富水砂層中的深基坑降水技術

劉文華

陜西工程勘察研究院有限公司，陜西 西安 710068

各個地區的地下軌道所處的地下環境不同，水文地質存在很大差異，因此地鐵深基坑施工工程建設面臨很大的挑戰。尤其是在富水砂層當中修建地鐵項目，地下水的處理存在一定的難度。應用深基坑降水技術不但可以充分保持基坑邊坡和土體的穩定性，還可以讓基坑底部具有干燥性，為工程施工營造良好的條件。

1 工程案例

西安市某地鐵站周圍地表水較豐富，1.8km范圍內有2個人工湖（未做防滲處理）和1條河流，地鐵站東西敷設，其主體長度為320m，平均寬度為25m，基坑深度約為24～25m，采取明挖法進行施工，運用鉆孔樁加鋼管一體進行支撐。地下砂層較厚，并且分布均勻，地下水層和周圍水系存在直接的關聯，地層滲透性較好，能夠快速補給，是非常典型的深厚富水砂層。

2 水文地質參數確定

2.1 抽水試驗

工程場地內潛水主要賦存2-4-2-3細砂、2-5-3中砂、3-7-3中砂，水位埋深約為11m，對基坑開挖影響較大，故需對該工程進行抽水試驗。抽水試驗采用“一抽六觀”，即1個抽水井，6個觀測井（成井深度為50m）的試驗模式進行試驗，并對所有水文地質點進行1～2次/d的穩定水位統測。基于周圍水系對降水供給的影響，觀測井設在抽水井兩側。為防止抽水過程中三維流影響觀測井，觀測井和抽水井的距離控制在8m。為確保各觀測井相應水位均有所降低，觀測井距離抽水井不應過遠，通常在20m為宜。此外，在距離抽水井35m的位置設置1個觀測孔（孔深35m）。

2.2 相關要求

首先，試驗井要根據管井的相關施工標準進行施工，保證成井和洗井的質量。其次，單井的試驗要開展3次降深與恢復水位的觀測。每次降深均要穩定進行，并且持續8h。選用的試驗泵量根據公式求得：

式中：Q為涌水量；K為滲透系數；H為潛水水層厚度；R為影響半徑；S為降水深度；r為基坑等效半徑。

根據公式測算結果，抽水降水過程要選擇涌水量大于50m3/h的水泵展開最大降深，然后選擇涌水量大于35m3/h的水泵，最后選擇涌水量大于25m3/h的水泵。

2.3 試驗運行

洗井、試抽及設備裝置完成后，觀測抽水前的穩定水位，通過24h觀察，水位幅度穩定在2cm以下，并且未出現連續升降可為穩定。抽水前要對電源及水泵進行檢查，確保排水通暢，對測線進行校正，檢查人員設備情況，再進行抽水觀測。在抽水井抽水的同時要對水位進行采集，還要對各次水位采集時間進行記錄，抽水井和觀測井水位要一同采集，觀測抽水量。在總體的抽水試驗中，出水量要保持正常量，并對抽水穩定性進行判斷。若出現變化，其浮動率要低于3%。抽水井水位幅度主孔要低于3cm，最遠觀測井幅度要低于1cm的采集精度。出水量可運用水表進行計量，要精確到小數點后兩位。抽水井水位測量要精確到厘米，觀測井水位測量要精確到毫米。抽水停止后水位恢復，這時觀測水位非常關鍵，在停止抽水的瞬間對恢復的水位進行測量，頻次與抽水時相同，直至水位穩定。穩定的標準為最后水位觀測1h內水位幅度不大于1cm。在開展抽水試驗前，明確抽水井及觀測井的實際坐標與標高，以便于測算，同時要合理設置記錄表格，觀測人員需要簽字確認，且電子數據參數要立即保存備份。

2.4 水文地質數據測算

依照相關地質資料，抽水試驗的含水層巖性具有均勻性，厚度穩定，地下水運動為層流，滿足裘布依公式的應用條件。井損和水位具有一定的浮動，可運用觀測井水位公式測算K與R。

（1）滲透系數K測算公式如下：

式中：H為潛水層厚度；S1、S2均為觀測井降深數值；r1、r2均為抽水井和觀測井間距；Q為抽水井的出水總量。

（2）影響半徑R測算公式如下：

2.5 試驗結果

此次試驗其含水層厚度為34m，通過試驗結果表明，滲透系數為45～50m/d，影響半徑為1420～1800m。

3 降水設計

3.1 設計參數取用

根據抽水試驗結果進行降水設計，降水設計參數如表1所示。

表1 降水設計參數表

3.2 設計計算

基坑涌水量運用潛水完整井公式進行估算，計算得基坑涌水量為53352.9m3/d，沿基坑周邊設置降水井97口，井深50m，單井出水量為45m3/h。計算結果如表2所示。

表2 基坑用水量計算結果表

4 降水井施工

4.1 降水井施工質量標準

首先，降水井的鉆井設備可利用反循環鉆機，井身必須圓正且垂直。其次，可利用托盤下管方式裝置井管，確保接口內壁平滑，下入井管連接牢固且垂直。井口需要加蓋，封閉井底，減少泥漿的比例。再次，為避免井壁塌陷，可運用凈水填礫法進行填充，礫料順井管周邊均勻投放，避免中途出現堵塞的情況。從次，下管投礫完成后要立即進行洗井，其方式可運用污水泵進行抽洗，抽洗務必徹底。最后，降水井在施工之前根據相關規定展開地下管線物質的探測任務。

4.2 觀測孔施工

觀測孔施工宜和降水井共同展開施工，可運用鉆孔機械進行。成孔直徑為150mm，孔深為35m。完成后下入直徑為50～100mm的PVC管材，在測管入水位置打眼，同時填進粒徑為3～8mm的礫料。若條件允許，可運用微型泵進行抽水洗孔。

4.3 降水起止時間

結合該地區經驗及工程實踐狀況，此工程降水施工適合在其結構挖掘到地下水位以上1.5～2m，約提前15d進行，降水效率特別明顯之后，再開展土方的挖掘。在結構荷重能夠充分平衡地下水對上層結構的浮力后，才可以停止降水。

5 降水施工技術要點與成效

降水管井施工運用反循環回轉法，成井孔壁更加穩定，不會因為孔壁塌落而對基坑造成傷害。降水井運用管井過濾器，確保孔隙率達到標準，同時確保孔隙均勻性。自然水位下井管接口及井身應采用不少于2層60目尼龍濾網纏繞包裹，防止砂層流失。降水井成井后必須及時洗井，避免泥漿板結對出水效果有所影響。

在降水過程中不間斷進行抽水，施工中未出現抽水中斷的現象，對周圍環境和地下水進行監控，沒有出現異常情況。在基坑進行開挖施工時，邊坡與坑壁穩固性良好，沒有出現邊坡坑壁失穩坍塌的情況，并且達到基底干燥的條件，沒有對工程施工產生影響。

6 結束語

綜上所述，在開展富水砂層深基坑施工時，需通過抽水試驗與相關理論測算明確水文地質參數數據，然后根據設計標準與施工規范進行建設。文章結合具體案例，主要對富水砂層深基坑施工降水技術進行探討，也為其他類似施工項目積累了寶貴的施工經驗。