承壓水條件下不同深基坑降水方案探討分析

文/王 靜

城市化發(fā)展促進了對地下空間的開發(fā)利用，基坑工程尤其是深大基坑工程越來越多。通常深基坑降水有基坑內(nèi)降水和基坑外降水兩種方式，由于坑外降水在降低水位的同時也會對周邊環(huán)境和相應的地下水位產(chǎn)生較大影響[1～3]，因此目前大多采用坑內(nèi)降水。

采用樁+旋噴樁、地下連續(xù)墻、咬合樁、SMW 等支護形式[4]，將基坑圍合成封閉結(jié)構(gòu)，開挖前對基坑內(nèi)的地下水進行排除，降低坑內(nèi)土體含水量，提高坑內(nèi)土體強度，方便挖掘機和工人在坑內(nèi)施工作業(yè)；同時，將地下水降至安全水位以下，增加基坑底板穩(wěn)定性，確保基坑施工安全。深基坑施工過程中如果能夠合理、有效地控制地下水的降排，可為施工質(zhì)量、工程周期、安全風險防范提供可靠的保障[5～6]。

本文針對典型特征的地層條件，結(jié)合場地環(huán)境特征，分別從降水井數(shù)量、降水井深度、降水效果、基坑排水量、基坑降水對坑外水位影響等方面，對基坑工程的兩種降水方案進行了對比分析，最后給出不同方案的適用條件，為類似的基坑降水工程提供參考。

1 工程概況

天津某地鐵車站長375.5 m；縱向由小里程向大里程為2‰下坡，正線線間距15.2 m；島式站臺，有效站臺寬度12 m。車站標準段總寬度為21.1 m，基坑深為17.03 m；小里程盾構(gòu)井段寬25.7 m，基坑深18.66 m；大里程盾構(gòu)井段寬48.77 m，基坑深19.66 m。

工程范圍內(nèi)地下水主要包括上部潛水及下部承壓水。上部潛水埋深1.70～2.90 m（高程0.54～1.95 m），其中沼澤相沉積層（Q41h）粉質(zhì)黏土⑦及下組陸相沖積層(Q41al)粉質(zhì)黏土⑧1屬極微透水～微透水層，可視為潛水含水層與其下承壓含水層的相對隔水層；第一承壓水主要賦存在⑨2粉砂、⑨21細砂、⑨23黏質(zhì)粉土、⑩21粉砂、⑩22細砂、4粉砂、41細砂層中，為巨厚連通含水層，厚度超過20 m，水頭為大沽標高-1.18 m。

基坑采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護形式，標準段地下連續(xù)墻深31.5 m，隔斷上部潛水含水層；開挖面以下約4 m 的深度揭露第一承壓含水層，第一承壓含水層底部延伸至42 m，地下連續(xù)墻未隔斷第一承壓含水層。

2 基坑降水方案比選

按照常規(guī)坑內(nèi)降水方案，降水井深至基底以下約6 m，即降水井進入到承壓含水層3 m 左右；止水帷幕未隔斷承壓含水層，坑內(nèi)降水勢必造成坑外承壓水水位下降，從而作用于坑外已有建構(gòu)筑物。

為盡量減小基坑降水對周邊環(huán)境的影響，采用坑內(nèi)疏干+減壓井的方案，盡量減少減壓井的開啟時間以及承壓水的排出量，最大程度上降低坑內(nèi)降水對坑外的影響。見圖1。

圖1 兩種方案

2.1 常規(guī)坑內(nèi)降水方案

1）降水井深度。一般設(shè)置在基底以下5～6 m，根據(jù)基坑標準段和端頭井開挖深度，降水井深度設(shè)置為24、26 m。

2）降水井數(shù)量。根據(jù)天津地區(qū)經(jīng)驗，單井有效疏干面積按250 m2考慮，考慮20%的備用井，基坑開挖面積4774 m2，經(jīng)計算，基坑內(nèi)共布置20口降水井和4口備用井。

3）基坑涌水量。由于降水井進入到了承壓含水層，基坑涌水量計算包括上部潛水疏干水量以及下部承壓水的涌水量兩部分，上部潛水的疏干水量依據(jù)DBT 29-229—2014《建筑基坑降水工程技術(shù)規(guī)程》5.6.2節(jié)基坑帷幕截斷降水目的含水層的封閉式疏干降水進行計算；下部承壓水出水量依據(jù)5.6.3節(jié)基坑抗突涌穩(wěn)定性不滿足要求，需降壓降水時，降壓出水量進行計算。

抽水時間暫定60 d，基坑總涌水量12.3萬m3。

4）降水對周邊水位影響。降水60 d 后，坑外潛水水位在距離基坑最近處降深為2.2 m，承壓水降深為6.8 m。見圖2。

圖2 常規(guī)坑內(nèi)降水后坑外水位降深

2.2 坑內(nèi)疏干+減壓井方案

1）降水井深度。為體現(xiàn)分層降水，上部疏干井設(shè)置在承壓含水層頂部以上至少2 m，綜合考慮疏干井深度為20 m；針對承壓含水層設(shè)置減壓井，減壓井濾水管設(shè)置6 m，井深為30 m。

2）降水井數(shù)量。疏干井的數(shù)量仍按照單井有效疏干面積250 m2考慮，20%的備用井，基坑內(nèi)共布置24口疏干降水井。

減壓井設(shè)置8 口。對照基坑開挖深度，減壓井按需開啟。見表1。

表1 基坑開挖深度與減壓井水位對應關(guān)系m

由表1 可知，根據(jù)現(xiàn)場實際施工條件，當基坑開挖深度超過13.39 m 才需要開啟減壓井，此時前期降水運行約20 d，距離后期降水運行結(jié)束還有大約40 d時間。

3）基坑涌水量。疏干井抽水時間為60 d，減壓井開啟時間根據(jù)表1 及實際運行時間，按運行40 d 計算。基坑總涌水量8.4萬m3

4）降水對周邊水位影響。降水60 d后，坑外潛水水位在距離基坑最近處降深為1.2 m，承壓水水位降深為4.5 m。見圖3。

圖3 坑內(nèi)疏干+減壓井降水后坑外水位降深

2.3 對比分析

1）降水井深度設(shè)置有一定的改變，坑內(nèi)疏干+減壓井方案降水井設(shè)置深度不進入到下部承壓含水層。

2）常規(guī)坑內(nèi)降水方案在降水初期便開始降承壓含水層地下水；而坑內(nèi)疏干+減壓井方案在土方開挖40 d后才開啟減壓井，極大降低了對承壓含水層的擾動。

3）坑內(nèi)疏干+減壓井方案比常規(guī)坑內(nèi)降水方案少排出水量接近4萬m3，在一定程度上保護了水資源。

4）常規(guī)坑內(nèi)降水方案僅有降水井，比坑內(nèi)疏干+減壓井方案少了減壓井，更利于降水井的保護，同時成井施工和運行成本會有所降低。

5）相比常規(guī)坑內(nèi)降水方案，坑內(nèi)疏干+減壓井方案降水井運行對坑外各含水層水位影響較小，因此對周邊環(huán)境影響較小。

3 結(jié)論

每種方案均有其適用條件，針對不同地層條件及周邊環(huán)境的要求，選擇最佳的方案。

1）對于止水帷幕截斷承壓含水層的情況，更適合采用常規(guī)坑內(nèi)降水方案。

2）對于基底接近承壓含水層且止水帷幕未隔斷承壓含水層，周邊環(huán)境較為敏感的情況，更適合采用坑內(nèi)疏干+減壓井方案。