西站大道工程（一期）Ⅳ標段ZK5+458.252 樁號地下通道工程基坑降水方案設計

麻海峰

（南通路橋工程有限公司，江蘇 南通226007）

1 降水工程概況

西站大道工程（一期）Ⅳ標段ZK5+458.252 樁號地下通道箱體段長94.3m，寬9.4m。地下通道箱體分6 段施工，有A、B、C 共計3 種結構形式：西側A 段箱體長18.655m，與U 槽出口相接；B 段箱體長16m，共有4 段，第二段箱體兩側設泵房、風機房；C段箱體長11.645m，與鐵路西站地下車庫負2 層通道進行拼接。地下通道主體結構外側1m（凈間距）、U 槽出口外側0.6m 采用SMW 工法樁作基坑支護，SMW 工法樁成形后兼作隔水帷幕，基坑總面積（降水面積）為1490m2，通道平面布置詳見圖1。

地下通道施工點西側為南通賓盛園林工程有限公司（待拆遷），東側為在建南通西站樞紐，通道北側19.1m 為ZQ82#高架新建墩臺，北側37.3m 為新建地鐵線路。周邊無其他重要道路、高架橋、地面橋等交通設施及地下管線，基坑周邊環境相對簡單。西站樞紐工程由于施工需要正在進行大面積的降水，所以地下通道施工時的降水不會對其造成影響，不考慮設置回灌井。

2 降水方法選用

根據地質勘察報告，通道施工區域內土質以粉土、砂土為主。施工涉及土層中，孔隙淺水主要賦存于土層①～土層⑤土層中，地質勘探單位（江蘇省紡織工業設計研究院有限公司）于地下通道施工區域B34 鉆孔揭示：土層⑤層底標高為-16.08m，其下土層⑥為隔水層。基坑圍護采用SMW 工法樁，兼作隔水帷幕。施工圖設計中，通道主體1.0m 外設17m 長工法樁（樁底標高-13.2m），泵房1.0m 外設20m 長工法樁（樁底標高-16.2m），可以判斷該隔水帷幕為懸掛式[1]。

根據上述條件，地下含水層滲透性較強、厚度較大，可采用懸掛式豎向隔水與坑內井點降水相結合的降水方式。故本基坑選用坑內管井降水方案[2]。

圖1 地下通道平面布置圖

3 降水方案設計

在有隔水帷幕的基坑中，井的過濾器全部安裝在需要疏干的含水層部位，通過基坑內抽水，可以加速疏干坑內地下水。

初步擬定沿通道主體結構、U 槽出口結構與SMW 工法樁之間設置兩排直徑360mm 的管井，管井深度20m（間距12m，標高-16.2m），施工期間地下水位降至泵房基坑以下0.5m。

疏水降水采用直徑360mm 的管井，管井材料采用無砂混凝土管。

管井施工工序：定位→挖井口安裝護筒→鉆孔→回填井底砂墊層→吊放井管→回填井管與孔壁間砂礫過濾層→洗井→安裝潛水泵→試抽水→開始降水

3.1 滲流穩定性分析

本工程采用SMW 工法樁作隔水帷幕，依據《建筑基坑支護規程》7.2.3 和附錄C.0.2 懸掛式帷幕應滿足[3]：

式中：Kf- 流土穩定性安全系數，安全等級為二級的支護結構，Kf不應小于1.5；

ld- 截水帷幕在坑底以下的插入深度，按ld=-6.212+13.2=6.988m 計；

D1- 潛水面至基抗底面的土層厚度， 按 D1=2.32+6.212=8.532m 計；

γ'- 土的浮重度，按γ'=18-10=8.0kN/m3計；

Δh- 基坑內外的水頭差，按D1=Δh=8.532m；

γw- 基坑內外的水頭差，取γw=10.0kN/m3。

SMW 工法樁懸掛式帷幕滲流穩定性滿足規范要求。

3.2 基坑涌水量計算

降水范圍內有多個土層，考慮不同層對水力梯度曲線的影響，滲透系數k 采用厚度加權平均：

基坑長寬比按95.8/11.4=8.4 考慮，長寬比小于20，根據《建筑與市政工程地下水控制技術規范》附錄B 表B.0.3，將隔水帷幕所圍區域等效為一個潛水層的完整大井，按下式計算：

式中：

Q- 基坑計算涌水量(m3/d)；

R- 影響半徑，R=58.71m；

r0- 等效大井半徑，基坑為不規則多邊形，基坑周長P=289.9m，

3.3 單井出水量計算

根據《建筑與市政工程地下水控制技術規范》附錄C.0.3 不是圓周等距布置的一般工程的潛水降水井，各單井的出水量按下式計算[4]：

式中：

q- 單井出水量(m3/d)；

h- 基坑動水位至含水層底板的距離，h=(-7.791-0.5)+16.08=7.789m；

k- 含水層的滲透系數，取k=0.35m/d；

R- 影響半徑，取R=53.855m；

r1，r2，…，rn- 各井點至基坑中心的距離，共計22 口井。

選用QX6-18-0.75 型潛水泵，作為基坑降水工程的抽水設備，該水泵流量為6m3/h，揚程18m，電機功率0.75kW，能夠滿足降水需求。根據《建筑與市政工程地下水控制技術規范》附錄C C.0.5 降水井的單井出水能力[4]：

式中：

q'- 單井出水能力(m3/d)；

r- 過濾器半徑，取井管內徑r=0.15m；

l- 過濾器進水部分長度(m)；

k- 含水層的滲透系數，取k=0.35m/d。

隨著基坑的開挖，降水井上部拆除后只有基坑以下部分的過濾管才能進水，按只有5m 長濾水管可進水考慮，長期降水考慮1m 厚沉砂，每米過濾器進水段長55cm，l=4×0.55/1=2.2m。

單井出水量q=43.78m3/d 小于單井出水能力q'=87.673m3/d，滿足要求。

3.4 降水井布置

根據以上計算得管井的最大出水量為q=43.78m3/d。結合設備功率、能耗和工程實際使用習慣，管井的出水量一般控制在20～80m3/d，并在實際中依據含水層的滲流速度、降水水位深度和水位的恢復時間間歇式開啟。本次降水井的單井出水量采用q=20m3/d。根據《建筑與市政工程地下水控制技術規范》5.3.4 降水井的數量可根據基坑涌水量和設計單井出水量按下式計算：

Hw- 降水井點深度(m)；

Hw1- 基底深度

Hw1=3.8+7.791=11.591m

Hw2- 降水水位距離基坑底要求的深度，Hw2=0.5m；

Hw3- 按i·r0 取值，取水力i 坡度=0.1，r0 取降水井排間距10.4m 的1/2 值，Hw3=0.1×10.4/2=0.52m；

Hw4- 降水期間的地下水位變幅，取Hw4=1.5m；Hw5- 降水井過濾器工作長度

Hw5=4.23m

Hw6- 沉砂管長度，Hw6=1.0m。

Hw=11.591+0.5+0.52+1.5+4.23+1=19.341≈20m

根據《建筑與市政工程地下水控制技術規范》附錄E E.0.2條狀降水工程潛水完整井降水水位預測按下式計算[4]：

式中：

Sx- 距井排X 處的水位下降值(m)；

h1- 井排處含水層厚度，取h1=4.88m；

X- 任意點至井排的距離，取X=10.4/2=5.2m；

4 結論

經計算，本基坑工程設置22 口降水井間距12m 布置，降水井點深度20m（井底標高-16.2m），底部設置1m 沉砂管及5m為濾水井管能夠滿足降水施工需求，基坑底部能保持到干槽施工的狀態。