关于承压水降水及回灌运行阶段性分析及总结

毛新杰

（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏 南京 210000）

0 引言

在城市建筑物密集区周边基坑开挖施工过程中，当地下承压水位超过基础底部或基础埋深较大时，基坑就存在突涌的风险；当承压水降水过大时，会引起周边建筑物沉降[1]。不同地区的地质条件不同，地下水渗透系数也会不一样。在冲积平原地区，经常出现深厚的强透水地层[2]。在该地质条件下开挖基坑，若通过设置止水桩等措施将地下水层完全截断，不但造价极高，而且施工及其困难。通过抽排基坑内承压水，同时对基坑外部进行地下水回灌，不但施工经济，而且施工相对来说较为简单，所以降水开挖是城市内深基坑施工一项重要技术措施[3]。

1 工程概况

某地铁站标准段基坑深度约25.16m，坑底位于第⑤下标层灰色粉质粘土层中，采用明挖顺做法施工。围护结构选择1200mm厚地下连续墙（采用十字钢板接头），墙长50m，墙趾位于第⑦2层细砂层中。本车站地质分布情况自上而下为：①1杂色杂填土层、②1灰黄色粉质粘土、③t灰色砂质粉土、③灰色淤泥质粉质粘土层、④灰色淤泥质粘土层、⑤11灰色粘土层、⑤1t灰色砂质粉土夹粉质粘土、⑤31b灰色粉质粘土、⑤4粉质粘土、⑦12灰黄色砂质粉土。土层渗透系数详见表1。

表1 土层渗透系数

根据实际勘察的地勘报告得知，⑤1t层为微承压水含水层；⑦、⑧2层为承压含水层。根据往常上海市工程实践结果记录，（微）承压水水位埋深每年规律性变化，具有周期性，⑤1t层微承压水一般埋深为3.0～11.0m，⑦12、⑦2层承压水一般埋深为3.0～12.0m，⑤1t层灰色砂质粉土夹粉质粘土厚度较薄，其上部的⑤11和下部的⑤12层均为相对隔水层，⑤1t层的含水量是有限的，一般情况下，它造成的危害比上海⑤2层分布区域要小[4]。

2 承压水减压设计现状

在止水帷幕深度为50m的情况下，在满足最大设计降深要求时，经过降水模型计算[5]，基坑内设8口降压井、2口观测井、3口备用井，均匀分布于基坑内部。坑外靠近国脉苑小区设置9口回灌井用来保护重点建构筑物。

根据降水模型初步计算，车站Y7-8井内安装额定流量为10m3/h抽水泵、Y7-3～Y7-4、Y7-6～Y7-7井内安装额定流量为25m3/h抽水泵；Y7-1～Y7-2、Y7-5井内安装额定流量为50m3/h抽水泵。通过降水实验观察最终确定，车站Y7-7～Y7-8井内安装额定流量为10m3/h抽水泵、Y7-3～Y7-4、Y7-6井内安装额定流量为25m3/h抽水泵；Y7-1～Y7-2、Y7-5井内安装额定流量为50m3/h抽水泵。

在坑内承压水减压达到设计要求的情况下[6]，经过降水模型计算，坑外降水深度计算结果详见表2。

表2 减压降水引起坑外最大承压水位降深计算结果 单位：m

通过实际降水实验：群井抽水23h后，观测井GN1～GN2稳定水位埋深分别为22.78m（降深13.37m）、24.56m（降深15.11m），满足基坑开挖至底时各部位的安全水位埋深需求[7]。同时对坑外观测井YG2、YG7～YG9进行水位观测，Y7-1～Y7-8抽水后YG2水位埋深为13.07m（降深3.69m）；YG7水位埋深为13.05m（降深3.88m）；YG8水位埋深为12.20m（降深2.85m），YG9水位埋深为12.82m（降深3.48m），水位变化详见图1。

图1 车站群井降水抽水23h坑内外水位变化情况

通过降水实验，可以看出坑内承压水减压达到设计要求时，仅23h时间内，国脉苑小区处承压水降深幅度最大就能达到3.88m，这对国脉苑小区建筑物保护是不利的。

3 针对承压水降水现状采取措施

通过上述承压水降水设计现状及降水实验效果，可以看出城市内建筑群距离基坑较近的建筑物易受到基坑承压水减压的影响，正常采取承压水降压及回灌，不利于稳定控制基坑内承压水的降压及回灌井回灌的效果[8]。针对承压水降水现状采取如下改进措施。

3.1 细化“按需降水”内容，合理控制降压井开启时间

基坑承压水开始降水在基坑开挖至第五道支撑混凝土支撑（深度16m左右）后开启Y7-2、Y7-5、Y7-7三口降压井，承压水位下降至11m时继续后续基坑开挖。当基坑开挖至19m左右时（第六道支撑钢支撑底），开启Y7-3、Y7-6两口降压井，承压水位下降至16.5m时继续后续开挖。当基坑开挖至22m左右时（第七道支撑钢支撑底），开启Y7-1、Y7-4、Y7-8三口降压井，直至底板施工完成。每口降压井根据实际开挖现状，在开挖前2天开启运行，保证开挖时地下水位已满足设计规范要求，同时每口降压井均加装流量表及回水阀。通过回水阀控制承压井运行过程中的出水量，从而避免降水经开启导致局部降水量过多失控的情况，比如Y7-6这口井开启时，实际出水量为25m3/h，跟据现场工况，Y7-6这口井仅需要出水量10m3/h就能满足目前的施工要求，就可以通过回水阀对出水量进行调节控制。进一步完成按需降水的细化。

降压井运行时，不断对回灌井进行监测，前期回灌尽量采用常压控制水量进行回灌[9]。当回灌井水位降低后，立即加大回灌水量，保证坑外水位稳定。降压井开启后，项目为保证开挖期间降压井正常运行，全天24h轮班对基坑内降压井进行巡视。以保证意外发生时，人员可以第一时间处理故障。

3.2 引进新技术，自动控制水位

引进全新“降水井自启动监控系统”和“自启动发电机”。“降水井自启动监控系统”可以全天候实时监测水位变化情况，当水位发生异常时自动开启备用井，保证基坑内水位稳定。通过自动监测手机终端，管理人员可以随时观察并进行水位分析，做出合理的指令。“自启动发电机”可以在市政电网断电时自行启动，直接对降压井供电。在设备运行源头进行保障，如图2所示。

图2 雨水收集箱及自启动电源

3.3 基坑开挖全过程坑外回灌

基坑外充分利用地下承压水排出水进行坑外回灌，将承压排出水注入回灌井里（图3），通过井管渗透使周边水位升高，回灌补给上升的水位称为回灌水位hc（如图4所示），只有回灌井中的补给水位与地下水位之间形成一个水压差，注入回灌井里的水才有机会渗透流入含水层[10]。当水的渗透流入的水与注入的水保持平衡时，水位就不再继续变化，保持水位稳定状态，这样在回灌井周边就存在一个稳定的锥形水位，这个锥形水位与降水时存在的水位漏斗形状相似，只是两者的方向恰巧是相反的。补给水位hc与原地下水位H的差值，称为水位升幅Sc[11]。

图3 回灌原理

图4 工程地下水回灌井原理

坑外补充的水位回灌数量与承压水含水层的渗透系数有相当紧密的联系，不同的地质的承压水层渗透性能各不一样，坑外回灌水量相差也比较大。所以渗透性能好的地质能较好地进行回灌施工，假定土层渗透系数一定，怎样确保坑外井的回灌水量是保证坑外回灌效率的重要因素，而且随着时间的变化，井管的不断老化也会大大影响坑外水的回灌效率。当回灌渗透效率因井老化而使回灌渗透量减少时，需要采用活塞清洗、回扬及加压回灌（图5）等方法来确保坑外建筑物处于安全稳定状态。

图5 加压回灌装置

为保证回灌井回灌量，管理人员对回灌井每天进行四次水位监测，每天分析各井回灌量，对于回灌量减少的回灌井，重点增加回扬次数，其他回灌井按照方案要求每周进行一次回扬，确保坑外回灌量满足坑外水位。在回扬效果不明显时，会采用活塞对回灌井进行洗井回扬[12]，洗井完成后及时大水量回灌，降低洗井对周边的影响。

在后期，回灌井滤管渗水效果不明显时，采用加微压方式回灌保证回灌井回灌水量。采用微压方式既可以增加渗水量，还可以减少回灌压力对地墙的作用力。从而保证后期坑外水位稳定合理。

4 运行结果分析

车站开挖至基坑底部时，坑内地下水位降低深度达到16.4m，峰值日出水量在4500m3左右，所以承压水降水对周边环境的影响是巨大的。为补充由坑内水位下降而造成的周边水位下降的情况，自降压井运行开始时就开启坑外回灌井，来保持坑外水位。坑外回灌井在峰值时日回灌量达400m3，后期日回灌量也能达到200m3左右。基坑西侧设置了两口回灌井，由于场地西侧距离周边建筑较远，故此井未进行回灌。未进行回灌的井在基坑见底时水位下降了6m左右，而进行回灌的井内水位（基坑见底时）只下降不到2m。所以回灌井能有效的确保基坑东侧国脉苑小区的3栋居民楼的安全稳定。

车站自开挖至今，已完成底板全部施工作业，车站深27.5m，长160m，开挖底板回筑完成时，墙体下部水平位移测斜率1.23‰；周边建筑物沉降、地表沉降、立柱隆起等监测数据均满足设计要求，状态可控。各项降水措施有效保护了基坑周边建构筑。

5 结语

降承压水是明挖深基坑开挖施工过程中重点关注的风险因素，过量降水将会造成周边环境沉降异常；降水量不足则会造成基坑突涌。基坑适量按需降水，是一个基坑施工的关键。城市轨道交通不断地迅猛发展，城市内明挖深基坑成为一项较为常见施工，怎样确保在建筑物密集区的市中心实现降水并将周边坏境变化量调整到最低，已经是每个施工单位最需要解决的重大事项。通过本次深基坑降水的分析和总结，可以为同类承压水降水施工提供经验支持。