深基坑降水施工技术及应用实例分析_朱芸.pdf

HOUSING AND REAL ESTATE住宅与房地产111文/Article 朱 芸深基坑降水施工技术及应用实例分析摘要：在深基坑工程中，通常将地下水分为潜水和承压水两大类，其中承压水对基坑工程特别是深基坑工程的危害较大，若降水施工技术处理不当，则可能会对基坑安全、质量及周边环境产生严重的影响。因此，文章以上海市黄浦区南外滩某项目为例，结合该项目工程周边环境和地质水文情况，进行基坑稳定性分析，在此基础上设计降水方案，通过明确降水井用途及布置原则，开展生产性抽水试验，确保深基坑降水施工技术参数和降水施工组织安排科学合理。关键词：深基坑；深井降水；承压水；降水技术在深基坑工程中，往往由于地下水位高于施工基面，需要通过降低地下水位，以此满足施工的要求。一般降水深度超过 15 m 且地下水较丰富的土层适合采用深井降水工艺，通常深井管内要形成真空，以达到快速、有效、大面积降低地下水位的目的。部分项目对基坑周边环境保护要求较高，需要做到坑内降水，不影响坑外环境，这就对降水施工技术提出了更高的要求。为了较为直观地介绍深基坑降水施工技术要点，以及深井降水在工程中的应用，笔者以亲历的深基坑降水施工项目为例进行探讨、分析，总结降水施工技术经验。1 项目情况1.1 工程概况案例工程位于上海市黄浦区南外滩，分地上及地下结构部分，地上部分主要包括景观平台、文化中心（钢结构）；地下部分为 3 层地下室，深度为 17.25 20 m（含深坑区域），属于深基坑施工。基坑围护结构形式采用地下连续墙+槽壁加固，地下连续墙深 50 m，中隔墙深 37 m，将基坑分成 D1、D2、D3 区，其中 D1 区为大坑，基坑面积为 5 732 m2，采用钢筋混凝土支撑形式；D2、D3 区为小坑，基坑面积分别为 650 m2、518 m2，采用钢筋混凝土支撑+钢管支撑形式。1.2 周边环境该项目周边环境较为复杂：董家渡渡口距离基坑东侧开挖边线 22 m；地铁 4 号线区间隧道距离基坑南侧开挖边线 23 m；商用高层建筑物距离基坑北侧开挖边线14 m；中山南路地下通道距离基坑西侧开挖边线 18 m。1.3 地质水文情况根据勘察成果分析：场地位于正常地层分布区，勘察深度 90 m 范围内的地基土，主要由饱和黏性土、粉性土和砂土组成，呈水平层理分布。其中第1、2与第层土存在承压水，无第层黏性土相隔，存在水力联系贯通，此场地内承压水初始水头埋深为地面以下4.90 5.10 m。2 基坑稳定性分析承压含水层顶板处的覆土压力会随着基坑开挖深度的增加而减小，当基坑开挖到一定深度后，承压含水层上部土压力可能小于含水层中承压水顶托力，易导致坑底发生突涌，严重危害基坑安全。因此，要进行基坑抗承压水突涌稳定性验算，可按下式进行承压水位控制。sisiSwwhPFPH=（1）式中：Ps为承压含水层顶面至基底面之间的上覆住宅与房地产HOUSING AND REAL ESTATE112ARCHITECTURE FORUM建筑 论坛土压力，kPa；Pw为初始状态下承压水的顶托力，kPa；hi为承压含水层顶面至基底面之间各分层土层的厚度，m；si为承压含水层顶面至基底面之间各分层土层的重度，kN/m3；H 为高于承压含水层顶面的承压水头高度；w为水的重度，kN/m3；FS为安全系数，工程上一般取1.05 1.20，此项目取 1.05。分别计算第1、2、层承压水安全水位对应的临界开挖深度。根据勘探报告显示，基坑范围内第1层承压水覆土厚度为 29.16 m，覆土厚度范围内各土层加权平均重度 s取 18.34 kN/m3，基坑安全水位按地面以下 4.90 m 取值，代入公式（1）计算得出：当临界开挖深度达到 15.27 m 时，开始进行第1层承压水减压（详细计算步骤省略）。因此，基坑设计开挖深度大于 15.27 m，需要考虑采取第1层减压措施并布置减压降水深井。同理，基坑范围内下伏第2层承压含水层层顶埋深 35.40 m，第2层顶面至基底面间各土层的加权平均重度 s取 18.50 kN/m3，代入公式（1）计算得出：当临界开挖深度达到 18.09 m 时，开始进行第2层承压水减压（详细计算步骤省略）。因此，开挖基坑落深区域（如集水井、电梯井等），即开挖深度大于 18.09 m 时，需要考虑降低第2层承压含水层水位，并布置减压降水深井。因为第、层土承压水系连通，所以还应对第层承压水安全水位所对应的临界开挖深度进行验算复核。同理将第层承压水顶层最浅埋深 66.18 m 代入公式（1）计算得出：临界开挖深度为 31.40 m。由于此项目基坑最大挖深为 20 m，故不考虑对第层减压降水。需注意以下事项：（1）基坑内勘察深度达 90 m，已进入第层承压水层，须密切关注前期坑内勘察孔和监测孔的突然涌水情况；（2）深基坑施工过程中，应采取必要的措施，确保投入运行的降压深井不被人为破坏，若发现损坏，应立即采取补救措施。3 降水方案设计3.1 降水井用途及布置原则（1）疏干井。根据勘察报告显示，此项目需疏干的土层水位包括第 3-1 层灰色粉质黏土、第 3-2 层灰色砂质粉土、第夹层灰色砂质粉土潜水。结合上海地区潜水土层特性及真空深井降水特点：单井有效疏干面积介于 150 250 m2，综合考虑并扣除基坑内土体加固区面积，疏干深井数量可按下式确定。N=S/A（2）式中：N 为井数（口）；S 为基坑内需疏干部分总面积，m2；A 为疏干管井单井疏干有效影响面积，此项目取 240 m2。（2）减压井。根据地质勘察报告及基坑突涌稳定性安全验算结果得出：必须对第1、2层承压水采取有效的减压降水措施，才能防止产生基坑突涌破坏。在确定减压井降水布置方案前，此项目运用软件 Visual Mod-flow（三维地下水流和溶质运移模拟评价的标准可视化专业软件系统）进行模拟和计算，为降水设计与施工提供理论依据，要建立渗流三维模型，首先要设定三个前提：承压水的初始水头埋深；基坑围护结构深度；减压单井平均涌水量（需综合考虑隔水效果、运行时间、群井效应等因素）。软件可以绘制出当坑内降水达到最大设计降深时的预测基坑内、外水位埋深等值线图，便于分析和确定基坑内减压井（含备用兼观测井）布置原则，达到最优的降水运行效果。（3）坑外观测井兼应急回灌井。在坑内进行第层减压降水时，对周边环境的影响难以避免，故需要设置坑外回灌井，人为抬升地下水水位，保持坑外水土平衡状态，减缓沉降变形加剧。为了保证坑外回灌效果，基坑南侧（临近地铁 4 号线）、基坑西侧（临近中山南路地道）回灌井的过滤器采用特殊缠丝过滤器，通过回灌试验确定并调整回灌量、回灌压力等施工参数。若潜水降水试验结果不理想，则在基坑外对应范围内增设必要的潜水回灌井；若承压水回灌效果不理想，则应加密加深坑外承压水回灌井。一般，当坑外潜水位下降 1.0 m 时，需启动应对范围内的潜水回灌井；当坑外承压水位下降 2.0 m 时，需启动对应范围内的承压水回灌井。水位回灌至初始水位后暂停。3.2 生产性抽水试验（1）试验过试验目的。测定承压含水层的初始水头，判断临界开挖深度；通过抽水试验等手段来掌握承压水水位变化规律；通过抽水试验定性判定已施工的地下连续墙隔水效果；通过抽水试验，为后期工程降水提出深HOUSING AND REAL ESTATE住宅与房地产113化或调整建议（包括减压井深度、过滤器长度、减压井平面位置及数量等）。（2）试验阶段。初始水位观测；群井抽水；水位恢复。（3）抽水井号。试验阶段、：无。试验阶段：J3（坑内）、J5 J8（坑内）。（4）观测井号。试验阶段、：全数。试验阶段：J4（坑内）、GH4（坑外）、GH6（坑外）、GH8 GH15（坑外）。（5）群井抽水试验。2020 年 9 月 13 日 8：00 至 9月 14 日 22：00，进行群井抽水试验，利用 J3、J5 J8抽水，将 J4、GH4、GH6、GH8 GH15 作为观测井，抽水持续 34 h，对坑内、外观测井进行同步观测并记录数据，反馈基坑内、外水位变化情况，具体如下：坑内观测井J4 水位降深 7.64 m，此时第层稳定水位埋深 13.24 m，坑内降水到位；坑外东侧第层水位观测井 GH15 最大降深为 0.77 m，西侧第层水位观测井 GH9 最大降深为0.91 m，南侧第层水位观测井 GH4 最大降深为 0.89 m，北侧第层水位观测井 GH13 最大降深为 0.77 m；坑内降水井停止抽水后，反馈水位恢复情况：持续时间分别为 0 min、1 min、3 min、6 min700 min。恢复百分比分别为 0%、3.27%、5.10%、10.08%93.06%。3.3 生产性抽水试验结论（1）承压水初始水位观测。第层初始水位埋深最浅为 5.60 m（场地内实测）。（2）第层承压水降水能力。按照设计图纸，基坑最大挖深为 20 m（含深坑区域）计算：承压水位降深7.56 m，具体根据公式（1）计算，此时基坑安全水位埋深为 13.16 m，与相应试验数据进行对比、分析，可知能够满足基坑深坑区域开挖的要求。（3）止水帷幕判断。坑外层观测井水位最大降深为 0.89 m，考虑此项目围护结构未隔断第、层承压水，为悬挂式帷幕，坑外水位降幅不大。可以判断地下连续墙止水效果较好，没有发生明显的渗漏迹象，但在后期土方开挖过程中仍需加强观测，做好地墙渗漏的应急处置工作。（4）降水对环境影响控制措施。坑内“按需降水”“精细管控”，控制单井抽水量及群井抽水总量，以小时计量。在基坑开挖时注意合理组织，分块完成底板，加快施工进度，缩短降水持续时间。在基坑开挖前期及施工过程中，加强过程监测，对可能存在的风险及时采取预控措施。（5）备用电源。停止抽水后，第层承压水水位恢复相对较快，水位恢复 10%历时 6 min 左右。为保证基坑安全，减压降水运行期间，除对降水运行配备独立的供电系统外，还须配置备用电源，做好电源切换应急演练，确保在规定时间内恢复正常降水。地质勘察报告分析，基坑稳定性计算，生产性抽水试验数据汇总、对比、验证，为实施阶段降水施工技术参数和降水施工组织优化提供了宝贵经验和理论指导，也为深基坑工程施工安全、质量保证、环境保护奠定了基础。4 结束语文章对深基坑降水施工技术作了初步探讨和分析，认为基坑降水施工重点在于防范并化解承压水突涌带来的不利影响，预控是根本，总结出承压水防治“六字诀”，即“隔、止、降、控、堵、灌”。施工单位要牢固树立安全风险意识，提高对承压水危害性认识，科学掌握预控技术，提升防控能力，切实做好充分的应急措施。（作者单位：上海联合工程监理造价咨询有限公司）参考文献1 刘旭全.地铁隧道承压水地层盾构机选型配套及施工实践 J.土木工程学报,2020,53(S1):200-204.2 刘晶晶,彭微强,侯正波,等.溶蚀凹槽地层地铁深基坑降水施工影响分析 J.中国安全生产科学技术,2021,17(S2):86-90.3 王申侠.下穿浐河地铁站深基坑与降水设计研究 J.铁道工程学报,2020,37(8):11-14,64.4 潘世强,邓俊.富水砂卵石层深基坑近接建筑物安全施工控制技术研究 J.公路工程,2018,43(3):173-178.5 王有旗,谢彬,蒋梁栋,等.深基坑降水开挖对围护结构弯矩与位移影响分析 J.广西大学学报(自然科学版),2022,47(5):1160-1173.