蓋挖逆作法基坑生產性抽水試驗施工工藝探討

【摘 " "要】：蓋挖逆作法施工的基坑在頂板施工并覆土完成后，需要進行生產性抽水試驗，以地鐵項目為例，采用降水井內預置的振弦式孔隙水壓計的施工工藝，從而換算出坑內降水井水位變化情況，以保證生產性抽水試驗的順利進行。

【關鍵詞】：蓋挖逆作法；抽水試驗；基坑降水；振弦式孔隙水壓計；地鐵

【中圖分類號】：U231.3 【文獻標志碼】：C 【文章編號】：1008-3197（2024）04-26-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.04.006

Discussion on the Construction Technology of Production Pumping Test for

Foundation Pit by Inverted Construction Method

LI Guoyao，MA Tao，WANG Jing

（Shanghai Changkai Geotechnical Engineering Co. Ltd.，Shanghai 200093，China）

【Abstract】：For the basement excavated by the inverted construction method， after the top slab is completed and the soil is covered， a production water test is required. Using a subway project as an example，the construction process involves placing a piezoelectric porosity water pressure gauge in the well to calculate the water level change in the well， thereby ensuring the successful completion of the production water test.

【Key words】：inverted construction method；water test；foundation pit dewatering； piezoelectric porosity water pressure gauge;subway

蓋挖逆作法是現階段地鐵施工中比較常用一種方法，不但可以實現對地下空間的最大化使用，還可以盡早恢復交通通行，避免對路面上的交通造成嚴重的影響[1]。由于蓋挖逆作法可以控制變形，而且不受天氣因素影響，故被廣泛應用于鬧市區地鐵建設中[2]。基坑工程必須重視地下水的影響，通過生產性抽水試驗獲取水文地質參數[3]。生產性抽水試驗是深基坑項目土方開挖前不可或缺的重要環節，應在基坑圍護結構封閉之后進行，能夠完全模擬基坑降水的過程，明確驗證坑內水位是否能滿足基坑開挖要求，同時驗證在該工況下，基坑止水帷幕的止水效果，對坑內降水井的設計及對坑外風險的預判都有極其重要的作用[4]。采用蓋挖逆作法施工的深基坑頂板施工并覆土完成后，多用于材料堆放及車輛通行，因此坑內降水井需預埋至頂板以下，這給生產性抽水試驗期間坑內降水井的水位觀測造成了極大的不便。雖不少學者對基坑生產性抽水試驗進行了一定研究，但針對蓋挖逆作法施工的深基坑項目生產性抽水試驗的施工工藝研究相對較少。本文以天津某蓋挖逆作法施工的地鐵基坑降水工程為例，對生產性抽水試驗的施工工藝進行探討。

1 工程概況

天津某地鐵地下3層島式站臺車站全長178.4 m，總面積為4 778.17 m2。圍護結構采用地下連續墻，厚度1.2 m，標準段長（含冠梁）56.0 m，盾構井段長57.0 m。地下連續墻隔斷第一和第二承壓水層，未隔斷第三承壓水層。主體基坑標準段開挖深度約26.50 m，大盾構井段基坑開挖深度約27.85 m，小盾構井段基坑開挖深度約28.33 m。

基坑采用蓋挖逆作法施工，頂板及各層中板作為蓋挖施工的水平支撐；板上方設置1道鋼支撐（?800 mm×16 mm）；標準段負三層設1道鋼筋混凝土支撐；盾構井負三層設置2道鋼筋混凝土支撐，混凝土支撐截面1 200 mm×1 300 mm、1 200 mm×1 400 mm。車站位于鬧市區，周邊環境復雜、交通繁忙，周邊為居民區和正在運營的既有地鐵線。居民區住宅年代久遠，推測基礎形式為淺基礎，距車站最近約15.520 m；既有地鐵路線距車站最近約24.275 m。車站范圍及周邊地下管線眾多，主體施工期間臨時遷改到車站兩側5 m以外。

2 地質及水文情況

基坑開挖范圍內主要為素填土、粉質黏土、黏質粉土、粉砂及粉土為主。地下水主要為潛水、第一承壓水、第二承壓水及第三承壓水。潛水主要賦存于人工填土層、第I陸相層、第I海相層的黏性土及粉土中，含水層水平、垂直向滲透性差異較大，局部地段夾有粉砂薄層，其富水性、滲透性相應增大，靜止水位0.80～2.00 m（高程0.88～2.25 m）。第一承壓水主要賦存于⑧2、⑨2、⑩2粉土、粉砂層中；第二承壓水主要賦存于?2、?4粉土、粉砂層中，其間夾有多層黏性土相對隔水層，承壓含水層水頭大沽高程為-1.13 m。

3 生產性抽水試驗

3.1 坑內降水井處理

在抽水試驗前，先進行維持性降水，確保首層土的開挖，坑內降水井的水位均在頂板開挖面下1 m；隨后切割降水井井管至頂板以下，結合基坑的開挖深度，每口降水井內提前放置2個水泵及1個振弦式孔隙水壓計（以下稱為“水位探頭”），以便后續進行抽水試驗，水泵放置深度分別為地面以下20 m及井底。放置前對進水位探頭行測試，確保有效性，并對每口降水井所放置的水位探頭的出廠編號及初始頻率模數（即滲壓計振弦振動時的頻率的平方）進行統計匯總。

結合基坑開挖深度，抽水試驗應分步進行，降水井口均安裝井管與井帽，出水管、電纜線及水位探頭數據線通過井帽從井口引出，隨后沿溝槽排至附近出土口，溝槽中使用黃砂等填平，為避免電纜線與出水管在后期負一層土開挖過程中被機械破壞，可使用鋼筋構件固定在頂板下部。見圖1和圖2。

3.2 抽水安排

待頂板施工完成并且強度達到設計值后，方可進行抽水試驗。見圖3和表1。

第1步：選取基坑內降水井作為抽水井，對降水井內提前放置的淺層水泵（位于地面以下20 m處）進行開啟，預留降水井S-4、S-17作為坑內水位觀測井，同步觀測坑外觀測井的水位變化情況，同時對坑內各抽水井的出水量及水位探頭的頻率模數進行記錄，抽水持續時間3 d。

第2步：關閉淺層水泵，對降水井內提前放置的深層水泵（位于井底處）進行開啟，其余觀測井與監測要求保持一致，抽水持續時間3 d。

第3步：抽水完成后進行水位恢復，監測時間連續1 d。

3.3 坑內數據換算

通過試驗期間監測數據的匯總，能得到各階段坑內降水井水位探頭的頻率模數，結合試驗前期對各降水井內預埋的水位探頭編號、初始頻率模數，換算出坑內降水井水位變化情況。

基本原理是當降水井內水位發生變化時作用在振弦式孔隙水壓計上的水壓力不同，從而導致其產生不同的振動頻率，利用頻率模數的變化來間接反映水壓力的變化，從而反映水位的變化情況[5]。

以坑內靜水位觀測井S-4為例，預埋的水位探頭編號為0256269，通過查看該水位探頭的質量檢驗合格證，可知該水位探頭的率定系數K為-1.172×10-5 m/Hz2

水位變化量P=K（ [f 2i]-[f 20]）

式中：f0為初始頻率模數；f1為抽水結束后頻率模數。

通過試驗過程中監測數據匯總可知：試驗前期S-4的初始水位為5.50 m，f0為1 420.2，fi為2 049.8；則S-4水位變化量P=-1.172×10-5×（2 049.82-1 420.22）=-25.60（m）。

抽水結束時S-4的靜水位=初始水位-水位變化量=5.50-（-25.60）=31.10（m）；同理，計算出S-17抽水結束時的靜水位埋深為30.99 m。

3.4 試驗結果分析

坑內兩口靜水位觀測井的水位均位于基坑開挖面以下，則坑內靜水位滿足基坑開挖要求，坑內降水井布置滿足基坑開挖要求。

抽水試驗期間對坑外觀測井的水位進行監測，坑外潛水觀測井水位下降5～29 cm；坑外承壓水觀測井水位下降13～33 cm。坑外各含水層水位穩定，沒有明顯的異常點，初步判斷止水帷幕效果良好。

4 結語

本文以天津某蓋挖逆做法施工的地鐵基坑降水工程作為研究案例，對蓋挖逆作法施工基坑進行生產性抽水試驗的施工工藝進行探討，可在保證坑內降水井井管不穿透頂板的條件下，利用預埋的振弦式孔隙水壓計對坑內降水井水位情況進行觀測，確保抽水試驗的完整性和精準性，為后續基坑降水運行及土方開挖奠定了基礎。

參考文獻：

[1]王鈺哲.地鐵車站蓋挖逆做法施工關鍵技術[J].運輸經理世界，2021，（21）：11-13.

[2]任國旭.蓋挖逆作法地鐵降水施工技術探討[J].黑龍江交通科技，2019，42（12）：196-197.

[3]莊群虎，顧家慧.深基坑群井降水法效果研究與實例分析[J].山西建筑，2021，47（20）：55-57.

[4]馬 " "濤，王 " "靜.生產性抽水試驗在某基坑工程中的應用[J].天津建設科技，2021，31（5）：33-35.

[5]陳榮彬.軟基自動化監測系統的應用與分析[J].建筑監督檢測與造價，2022，15（6）：16-20+50.