天津地鐵某車站基坑開挖前降水試驗研究

張軍 童剛強

【摘? ? 要】：為了驗證基坑圍護結(jié)構(gòu)的隔水能力，預(yù)判降水施工對周邊環(huán)境的影響，通過天津地鐵某車站基坑開挖之前的降水試驗，明確造成潛水層和第一承壓水層水位下降的主要原因；對該車站基坑地下連續(xù)墻水平位移、地表沉降、附近建筑物沉降情況進行了分析，認為提高地下連續(xù)墻施工質(zhì)量和避免一次性降水深度過大能有效控制降水對周邊環(huán)境的影響。

【關(guān)鍵詞】：地鐵車站；基坑開挖；降水

【中圖分類號】：U231.4【文獻標(biāo)志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2024）01-08-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.01.003

收稿日期：2023-01-03

作者簡介：張軍（1987 - ）， 男， 碩士， 高級工程師， 從事軌道交通建設(shè)管理工作。

Research on the Dewatering Test before Excavation of A Foundation Pit?in A Tianjin Metro Station

ZHANG Jun，TONG Gangqiang

（Tianjin Metro Group Co Ltd．， Tianjin 300252，China）

【Abstract】：In order to verify the water-proof capacity of the envelope structure，and predict the impact of dewatering construction on the surrounding environment. Through the dewatering test performed before the excavation of a foundation pit in a station of Tianjin Metro， the paper clarifies the main reason for the lowered water levels of the phreatic aquifer and the first confined aquifer， analyzes the horizontal displacement of the diaphragm wall， ground subsidence and subsidence of nearby buildings in the excavation of the station. It is considered that improving the construction quality of the diaphragm wall and avoiding excessive dewatering depth at one time can effectively control the influence of dewatering on the surrounding environment.

【Key words】：subway stations; excavation of foundation pits; dewatering

基坑降水需要解決好三個問題：一是降低基坑內(nèi)水位，減少開挖面土體含水量，保證開挖面作業(yè)安全；二是降低承壓水水頭高度，避免基坑內(nèi)發(fā)生突涌、管涌；三是控制降水對周邊環(huán)境的影響。前兩個問題可以通過調(diào)整降水方式來有效解決[1]，而降水施工對周邊環(huán)境影響的問題，一直是專家學(xué)者研究的重點。葉為民等[2]通過滲流-應(yīng)力耦合分析，探討了深基坑承壓降水施工對基坑周邊區(qū)域地面沉降的影響因素、范圍和程度。周念清等[3]通過抽水試驗反求水文地質(zhì)參數(shù)，采用三維有限差分法對基坑降水進行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果與地下水位實際監(jiān)測數(shù)據(jù)十分吻合。以上研究都是基于止水帷幕完好工況下降水對周邊環(huán)境的影響分析。由于施工工藝及施工質(zhì)量控制問題，工程實際中止水帷幕經(jīng)常滲漏水[4]；因此，基坑內(nèi)降水時，基坑內(nèi)外的水力聯(lián)系是多方面。

已有研究表明[5～6]，天津地區(qū)各含水層之前的隔水層基本由粉質(zhì)黏土組成，為相對隔水層，各含水層之間存在較強的水力聯(lián)系；因此，在基坑正式降水施工前，準(zhǔn)確掌握基坑內(nèi)外水力聯(lián)系是非常必要的。本文對天津某地鐵車站基坑開挖前的降水試驗數(shù)據(jù)進行分析，針對止水帷幕的止水效果提前采取補救措施，以保證施工安全。

1 工程概況

天津某地下二層島式地鐵車站全長279 m，主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段寬20.7 m。基坑開挖深度標(biāo)準(zhǔn)段約18 m、端頭井段約20 m，采用明挖順作法施工。圍護結(jié)構(gòu)為800 mm厚地下連續(xù)墻，標(biāo)準(zhǔn)段地下連續(xù)墻深約31 m，端頭井段地下連續(xù)墻深約34.3 m。在基坑南側(cè)有一處建于1988年、6層磚混結(jié)構(gòu)的建筑物，距離主體基坑11.05 m，為天然地基，筏板基礎(chǔ)，處于正常使用狀態(tài)。

上部潛水埋藏較淺，埋深0.7～2.0 m，⑥3粉土、⑥4粉砂為主要含水層，場地內(nèi)貫通連續(xù)分布；下部微承壓水以黏性土為相對隔水頂板，主要賦存于下部地層的粉土、砂類土中。第一層微承壓水主要賦存于⑧3粉土、⑨3粉土、⑨4粉砂地層中，厚度一般在1.4～10.1 m，穩(wěn)定水位1.65～3.4 m；第二層微承壓水賦存于⑩3粉土、⑩4粉砂和第Ⅳ陸相層中的?3粉土、?4粉砂地層中，厚度一般在1.0～8.3 m，穩(wěn)定水位2.55～3.63 m。

2 降水試驗

2.1 試驗方案

地下連續(xù)墻隔斷了潛水含水層和第一承壓水層，未進入第二承壓水層；因此采用基坑內(nèi)管井疏干降水，基坑外設(shè)置分層觀測井的方案。見圖1和圖2。

結(jié)合規(guī)范[7]及天津市工程經(jīng)驗，根據(jù)基坑面積、深度及地質(zhì)條件，坑內(nèi)共布置疏干井30口；坑外設(shè)置潛水觀測井16口，第一承壓水觀測井8口，第二承壓水觀測井6口。見表1。

降水試驗在第一道混凝土支撐完成且達到設(shè)計強度后進行，主要分兩個階段。

第一階段：將水泵放置在地面下15 m，降水深度滿足車站中板施工要求，坑內(nèi)留有2口水位觀測井（S7、S18），同時運行坑內(nèi)其他疏干井，持續(xù)3 d，觀測基坑內(nèi)外觀測井的水位變化及坑內(nèi)疏干井的出水量。

第二階段：水泵放置在井底22 m，降水深度滿足車站底板施工要求，持續(xù)3 d，觀測坑外觀測井的水位變化及基坑內(nèi)疏干井的出水量。

2.2 試驗數(shù)據(jù)分析

第一階段基坑內(nèi)平均每口疏干井出水量23.3 m3，最大出水量42.8 m3（S3），最小出水量7 m3（S27）；第二階段平均每口疏干井出水量56.4 m3，最大出水量104 m3（S24），最小出水量17.8 m3（S27）。第一階段基坑外潛水觀測井平均水位降深0.62 m，最大水位降深1.11 m（G11），最小水位降深0.18 m（G12）；第一承壓水層觀測井平均水位降深0.62 m，最大水位降深0.95 m（CG6），最小水位降深0.14 m（CG11）；第二承壓水層觀測井平均水位降深0.34 m，最大水位降深0.48 m（J1），最小水位降深0.27 m（J2）。

第二階段基坑外潛水觀測井平均水位降深0.73 m，最大水位降深1.28 m（G7、G11），最小水位降深0.2 m（G12）；第一承壓水層觀測井平均水位降深0.72 m，最大水位降深1.1 m（CG6），最小水位降深0.23 m（CG11）；第二承壓水層觀測井平均水位降深0.5 m，最大水位降深0.6 m（J1），最小水位降深0.36 m（J2）。

基坑內(nèi)降水，基坑外潛水、第一及第二承壓水層水位均出現(xiàn)了下降，潛水層、第一承壓水層水位降深均值基本一致，但各觀測井水位降深差別很大，第二承壓水層水位降深差別很小。由于地下連續(xù)墻并未隔斷第二承壓水層，在坑內(nèi)降水的過程中第二承壓水層向上越流補給，導(dǎo)致基坑外第二承壓水層水位下降，基坑外第二承壓水層水位下降又造成基坑外潛水及第一承壓水層向下越流補給，使基坑外潛水及第一承壓水層水位下降，水位降深應(yīng)小于第二承壓水層水位降深；但實際情況剛好相反，潛水層、第一承壓水層水位降深均值大于第二承壓水層水位降深。

根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計情況，整個基坑有50%的地下連續(xù)墻接縫存在滲漏水情況且基本均勻分布，局部接縫甚至出現(xiàn)劈叉情況。見圖3。

對照分析發(fā)現(xiàn)，地下連續(xù)墻接縫滲漏水較多位置附近的潛水或第一承壓水層觀測井水位降深較大；因此，可以判定地下連續(xù)墻滲漏水是潛水及第一承壓水層水位下降的主要原因。

兩階段試驗過程中，基坑內(nèi)疏干井水位降深穩(wěn)定后，基坑外觀測井的水位也隨之穩(wěn)定；因此，基坑內(nèi)持續(xù)降水，維持水泵深度不變的情況下，基坑內(nèi)外水流處于“降水-滲漏-越流”的動態(tài)平衡狀態(tài)。

3 降水試驗引起的變形分析

從基坑內(nèi)開始抽水前一天開始對地下連續(xù)墻墻體、周邊地表及建筑物進行監(jiān)測，至地表及建筑物沉降穩(wěn)定后結(jié)束。見圖4。

3.1 墻體側(cè)向位移

墻體向基坑內(nèi)側(cè)產(chǎn)生了明顯的位移，在第一道鋼筋混凝土支撐的作用下，墻頂水平位移幾乎沒有變化，墻體的最大側(cè)向位移發(fā)生在地下8～14 m的位置，分別達到了5.08（CX5）、4.13 mm（CX6）。見圖5。

降水試驗數(shù)據(jù)表明：基坑內(nèi)降水時，基坑內(nèi)水位迅速下降，導(dǎo)致坑內(nèi)土體在土體自重和墻體側(cè)壓力作用下發(fā)生三向固結(jié)，從而導(dǎo)致墻體發(fā)生側(cè)向位移。

3.2 地表沉降

基坑內(nèi)降水對坑外地表沉降影響明顯，降水期間最大沉降為1.65 mm（DC1、DC2），降水停止后6 d地表沉降開始穩(wěn)定，累計最大沉降達到5.07 mm（DC2），地表沉降滯后于降水時間。最大地表沉降發(fā)生在距離基坑6 m的位置，影響范圍30 m左右。見圖6。

3.3 建筑物沉降

基坑內(nèi)降水使建筑物產(chǎn)生了明顯的沉降，降水停止后6 d建筑物沉降基本穩(wěn)定?？拷右粋?cè)（JC3、JC4、JC5）沉降明顯大于遠離基坑（JC1、JC7、JC8）一側(cè)，建筑物整體向基坑方向傾斜；降水期間各監(jiān)測點的沉降和地表沉降規(guī)律一致，建筑物沉降的發(fā)生滯后于降水時間。見圖7。

4 結(jié)論與建議

1）基坑內(nèi)外水位變化數(shù)據(jù)說明：第二承壓含水層與上部含水層之間存在著密切的水力聯(lián)系，地下連續(xù)墻滲漏水是造成潛水及第一承壓水層水位下降的主要原因。在維持降水深度不變的情況下，基坑內(nèi)持續(xù)降水時，基坑內(nèi)外水流處于“降水-滲漏-越流”的動態(tài)平衡狀態(tài)。

2）降水試驗數(shù)據(jù)表明：基坑內(nèi)降水時，基坑內(nèi)水位迅速下降，導(dǎo)致坑內(nèi)土體在土體自重和墻體側(cè)壓力作用下發(fā)生三向固結(jié)，從而導(dǎo)致墻體發(fā)生側(cè)向位移；地下連續(xù)墻向基坑內(nèi)側(cè)移動，導(dǎo)致基坑外地表及建筑物沉降；基坑外各含水層水位下降，土體固結(jié)壓縮，也造成地表及建筑物沉降。

3）在后續(xù)類似工程中主要應(yīng)從兩個方面控制降水對周邊環(huán)境的影響：一是提高地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量，有效隔斷基坑內(nèi)外水平方向的水力聯(lián)系；二是避免一次性降水深度過大，做到“按需降水、分層分段降水”。

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