疏干深淺井在基坑降水工程中的應(yīng)用

汪 俊

（中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100101）

地鐵車站多位于城市繁華地段，周邊建筑物及管線密集，必須嚴(yán)格控制基坑內(nèi)降水引起的基坑外水位下降和周邊環(huán)境變形，將基坑抽排地下水對(duì)周邊環(huán)境的影響控制到最低[1]。針對(duì)周邊環(huán)境復(fù)雜的基坑制定既能滿足基坑開挖的要求，又能兼顧到將周邊環(huán)境的影響降低到最小的降水方案是必要的。

胡浩等[1]結(jié)合深圳地鐵9號(hào)線香梅站建設(shè)，介紹了基坑內(nèi)管井井點(diǎn)降水結(jié)合排水溝排水方法在地鐵車站基坑工程降水中的應(yīng)用，該方法一方面保證了坑內(nèi)作業(yè)的施工安全，另一方面嚴(yán)格控制了基坑周圍地下水位的下降，對(duì)類似工程有較好的參考價(jià)值。游洋等[2]結(jié)合場(chǎng)地特殊工程地質(zhì)條件，對(duì)基坑進(jìn)行分區(qū)降水設(shè)計(jì)，在模擬比較兩種不同降水方案基礎(chǔ)上，給出降水效果更好、更經(jīng)濟(jì)，更有利于施工安全的降水設(shè)計(jì)方案。王靜等[3]模擬反演開挖降水（減壓）規(guī)律，對(duì)判斷環(huán)境影響和制定應(yīng)急預(yù)案有指導(dǎo)價(jià)值。王靜[4]結(jié)合天津地鐵基坑降水工程實(shí)例，從降水井深度、數(shù)量及降水對(duì)周邊環(huán)境影響等方面進(jìn)行對(duì)比分析，分別得出常規(guī)坑內(nèi)降水和坑內(nèi)疏干+減壓井方案的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)。鄭剛[5]提出，在天津地區(qū)土質(zhì)較為軟弱的地層中進(jìn)行深基坑開挖前的降水時(shí)，如工程所在場(chǎng)地土層未經(jīng)降水壓密，即使在封閉的地下連續(xù)墻內(nèi)實(shí)施降水，也可能引起客觀的坑外地面沉降，必須予以注意。以上案例均說明降水方案的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮對(duì)周邊環(huán)境的影響，特別是周邊環(huán)境敏感度較高的基坑，合理的降水設(shè)計(jì)方案尤為重要。

本文以天津地鐵8號(hào)線某站為例，介紹了有別于普遍基坑降水方案的深淺井相結(jié)合降水方案。

1 工程概況

天津地鐵8號(hào)線某車站為地下3層島式站臺(tái)，寬14 m、長(zhǎng)180.2 m、標(biāo)準(zhǔn)段寬度23.5 m、標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度約26.92 m、小里程盾構(gòu)井段基坑開挖深度約28.242 m、大里程盾構(gòu)井段基坑開挖深度約28.602 m。車站主體采用蓋挖逆作法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為1 200 mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐，標(biāo)準(zhǔn)段地下連續(xù)墻長(zhǎng)約51.52 m（含3 m素墻），盾構(gòu)段地下連續(xù)墻長(zhǎng)約52.02 m。車站主體基坑豎向設(shè)3道支撐。第一道為鋼支撐，第二、三道為鋼筋混凝土支撐。車站周邊環(huán)境復(fù)雜、交通繁忙。見表1。

表1 地上建（構(gòu)）筑物

2 水文地質(zhì)條件

1）潛水含水巖組。人工填土，坑、溝底新近淤積層，上組陸相沖積層及中組海相沉積層視為潛水含水層；粉質(zhì)黏土⑦及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(duì)隔水層。潛水含水層靜止埋深1.20～1.60 m，相當(dāng)于標(biāo)高1.75～1.55 m。

2）第一承壓含水巖組。砂質(zhì)粉土⑧2及粉砂⑨2透水性好，為第一承壓含水層；粉質(zhì)黏土⑩1、?1透水性相對(duì)較差，可視為承壓含水層隔水底板。第一承壓水大沽標(biāo)高約為-0.51～-0.56 m。

3）第二承壓含水巖組。粉砂?2、?4透水性好，為第二承壓含水層；粉質(zhì)黏土?1透水性相對(duì)較差，可視為承壓含水層隔水底板。第二承壓水大沽標(biāo)高約為-1.57 m。

車站基底主要位于⑨1粉質(zhì)黏土層，開挖范圍內(nèi)揭穿了第一承壓含水層，止水帷幕底位于12-1粉質(zhì)黏土層中，隔斷了第二承壓含水層，地下連續(xù)墻底距第二承壓含水層底局部不足2 m。

3 降水方案優(yōu)化分析

常規(guī)降水方案：坑內(nèi)疏干井深度設(shè)置在基底以下5～6 m，降水井深度設(shè)置為33、35 m兩種。基底以下第二承壓含水層層頂標(biāo)高約33 m、局部31 m左右，按照常規(guī)降水方案，疏干井剛好進(jìn)入第二承壓含水層，降水開始便對(duì)第二承壓含水層進(jìn)行了抽水，考慮到地下連續(xù)墻底所在粉質(zhì)黏土隔水能力較弱以及地連墻底插入第二承壓含水層底以下不足2 m的情況，結(jié)合類似施工經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)時(shí)間抽取第二承壓含水層會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成不利的影響。為最大限度降低坑內(nèi)抽水對(duì)坑外的影響，采用深井和淺井相結(jié)合的降水方案，即將混合井拆分成淺井和深井兩部分。淺井針對(duì)第二承壓含水以上土層進(jìn)行疏干，井底距離第二承壓層頂至少2 m，以減少對(duì)其擾動(dòng)；深井針對(duì)第二承壓含水層進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)基坑開挖到一定深度后根據(jù)計(jì)算動(dòng)態(tài)調(diào)整深井啟動(dòng)的時(shí)間。見圖1。

圖1 兩種降水井剖面

1）優(yōu)化后基坑總排水量降低。該站施工周期較長(zhǎng)，降水工期約240 d，采用深井和淺井交替布置的方式，更能減少對(duì)深層承壓水的擾動(dòng)，第二承壓水疏干井在疏干降水前期不啟動(dòng)，根據(jù)計(jì)算選擇啟動(dòng)時(shí)間，見表2。

表2 開挖深度與第二承壓水疏干井水位對(duì)應(yīng)關(guān)系m

根據(jù)施工工期安排，開挖至埋深18 m的深度需要約150 d，也就是說相對(duì)常規(guī)降水方案，優(yōu)化后的方案對(duì)第二承壓含水層啟動(dòng)直接抽水晚150 d。基坑涌水量計(jì)算依據(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?cái)嘟邓康暮畬拥姆忾]式疏干降水”進(jìn)行計(jì)算，基坑總排水量減少4 200 m3。

2）優(yōu)化后對(duì)周邊環(huán)境影響減小。分別將兩種方案的井結(jié)構(gòu)和降水運(yùn)行時(shí)間帶入到模型進(jìn)行計(jì)算，總工期為240 d。經(jīng)過計(jì)算，常規(guī)方案長(zhǎng)時(shí)間降水對(duì)基坑外第二承壓水的影響較大，導(dǎo)致第二承壓水水位下降約2 m；而采取深淺井模式，第二承壓水水位下降約86 cm，很大程度上直接降低了坑內(nèi)降水對(duì)坑外承壓水位的影響，從而降低了對(duì)地面沉降和周邊建構(gòu)筑物的影響。見圖2。

圖2 兩種降水方案第二承壓含水層水位下降等值線

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果及降水適用條件

在基坑正式開挖前，進(jìn)行了生產(chǎn)性的降水試驗(yàn)，降水試驗(yàn)期間坑外潛水觀測(cè)井水位下降8～24 cm；坑外第一次承壓含水層觀測(cè)井水位下降18～35 cm；坑外第二承壓含水層觀測(cè)井水位下降19～43 cm：各含水層水位穩(wěn)定，沒有明顯的異常點(diǎn)。本次試驗(yàn)僅抽取上部疏干井，沒有抽取下部對(duì)承壓層設(shè)置的疏干深井，因此沒有出現(xiàn)坑外承壓含水層因越流補(bǔ)給或者繞流補(bǔ)給水位大幅度下降的情況。上部疏干降水過程中，坑內(nèi)深井承壓水埋深降至超過10 m，按照表2計(jì)算的對(duì)應(yīng)關(guān)系，基坑開挖深度超過20 m才具備啟動(dòng)下部井的條件，基本完成了第二道混凝土支撐，對(duì)承壓水直接擾動(dòng)的周期從240 d縮短到不足100 d，對(duì)坑外整體環(huán)境起到了很好的保護(hù)作用。

采用該設(shè)計(jì)方案一般應(yīng)同時(shí)具備以下條件：

1）周邊環(huán)境復(fù)雜，對(duì)地下水位變化要求高；

2）基底以下5 m范圍內(nèi)存在被止水帷幕截?cái)嗟倪B續(xù)承壓含水層；

3）地下連續(xù)墻底位于隔水能力較差的黏性土層。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)天津這種地下水較高的軟土地層地區(qū)，深淺井降方案一方面能夠?qū)χ苓叚h(huán)境影響降到最低；另一方面減少了基坑的排水量，對(duì)地下水資源的保護(hù)起到了積極作用。但是這并不是對(duì)常規(guī)降水方案的否定，因?yàn)樯顪\井降方案與基坑所處區(qū)域周邊環(huán)境、基坑開挖深度、施工工期安排、止水帷幕設(shè)置深度以及地層分布等因素都有密切的關(guān)系，因此采取何種設(shè)計(jì)方案的思路需要根據(jù)方方面面綜合確定，不能一概而論。