承壓粉細(xì)砂層地下車站深基坑降水方案設(shè)計(jì)

摘? 要：本文以合肥市軌道交通某地下車站深基坑降水設(shè)計(jì)為例，根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和實(shí)際條件，詳細(xì)介紹了合肥臨南淝河地區(qū)一級(jí)階地承壓水位較高、土層滲透系數(shù)較大的特征。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，確定基坑降水設(shè)計(jì)所需土層滲透系數(shù)及影響半徑等水文參數(shù)，進(jìn)行了中等透水性粉細(xì)砂層深基坑承壓水降水方案設(shè)計(jì)和地表沉降分析，總結(jié)了抽水過程中應(yīng)注意的問題，相關(guān)方案可對(duì)類似工程降水設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：承壓水? 粉細(xì)砂層? 深基坑? 降水設(shè)計(jì)

Design of Dewatering Scheme for Deep Foundation Pit of Underground Station in Pressurized Powder and Fine Sand Layer

YANG Bin

（Hefei Rail Transit Group Co.， Ltd.， Hefei， Anhui Province，230009 China）

Abstract：Taking the dewatering design of a deep foundation pit of an underground station of Hefei rail transit as an example， this paper introduces in detail the high confined water level and high soil permeability coefficient of the first terrace in the Feihe area of Linnan， Hefei according to the engineering geology， hydrogeology and actual conditions. big feature. After on-site pumping test， hydrological parameters such as soil permeability coefficient and influence radius required for foundation pit dewatering design were determined， and the design of confined water dewatering plan for deep foundation pit with moderately permeable silty sand layer and surface settlement analysis were carried out， and the pumping process was summarized. Problems that should be paid attention to， the relevant schemes can provide reference for the precipitation design of similar projects.

Key Words： Confined water; silty sand layer; deep foundation pit; dewatering design

隨著改革開放以來我國(guó)文化[1]、經(jīng)濟(jì)、建設(shè)等各領(lǐng)域的快速發(fā)展，交通行業(yè)尤其是城市軌道交通也開始大規(guī)模建設(shè)，地下車站則逐漸向深大基坑發(fā)展。在基坑開挖施工中，普遍面臨的關(guān)鍵問題有地下水管涌[2]、流砂[3]及基坑穩(wěn)定性[4-5]等。其中，地下水是基坑工程的主要風(fēng)險(xiǎn)源之一，直接影響項(xiàng)目建設(shè)安全與施工進(jìn)展。因此，為保證基坑施工環(huán)境的干燥與安全性，選擇合理的降水方案、有效控制地下水位已成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)[6-8]。針對(duì)施工過程中基坑底受承壓水影響，常進(jìn)行降水設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)需求，本文以合肥軌道交通某地下車站為例，著重分析了中等透水性含水層深基坑承壓水降水方案及基坑周邊沉降，以期為類似工程的設(shè)計(jì)與施工提供參考。

1工程概況

1.1工程簡(jiǎn)介

該地下車站位于規(guī)劃道路交口東側(cè)，沿東西向敷設(shè)，為地下兩層島式站臺(tái)車站，設(shè)4個(gè)出入口，2組風(fēng)亭，2個(gè)預(yù)留人防連通口。車站規(guī)模274.1m×19.7m，有效站臺(tái)長(zhǎng)120m，站臺(tái)寬11m，站后設(shè)單渡線。車站東北象限為規(guī)劃新型工業(yè)用地，東南象限為未開發(fā)住宅用地，西北、西南象限為未開發(fā)商辦混合用地，上述現(xiàn)狀均為空地塊，周邊規(guī)劃道路未實(shí)施，周邊無控制性管線和建（構(gòu)）筑物。

根據(jù)建筑基坑支護(hù)相關(guān)技術(shù)規(guī)程，本車站支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐體系，圍護(hù)樁直徑為Φ1000，共三道內(nèi)支撐。車站主體及所有附屬結(jié)構(gòu)均采用明挖法施工，主體結(jié)構(gòu)形式為單柱雙跨框架結(jié)構(gòu)（局部雙柱三跨框架結(jié)構(gòu)）。

1.2 工程地質(zhì)條件

本次勘察最大揭露深度為45.0m，根據(jù)鉆探資料及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，本場(chǎng)地勘探范圍內(nèi)揭露的主要巖土層有第四系填土層、沖積黏土層及古近系砂質(zhì)泥巖等。按其成因類型、巖性和工程性能可劃分7個(gè)工程地質(zhì)層，土層名稱及其滲透系數(shù)k建議值如下：1-2素填土、2-1-3黏土（0.005m/d）、3-2-1粉質(zhì)黏土（0.005m/d）、3-4粉細(xì)砂（5m/d）、5-1-1全風(fēng)化砂質(zhì)泥巖（0.3m/d）、5-1-2強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖（0.1m/d）、5-1-3中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖（0.01m/d）。

1.3 水文地質(zhì)條件

車站位于南淝河一級(jí)階地，距南淝河最近約550m，其地下水主要補(bǔ)給來源為上部上層滯水的越流補(bǔ)給及側(cè)向徑流補(bǔ)給，主要排泄方式為側(cè)向徑流排泄。依據(jù)勘察報(bào)告，車站范圍內(nèi)主要為第四系上層滯水、承壓水及基巖裂隙水。

車站主體基坑寬度為19.7m，開挖深度標(biāo)準(zhǔn)段約為15.9～17.8m，端頭井為17.2～18.3m。影響車站開挖的地下水主要為上層滯水和承壓水。上層滯水主要賦存于填土中，分布無規(guī)律，可采用坑內(nèi)明排疏干。承壓水主要賦存于第四系上更新統(tǒng)粉細(xì)砂中，承壓水頂板為2-1-3黏土、3-2-1粉質(zhì)黏土，底板為風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖。承壓水頂板埋深20.00～28.6m，測(cè)得水位埋深0.5～5.1m，承壓水頭為19.5～23.5m，基坑開挖需降低其承壓水頭，以防基底突涌。

2降水設(shè)計(jì)

本站基坑深度較深，?且3-4粉細(xì)砂層滲透系數(shù)較大，基坑距建筑物遠(yuǎn)。根據(jù)該工程實(shí)際情況，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和可行性比較，結(jié)合合肥地區(qū)降水經(jīng)驗(yàn)，選用基坑外深管井減壓降水方案。

2.1 水頭降深計(jì)算

根據(jù)詳勘報(bào)告，取端頭井、標(biāo)準(zhǔn)段的5個(gè)典型位置進(jìn)行水頭降深計(jì)算，具體結(jié)果詳見表1。

2.2抽水試驗(yàn)

為明確車站降水設(shè)計(jì)所需土層滲透系數(shù)、涌水量、影響半徑，水質(zhì)流速流向等水文參數(shù)，需進(jìn)行抽水試驗(yàn)，抽水試驗(yàn)孔布置如圖1所示。詳勘現(xiàn)場(chǎng)抽水測(cè)試孔號(hào)：M6XZ-SZS-005，現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)結(jié)果詳見表2。

各巖土層滲透系數(shù)建議值及透水特性詳見表3。現(xiàn)場(chǎng)鉆探上層為第四系松散沉積物主要以粘性土為主，其下為3-4層粉細(xì)砂。地下水主要賦存于3～4層粉細(xì)砂中，表現(xiàn)為承壓水。根據(jù)水文地質(zhì)試驗(yàn)及水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算，本次試驗(yàn)得到3～4層粉細(xì)砂滲透系數(shù)值為2.66m/d，建議值5m/d。

2.3降水井計(jì)算

依據(jù)本工程水文地質(zhì)條件，使用承壓非完整井水文地質(zhì)計(jì)算模型，以大里程端頭井為例進(jìn)行承壓水頭降深計(jì)算。

承壓水主要賦存于粉細(xì)砂層中，水量豐富，具有承壓性，計(jì)算斷面處承壓水頭為19.5m，現(xiàn)進(jìn)行抗突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算：

K_h=Dγ/（h_w γ_w ）=（4.5×19.5）/（19.5×10）=0.45≤1.1

式中：K_h為坑底突涌抗力分項(xiàng)系數(shù);D為坑底至承壓水層頂板的距離;γ為D范圍內(nèi)土的平均天然重度;h_w為承壓水水頭高度;γ_w為水的重度。計(jì)算結(jié)果K_h≤1.1，需進(jìn)行降水，基坑外設(shè)置承壓水降水井，降承壓水頭措施，降水頭11.6 m，驗(yàn)算如下：

K_h=Dγ/（h_w γ_w ）=（4.5×19.5）/（（19.5-11.6）×10）=1.11≥1.1

抽水影響半徑采用吉哈爾特公式：R=10s_w √K=250m。

涌水量：

Q=2πKMs/（ln?〖（（R+r）/r）+（M-l）/l〗? ln?（1+0.2 M/r） ）=2337m^3/d

基坑涌水量計(jì)算參數(shù)如下（降水部位為車站主體，含水層類型為承壓水）：等效半徑r=41.5m，含水層厚度M=12.6m（過濾器進(jìn)水部分長(zhǎng)度l=10m），降深s=11.6m，滲透系數(shù)（加權(quán)）K=5m/d。

2.4降水井結(jié)構(gòu)及平面布置

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》7.3節(jié)：管井的單井出水量q：q=120πγ_w l^3 √K。式中：γ_w為過濾器半徑;l為過濾器進(jìn)水長(zhǎng)度。

為保證單井出水能力和降水井成井工藝等要求，本次設(shè)計(jì)擬采用內(nèi)徑273mm，外徑800mm的管井進(jìn)行降水，降水井結(jié)構(gòu)如圖2所示。

考慮合肥地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合成井工藝、濾管及濾料等因素影響，設(shè)計(jì)單井出水能力取〖60.0m〗^3/d，降水井距離車站主體基坑結(jié)構(gòu)外輪廓線2.0～3.0m。降水井?dāng)?shù)量n：n=1.1Q/q=42.8，本設(shè)計(jì)沿基坑周邊共布置降水井46眼，井深35.0m，井間距：標(biāo)準(zhǔn)段15.0m，端頭井10.0～12.0m。降水井平面布置如圖1所示。

2.5降深及地表沉降分析

根據(jù)降水井平面布置，進(jìn)行降水計(jì)算，最大計(jì)算降深12.8m，位于端頭井附近。

依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012），降水引起的地層壓縮變形量可按下式計(jì)算：

s=φ_w ∑?（?σ_zi^' ?h_i）/E_si

式中：s為計(jì)算剖面的地層壓縮變形量（m）;φ_w為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù);?σ_zi^'為降水引起的地面下第i層土的平均附加有效應(yīng)力（kPa）;?h_i為第i層土的厚度（m）;E_si為第i層土的壓縮模量（kPa）。群井抽水時(shí)，其降水影響半徑為250m。利用分層總和法計(jì)算，管井降深最大處的地表沉降約為40.0mm。為預(yù)防地表沉降開裂引起地表水滲入縫隙，對(duì)基坑穩(wěn)定造成影響，建議在基坑周邊埋設(shè)PVC或塑料排水管，抽出的水經(jīng)管道流入沉淀池沉淀后，排入市政雨水管。

若抽水過程中地表沉降變形達(dá)到監(jiān)測(cè)預(yù)警值應(yīng)立即停止抽降，增加沉降變形監(jiān)測(cè)頻率并分析原因。同時(shí)需布置一定數(shù)量的回灌井，抽降地下水的同時(shí)采取地下水同層回灌，回灌井距降水井距離不宜小于6.0m;若采取地下水回灌措施后，沉降變形仍繼續(xù)增加，建議進(jìn)行注漿加固處理或采取止水帷幕隔斷地下水。

3結(jié)語

（1）在確定降水方案有關(guān)參數(shù)和井型布置的過程中，不能僅憑該地區(qū)施工降水經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選取，需以現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算和分析。

（2）本站周邊較為空曠，建筑物相離較遠(yuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)正常施工不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響。但必須嚴(yán)格控制成井質(zhì)量，施工期間防止出現(xiàn)流砂、流土。

（3）在抽水過程中，要做好水位和沉降變形監(jiān)測(cè)，根據(jù)施工進(jìn)度和監(jiān)測(cè)值調(diào)整抽水井開啟數(shù)量及抽水量，并適時(shí)進(jìn)行合理回灌，進(jìn)一步減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。

參 考 文 獻(xiàn)

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