軟土地層中深基坑降水技術(shù)探析

摘 要：軟土地層中深基坑降水技術(shù)對工程建設(shè)尤為重要，降水方案設(shè)計(jì)的合理性和可行性是解決地下水問題重要環(huán)節(jié)。本文以某地鐵車站降水工程為例，對軟土地層中深基坑降水技術(shù)進(jìn)行了探析，對今后類似深基坑降水工程具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：軟土地層；深基坑；降水

一、工程概況

該地鐵站為地下二層島式車站，總長350m，埋深為16.81m（車站中心里程處），標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約16.3m，端頭井基坑深度約17.9m，主體圍護(hù)采用800mm地下連續(xù)墻圍護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)段主體圍護(hù)深度約35.4m，端頭井主體圍護(hù)深度約36.9m。

車站位于軟土地層中，場區(qū)存在承壓水，對本工程有影響的承壓含水層為⑧3圓礫、礫砂，車站基坑開挖時(shí)，坑底土體抗承壓水頭的穩(wěn)定性系數(shù)小于1.1，需要進(jìn)行降承壓水處理。

二、降水目的

根據(jù)軟土地層中深基坑的開挖及基礎(chǔ)底板結(jié)構(gòu)施工要求，本方案設(shè)計(jì)降水的目的為：1）疏干開挖范圍內(nèi)土體中的地下水，便于基坑內(nèi)施工作業(yè)；2）降低坑內(nèi)土體含水量，提高坑內(nèi)土體強(qiáng)度；3）降低下部承壓含水層的水頭高度，防止基坑底板管涌、突涌等不良現(xiàn)象的發(fā)生，確保基坑底板的穩(wěn)定性。

三、基坑底板抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算

基坑開挖后，基坑與承壓含水層底板間距離減小，相應(yīng)承壓含水層上部土壓力也隨之減小；當(dāng)基坑開挖到一定深度后，含水層承壓水頂托力可能大于其上覆土壓力，導(dǎo)致基坑底部失穩(wěn)，嚴(yán)重危害基坑安全。因此，在基坑開挖過程中，需考慮基坑底部承壓水的水壓力，必要時(shí)按需降壓，保障基坑安全。本工程對基坑安全有影響的深部承壓含水層為第⑧3礫砂、圓礫層，初步勘察資料顯示，該層的層頂埋深標(biāo)高約為-29.95～-32.80m，勘探孔揭露的層厚約為5.50～13.30m，針對該層進(jìn)行基坑抗突涌性驗(yàn)算時(shí)，選取參考孔顯示承壓含水層⑧3層的層頂埋深標(biāo)高為-29.95m，初始水位埋深標(biāo)高暫取-0.19m（埋深2.67m），上覆土的平均重度暫取17.5kN/m3。計(jì)算該承壓含水層組承壓水的頂托力：

Pwy=F·γw·h=1.1×10×（29.95-0.19）=327.36 kPa

當(dāng)承壓水頂板處上覆土壓力等于承壓水的頂托壓力時(shí)（安全系數(shù)為1.1），可計(jì)算出臨界開挖深度（即需要開始降壓的開挖深度），即：

F·γw·hw =h0·γs

根據(jù)以上公式計(jì)算得出，h0=13.72m（絕對標(biāo)高為-11.24m）。

當(dāng)基坑開挖深度等于或大于13.72m時(shí)，需降低承壓水的水位；反之，則不需要。本工程基坑開挖深度約為16.29～18.714m，均大于基坑臨界開挖深度。因此，本工程基坑施工過程中需降低承壓含水層⑧3層的水位。

四、降水方案設(shè)計(jì)

（一）疏干井設(shè)置

基坑的開挖需要及時(shí)疏干開挖范圍內(nèi)土層中的地下水，降低圍護(hù)范圍內(nèi)基坑中的地下水位，保證基坑的干開挖施工的順利進(jìn)行。因此，開挖基坑前，需要布設(shè)若干數(shù)量的疏干井，對基坑開挖范圍內(nèi)土層含水進(jìn)行疏干。

場地上部土層基本上為粘性土，含水量大，滲透性差，采用重力自流短期內(nèi)疏干潛水具有一定的困難，因此疏干需采用真空降水方法，提高降水井的工作效率。根據(jù)JGJ/T111-98《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》和多年降水工程實(shí)踐并結(jié)合該工程所處地層情況設(shè)計(jì)疏干降水方案。

根據(jù)本工程地質(zhì)特征，本次降水工程疏干降水井單井有效抽水面積a井取200。降水井深度結(jié)合基坑開挖深度及地層分布情況確定。基坑端頭井均已做加固處理，故暫不考慮布設(shè)疏干井。坑內(nèi)疏干井?dāng)?shù)量按下式確定：

n=A / a（井）

式中：n——井?dāng)?shù)（口）；A——基坑需疏干面積（m2）；a井——

單井有效疏干面積（m2）；

考慮本車站底板位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土上，坑內(nèi)采用三軸攪拌樁加固，基坑內(nèi)加固深度為坑底下3m，標(biāo)準(zhǔn)段為抽條加裙邊加固，端頭井采用滿堂加固；基坑外加固采用旋噴樁加固，加固深度為地面下5m至坑底下3m。標(biāo)準(zhǔn)段的加固體將基坑分割為數(shù)個(gè)單元格，考慮在未加固的單元格內(nèi)布置疏干降水井，端頭井不再布置降水井。疏干井布設(shè)時(shí)，井間距約為20m避開加固體后，實(shí)際井?dāng)?shù)為18。

疏干井深度量的確定：考慮降水漏斗的形成及經(jīng)濟(jì)合理，疏干井深度一般比基坑開面深約6.0～7.0m，但在西端頭井位置，同時(shí)結(jié)合基坑開挖深度，本車站疏干井的深度設(shè)計(jì)為24.00m。

（二）降壓井方案設(shè)計(jì)

在無止水的情況下采用根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）同浙江省標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》（DB33/T1008

-2000）中基坑涌水量公式：

根據(jù)以上公式，計(jì)算得出：西端頭井位置基坑涌水量約為3176.37；標(biāo)準(zhǔn)段位置基坑涌水量約為11416.83；東端頭井區(qū)域基坑涌水量約為2985.89；

根據(jù)設(shè)計(jì)說明中對承壓含水層礫砂、圓礫層的描述，結(jié)合降水施工經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮基坑開挖深度、地層情況以及圍護(hù)深度等因素，降水方案采取坑內(nèi)外相結(jié)合的降水方式，單井出水量按照經(jīng)驗(yàn)取50T/h，即1200T/d。

根據(jù)以上理論計(jì)算，本工程要滿足基坑抗突涌性的要求，需設(shè)計(jì)8口降壓井，另外，基坑長度較長約350m，需在坑內(nèi)布置降壓備用兼觀測井3口，即本工程共布置11口層降壓井，由于承壓含水層的埋深較深約32.43～35.28m，層厚較厚，根據(jù)現(xiàn)有資料揭露該層的厚度約5.5～13.30m，但未將該層鉆穿，因此，降壓井的深度暫設(shè)計(jì)為42.00m。

五、結(jié)語

目前，該車站基坑開挖已經(jīng)完成，按照上述降水布設(shè)方案，效果良好，達(dá)到了預(yù)期目的。深基坑降水工藝應(yīng)依據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，并考慮環(huán)境條件，在確保基坑工程施工安全的前提下，確定降水方案。在場地含有承壓水時(shí)，可根據(jù)場地實(shí)時(shí)承壓水頭的實(shí)測埋深，計(jì)算設(shè)置參數(shù)，進(jìn)行降水過程中基坑坑底穩(wěn)定性驗(yàn)算，根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果合理進(jìn)行減壓降水設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-99）[S].

[4] 楊根芳.深基坑真空井點(diǎn)降水技術(shù)的應(yīng)用與研究，工程技術(shù)，2009.

作者簡介：楊飛（1983-），男，畢業(yè)于長安大學(xué)，工程師，現(xiàn)就職于西安地下鐵道有限責(zé)任公司。