富水砂层中的深基坑降水技术

刘文华

陕西工程勘察研究院有限公司，陕西 西安 710068

各个地区的地下轨道所处的地下环境不同，水文地质存在很大差异，因此地铁深基坑施工工程建设面临很大的挑战。尤其是在富水砂层当中修建地铁项目，地下水的处理存在一定的难度。应用深基坑降水技术不但可以充分保持基坑边坡和土体的稳定性，还可以让基坑底部具有干燥性，为工程施工营造良好的条件。

1 工程案例

西安市某地铁站周围地表水较丰富，1.8km范围内有2个人工湖（未做防渗处理）和1条河流，地铁站东西敷设，其主体长度为320m，平均宽度为25m，基坑深度约为24～25m，采取明挖法进行施工，运用钻孔桩加钢管一体进行支撑。地下砂层较厚，并且分布均匀，地下水层和周围水系存在直接的关联，地层渗透性较好，能够快速补给，是非常典型的深厚富水砂层。

2 水文地质参数确定

2.1 抽水试验

工程场地内潜水主要赋存2-4-2-3细砂、2-5-3中砂、3-7-3中砂，水位埋深约为11m，对基坑开挖影响较大，故需对该工程进行抽水试验。抽水试验采用“一抽六观”，即1个抽水井，6个观测井（成井深度为50m）的试验模式进行试验，并对所有水文地质点进行1～2次/d的稳定水位统测。基于周围水系对降水供给的影响，观测井设在抽水井两侧。为防止抽水过程中三维流影响观测井，观测井和抽水井的距离控制在8m。为确保各观测井相应水位均有所降低，观测井距离抽水井不应过远，通常在20m为宜。此外，在距离抽水井35m的位置设置1个观测孔（孔深35m）。

2.2 相关要求

首先，试验井要根据管井的相关施工标准进行施工，保证成井和洗井的质量。其次，单井的试验要开展3次降深与恢复水位的观测。每次降深均要稳定进行，并且持续8h。选用的试验泵量根据公式求得：

式中：Q为涌水量；K为渗透系数；H为潜水水层厚度；R为影响半径；S为降水深度；r为基坑等效半径。

根据公式测算结果，抽水降水过程要选择涌水量大于50m3/h的水泵展开最大降深，然后选择涌水量大于35m3/h的水泵，最后选择涌水量大于25m3/h的水泵。

2.3 试验运行

洗井、试抽及设备装置完成后，观测抽水前的稳定水位，通过24h观察，水位幅度稳定在2cm以下，并且未出现连续升降可为稳定。抽水前要对电源及水泵进行检查，确保排水通畅，对测线进行校正，检查人员设备情况，再进行抽水观测。在抽水井抽水的同时要对水位进行采集，还要对各次水位采集时间进行记录，抽水井和观测井水位要一同采集，观测抽水量。在总体的抽水试验中，出水量要保持正常量，并对抽水稳定性进行判断。若出现变化，其浮动率要低于3%。抽水井水位幅度主孔要低于3cm，最远观测井幅度要低于1cm的采集精度。出水量可运用水表进行计量，要精确到小数点后两位。抽水井水位测量要精确到厘米，观测井水位测量要精确到毫米。抽水停止后水位恢复，这时观测水位非常关键，在停止抽水的瞬间对恢复的水位进行测量，频次与抽水时相同，直至水位稳定。稳定的标准为最后水位观测1h内水位幅度不大于1cm。在开展抽水试验前，明确抽水井及观测井的实际坐标与标高，以便于测算，同时要合理设置记录表格，观测人员需要签字确认，且电子数据参数要立即保存备份。

2.4 水文地质数据测算

依照相关地质资料，抽水试验的含水层岩性具有均匀性，厚度稳定，地下水运动为层流，满足裘布依公式的应用条件。井损和水位具有一定的浮动，可运用观测井水位公式测算K与R。

（1）渗透系数K测算公式如下：

式中：H为潜水层厚度；S1、S2均为观测井降深数值；r1、r2均为抽水井和观测井间距；Q为抽水井的出水总量。

（2）影响半径R测算公式如下：

2.5 试验结果

此次试验其含水层厚度为34m，通过试验结果表明，渗透系数为45～50m/d，影响半径为1420～1800m。

3 降水设计

3.1 设计参数取用

根据抽水试验结果进行降水设计，降水设计参数如表1所示。

表1 降水设计参数表

3.2 设计计算

基坑涌水量运用潜水完整井公式进行估算，计算得基坑涌水量为53352.9m3/d，沿基坑周边设置降水井97口，井深50m，单井出水量为45m3/h。计算结果如表2所示。

表2 基坑用水量计算结果表

4 降水井施工

4.1 降水井施工质量标准

首先，降水井的钻井设备可利用反循环钻机，井身必须圆正且垂直。其次，可利用托盘下管方式装置井管，确保接口内壁平滑，下入井管连接牢固且垂直。井口需要加盖，封闭井底，减少泥浆的比例。再次，为避免井壁塌陷，可运用净水填砾法进行填充，砾料顺井管周边均匀投放，避免中途出现堵塞的情况。从次，下管投砾完成后要立即进行洗井，其方式可运用污水泵进行抽洗，抽洗务必彻底。最后，降水井在施工之前根据相关规定展开地下管线物质的探测任务。

4.2 观测孔施工

观测孔施工宜和降水井共同展开施工，可运用钻孔机械进行。成孔直径为150mm，孔深为35m。完成后下入直径为50～100mm的PVC管材，在测管入水位置打眼，同时填进粒径为3～8mm的砾料。若条件允许，可运用微型泵进行抽水洗孔。

4.3 降水起止时间

结合该地区经验及工程实践状况，此工程降水施工适合在其结构挖掘到地下水位以上1.5～2m，约提前15d进行，降水效率特别明显之后，再开展土方的挖掘。在结构荷重能够充分平衡地下水对上层结构的浮力后，才可以停止降水。

5 降水施工技术要点与成效

降水管井施工运用反循环回转法，成井孔壁更加稳定，不会因为孔壁塌落而对基坑造成伤害。降水井运用管井过滤器，确保孔隙率达到标准，同时确保孔隙均匀性。自然水位下井管接口及井身应采用不少于2层60目尼龙滤网缠绕包裹，防止砂层流失。降水井成井后必须及时洗井，避免泥浆板结对出水效果有所影响。

在降水过程中不间断进行抽水，施工中未出现抽水中断的现象，对周围环境和地下水进行监控，没有出现异常情况。在基坑进行开挖施工时，边坡与坑壁稳固性良好，没有出现边坡坑壁失稳坍塌的情况，并且达到基底干燥的条件，没有对工程施工产生影响。

6 结束语

综上所述，在开展富水砂层深基坑施工时，需通过抽水试验与相关理论测算明确水文地质参数数据，然后根据设计标准与施工规范进行建设。文章结合具体案例，主要对富水砂层深基坑施工降水技术进行探讨，也为其他类似施工项目积累了宝贵的施工经验。