談懸掛式止水帷幕基坑承壓降水

陳 偉 平

(中鐵上海工程局集團華海工程有限公司,上海 201101)

0 引言

在基坑工程施工中，地下的承壓水對基坑的危害巨大，控制不好將導致基坑坑底隆起、突涌、基坑變形甚至坍塌事故發生；而為了節約工程成本，部分基坑采用懸掛式止水帷幕設計方案，圍護深度未能完全隔斷承壓含水層，此類型基坑對坑內承壓降水以及周邊環境沉降控制提出更高要求，因此降水方案設計至關重要。

本文以南京7號線東青石站基坑降水施工為背景，介紹懸掛式止水帷幕基坑承壓降水的方案設計。

1 工程概況

東青石站位于夢都大街與泰山路交叉口，沿泰山路南北向敷設。本站為地下2層島式車站，采用明挖法施工，車站外包總長198.0 m，標準段外包寬度19.7 m，標準段基坑深16.46 m，端頭井基坑深17.45 m。車站基坑圍護為800 mm地下連續墻，深度45 m～48 m，標準段、端頭井均豎向設四道支撐+一道換撐，第一道撐為混凝土支撐，其余為φ800×16鋼支撐。

2 車站周邊環境

車站周邊規劃，西南象限側為居住用地，東南象限側為商辦混合用地，北側為工業用地。車站周邊現狀，西南象限為萬科光明城市，東南象限為奧能鍋爐廠，車站東北象限為南京卷煙廠廠房，車站西北象限為南京卷煙廠辦公樓及金夢都賓館。

3 工程地質水文情況

車站范圍以砂土分布為主，地層分布穩定。土層自上而下分別為①-1層雜填土、①-2層素填土、②-2b4層淤泥質粘土、②-3d3-4層粉砂、②-4d2層粉細砂、②-5d1層中細砂、②-5e層中粗砂混卵礫石、K2p-2層泥巖。

車站場址地下水的類型主要有上部松散層中孔隙潛水、孔隙承壓水和基巖風化帶裂隙水三類。

潛水主要賦存于①層填土層中。②-2b4淤泥質粉質粘土飽含地下水，但富水性弱，透水性弱。②-3d3-4層粉砂與下伏②-4d2層粉細砂、②-5d1層中細砂、②-5e層中粗砂混卵礫石連通，構成孔隙水含水層組。因上覆有微透水的淤泥質粉質粘土作為相對隔水層，該含水層具有承壓性。該含水層對車站基坑施工影響較大，地墻圍護墻趾位于②-5d1層中細砂中，未隔斷承壓含水層，屬懸掛式止水帷幕。

基巖主要為泥巖，上部強風化巖層風化裂隙發育，富含少量地下水，但場地基巖埋藏較深，基巖裂隙水對擬建工程實際影響較小。

4 基坑降水風險分析

1)車站地墻施工質量及封閉性能的優劣為降水施工是否能夠正常開展的決定性因素之一。如地墻存在質量缺陷，可能導致漏水、流沙甚至造成周邊環境損壞。

2)因懸掛式圍護結構特性，坑內降水將導致坑外地下水滲流補給，坑外地下水損失可能引發周邊地表沉降。

3)因粉細砂地層特性，地下水補給較快，降水效率及按需降水為本工程施工安全的技術難點。本工程的安全極大程度上依賴于基坑降水的成功與否。

5 采取的相應對策

1)地墻施工需嚴格控制質量，確保封閉止水效果。

2)降水施工嚴格遵循按需降水原則，盡量減小降水對周邊環境影響。坑外設置應急回灌井，降水過程中觀測坑外地下水位下降情況，同時在坑外環境受到影響時，采用回灌措施提高地下水頭，增加孔隙水壓力，減小降水對周邊環境的影響。降水管濾頭底端與地下墻距離不小于3 m，以減小對坑外地下水徑流的影響。

3)降水井的總抽水量和降深應有足夠的安全余量以備施工應急需要。預先施工部分降水井進行抽水試驗，根據抽水試驗數據，調整降水設計并進行后續降水井施工。坑內坑外成井施工完成后，進行承壓水群井抽水試驗，同步觀測坑內和坑外承壓水水位變化情況，以判斷降水效果和現場降水電路、排水情況，對所提出的基坑降水方案進行調整或優化。同時為確保坑內承壓降水井的不間斷工作，施工現場配置自動化切換控制的雙電源，切換間隔時間保證在5 min之內。

6 降水方案設計

本車站基坑隔水帷幕插入降壓目的含水層，坑內降水井的過濾器不超過隔水帷幕的深度，群井抽水后含水層的地下水通過隔水帷幕底部繞流進入井內，由于地下水流程增加，水力坡度變小，基坑范圍內承壓含水層頂板處地下水位達到設計降深時，抽水量要比坑外降水小。坑外的承壓水頭下降小，對坑外因降水引起的環境影響小。因此采用坑內降水更為高效安全。

6.1 降水井過濾器、濾網選擇

目前降水工程中主要用的降水井過濾器類型，常見有橋式過濾器、圓孔過濾器以及無砂混凝土管井。

橋式過濾器鋼管上凸出小橋，橋高1 mm左右，孔隙率約為15%，優點是強度較高，抽水過程中，地下水由橋孔側向進入井管，對于水壓力大、長時間抽水的基坑工程是較好的選擇。

圓孔過濾器圓孔直徑一般1 cm～2 cm，孔隙較大，遠大于一般基坑工程面臨的地層砂直徑，此類過濾器需要在外側包較厚較多層的濾網，以阻擋抽水過程中地層砂進入抽水井，但本工程基坑降水工程面臨長時間、大幅度的抽降地下水，1 cm～2 cm大小的包網為降水過程的薄弱環節，濾網容易破壞，進而導致長時間抽水后，地層砂被抽吸進井管，一來破壞降水井正常功能，第二地層砂流失后，對周邊環境沉降變形極為不利。

無砂混凝土管適用于淺層無壓地下水的處理，過水性良好，此類過濾器強度極低，在開挖過程中，容易被挖機等破壞，破壞率達30%以上。

濾網的主要目的是擋砂過水，60目濾網的篩孔尺寸0.425 mm；60目濾網篩孔尺寸為0.250 mm；80目濾網篩孔尺寸為0.180 mm。濾網需要與使用的過濾器相匹配，網太密，則擋水，網太稀，則造成抽水過程中地層砂涌入降水井，死井的同時造成不利的環境影響。

根據土層性質、過濾器及濾網特性并結合我公司降水經驗，本項目降水深井采用橋式過濾器、60目濾網。

6.2 抗突涌穩定性驗算

本站基坑開挖深度在16.46 m～17.45 m，第②-2d3-4，②-4d2，②-5d1，②-5e層承壓含水層頂板最淺埋深7.0 m，在開挖深度范圍內已經揭露了承壓含水層，因此基坑開挖至底時基本無坑底隆起風險。為確保基坑工程安全，將承壓含水層水位穩定地控制在開挖面以下，即可滿足施工安全需求。

6.3 坑內減壓井布置

采用地下水數值計算軟件計算減壓井布置型式，理論計算共布置14口減壓井可滿足基坑開挖至坑底以下降水要求，考慮安全余量，實際布設18口。根據粉砂層埋深綜合考慮，標準段井深為34 m、端頭加深段井深為36 m。

6.4 坑外降水井布置

因第②-2d3-4，②-4d2，②-5d1，②-5e層承壓含水層厚度較大，若不斷長期抽取基坑內該層承壓含水層中的地下水，該層承壓水降深相對較大，且本站地下連續墻未隔斷基坑內外承壓水水力聯系。因此需在坑外布設降水井兼顧觀測、回灌及應急降水的三方面功能要求。

坑外降水井布井間距為45 m左右。本工程四周周長約450 m，共布設10口回灌兼觀測井。回灌兼觀測井設計井深34.0 m。

6.5 降水深度預測

基坑內布置降水深井18口。經過數值模擬計算，坑內基坑水位預測降深16.8 m～18.0 m，滿足設計降深要求。

6.6 降水引起的地面沉降預測

根據開挖工況，基坑開挖時對承壓含水層進行減壓降水，降水運行完成后，周邊地面預測最大沉降約為15 mm～20 mm，滿足設計沉降控制要求。

7 降水效果驗證

群井抽水試驗歷時3 d，分別進行抽水、恢復試驗。

依據抽水試驗成果，模擬計算的基坑降水期間坑內外水位降深和實測水位降深情況差異不大，可以作為后續基坑降水計算模型。本次抽水試驗期間坑內標準段和南端頭井水位埋深降至19.89 m，19.92 m，水位已滿足基坑開挖至底要求。

8 結語

根據抽水試驗以及后續施工過程中降水效果驗證，車站降水設計方案制定可行有效，滿足基坑開挖要求。車站基坑整個施工過程管理高效有序，設置的坑外回灌井及雙電源等應急措施未啟動實施。