复杂水文地质条件下泵站基坑支护和降水方案设计变更案例分析

周喜武 胡继成 张 维 吴培强 蔡 雷

（1.江苏省水利工程科技咨询股份有限公司 南京 210029 2.宿迁市水利局 宿迁 223800 3.江苏省水利工程建设局 南京 210029）

1 工程概况及水文地质条件

1.1 工程概况

该泵站位于江苏省某市京杭运河旁，为某大型灌区水源泵站，原址拆除重建，泵站设计引水流量30m3/s，安装4 台套潜水轴流泵，泵室采用钢筋混凝土块基型结构，泵站基础采用直径0.8m 钻孔灌注桩处理。泵站基坑开挖面积约2650m2，支护长度225m，基坑底面高程12.6m（废黄河高程基准，下同），基坑开挖深度7.2～8.6m。基坑北侧开挖外边线距离已建办公楼约2.0m，南侧开挖外边线距离混凝土道路1.2m，距离民房6.2m；基坑东、西侧为空地。

1.2 水文地质条件

根据工程地质勘察报告，拟建泵站场地地下水类型为潜水和微承压水，③层粉土及以上饱和土层为潜水含水层，潜水水位18.1～19.3m。

工程场地范围自上而下分布土层为：①层人工填土，松散，主要为粉土、粉质粘土，层厚1.0～1.9m；②层粉质粘土，软塑～可塑状，中等干强度，层厚2.2～2.8m；③层淤泥质粉质粘土，软塑状，中等干强度，层厚4.6～6.2m；④层粉土，稍密，低干强度，层厚0.6～1.0m；⑤层粉土，稍密～中密，低干强度，层厚1.3～1.7m；⑥层粉质粘土，软塑状，中等干强度，层厚1.1～1.8m；⑦层粉质粘土，可塑状，中等干强度，层厚2.8～3.8m；⑧层粉细砂，中密，饱和，层厚1.6～2.8m；⑨层中粗砂，中密～密实，饱和，层厚2.2～3.1m。泵站地基土层物理力学参数见表1。

表1 泵站地基土层力学参数表

2 原基坑支护及降水方案

2.1 基坑支护设计

本工程泵站基坑存在软弱淤泥质土层，厚度4.6～6.2m；地下水位高于基坑底面约6.0m。本工程基坑的特点是地基土质差、地下水位高，基坑南、北侧紧邻道路和房屋。基坑支护方案采用“拉森钢板桩+锚索”方案。

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2016），泵站基坑支护结构的安全等级为二级。采用理正深基坑软件计算，对基坑岸坡施工工况下的整体稳定、抗倾覆稳定、抗隆起进行验算，确定基坑支护方案为：基坑南岸、北岸采用“拉森钢板桩+锚索”支护，钢板桩长18.0m，支护最大高度6.4m，桩顶高程19.0m。桩顶至地面范围内边坡采用60mm厚C20“喷混凝土+挂钢筋网”支护。沿桩高度方向设置两排锚索，竖向间距3.0m，横向间距4.0m，上部锚索长度12.0m，锚固长度6.0m；下部锚索28.0m，锚固长度22.0m，如图1、图2 所示。

图1 基坑支护及降水井平面布置图（原方案）

图2 基坑支护断面图（原方案）

2.2 基坑降水方案

根据水文地质资料，本工程地下水为潜水、微承压水。潜水层主要分布在土层①至土层③中，潜水水位18.1～19.3m。地下潜水对基坑开挖影响较大，为保证基坑开挖安全、岸坡及邻近建筑物的稳定，拟采取明沟结合管井的降排水方案，基坑明水通过周边明沟明排，采用管井降低地下水位。根据《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ111-2016）结合地基土质情况、地下水位情况，计算基坑出水量，确定降水井间距、井深和直径，具体布置为：在基坑四周均匀布置10 口降水井，直径0.6m，井底高程7.0m。排水泵扬程不小于30m，功率不小于9kW。

2.3 基坑开挖过程中的问题及原因分析

泵站基坑开挖施工过程中，基坑南、北侧边坡出现相对滑动，南岸道路、北岸房屋出现开裂现象；基坑底西南和西北部位出现冒水现象，后通过采取增设反滤、灌注水泥浆等措施，冒水量明显减小。

由于基坑地质条件、周边环境的复杂性和相关计算理论的局限性，在深厚软弱土层、较高地下水位地基中的基坑开挖支护及降排水难免会出现一些问题。经分析研究，泵站北侧基坑边坡出现相对滑动及坡顶道路、房屋开裂，主要是因为地基存在深厚淤泥质软弱土层，加之受施工降水影响，岸坡土层沉降变形增大所致。基坑底出现冒水现象主要是因为地下水位较高，基坑实际出水量大于计算出水量，降水管井数量及深度不足所致。

3 基坑支护及降水方案设计变更

3.1 基坑支护设计变更

通过上述分析可知，原设计支护方案已不能保证基坑的安全与稳定。根据工程施工中出现的问题，经重新复核，支护方案由原设计的“拉森钢板桩+锚索”调整为“钢筋混凝土灌注桩+锚索”支护，灌注桩桩长19.5m，桩底高程0.5m，桩径0.8m，桩间距1.3m，如图3、图4 所示；同时对北侧房屋前土体采用高压注浆进行加固，加固深度10.0m；基坑底形成的孔洞、薄弱处采取灌浆等补强措施。

图3 基坑支护及降水井平面布置图（变更方案）

图4 基坑支护断面图（变更方案）

3.2 基坑降水设计变更

根据施工过程中基坑排水情况以及基坑内局部区域出现涌水现象，经分析判定为地下承压水涌入基坑表面，形成了涌水通道。为控制地下水位，在现有的排水设施基础上增设降水深井8 口，在基坑内呈梅花型布置，加大降水井深度至承压水层下，井底高程5.0m，降水井直径0.6m，内部放入直径300mm 波纹管，管与井壁之间填充“瓜子片”滤料，波纹管外侧设置钢筋笼作为加固支撑；增设大功率深井排水泵，扬程不小于40m，功率不小于11kW。

为减小施工降水对岸坡沉降变形的不利影响，在基坑南、北两岸各设置4 口降水兼回灌井，通过回灌稳定基坑两岸地下水位，减小岸坡沉降变形。

3.3 基坑安全监测

为确保基坑及周边环境的安全，需对基坑围护体系和周围环境的变形情况进行监测，使工程安全处于受控状态，主要监测内容为：观测围护桩顶、道路及邻近建筑物的水平位移及沉降；观测基坑开挖过程中围护桩身位移（测斜）；监测基坑外地下水位的波动情况等。

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012），沿支护结构顶部每隔15～20m 布设一个水平位移监测点；周围道路、建筑每隔15～20m 布设一个沉降监测点。支护结构水平位移速率≤3mm/d；位移总量≤50mm；周围道路的沉降速率≤2mm/d，累计沉降量≤30mm。

4 结语

（1）由于基坑地质条件、周边环境的复杂性和相关计算理论的局限性，在深厚软弱土层、高地下水位地基中的基坑开挖支护方案设计中，应充分考虑深厚淤泥质软弱土层及施工降水对岸坡稳定、沉降变形的影响，选择安全可靠的支护方案，并加强基坑安全监测，确保基坑施工安全。

（2）对于承压水位较高的基坑，基坑实际出水量可能大于计算出水量，除了在基坑周边布置降水井以外，在基坑内部布置降水井，并加大降水井深度至承压水层以下，可有效降低地下水位，满足基坑开挖及施工要求。

（3）在基坑四周设置回灌井，控制地下水位，避免地下水位降低过多，可有效减小岸坡的沉降变形，减小对工程周边建筑物的影响■