现场配备快速启动的应急发电机，现场还必须库存一定数量备用的水泵、水管等材料，并每日检查完好情况，对发电机进行试运转。

（2）现场水位观测井采用自动报警装置，备用发电机设置自动快速启动装置，现场备足水泵、水管等应急设备及材料，并每日检查完好程度和数量，对发电机进行试运转。

（3）制定现场降水管理及值班制度，分工明确。

A、普工上岗之前，进行培训，使其了解整个降水流程；

B、技术负责人要时刻了解基坑开挖深度及地下水位状况；

C、电工每天对用电线路进行检查，及时排除故障；

D、抽水每天24小时派人现场值班，并做好抽水流量记录，定时巡视降排水系统的运行情况，及时发现和处理系统运行的故障和隐患，如水泵抽水出水情况，是否需要检修，供电线路是否正常，排放水的含砂情况及排水管道是否畅通；

E、降压井要配备独立的电源线，整个降水过程中应备有双电源并配备发电机。

自动报警装置 编号的出水管 应急发电机

降水现场管理图表 现场降水井布置 自动切换配电箱

5结语

（1）通过选择合理的降承压水方案，保证安全风险的可控的同时，既降低了施工难度，又大大减少了投资，所以方案的选择显得尤为重要。在确定方案前，必须充分地了解摸清地质与水文情况，具有针对性的编制方案，并邀请专家及相关人员进行把关。

（2）降承压水运行风险控制，主要抓住应急管理与运行管理制度，确保降水运行过程每个环节受控，使整个降水运行体系能够有效运转。

参考文献

[1]吴林高，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，2004。

[2]薛禹群，地下水动力学[M]，北京：地质出版社，1997。