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大型地铁站深基坑降水施工技术研究

作者：佚名  点击数： 123 更新时间：2006-9-5

    摘 要：本文以某地铁站工程为例，详细介绍了在饱和淤泥质软土地层中如何进行深基坑降水施工，重点说明了该工程深基坑降水的措施和效果，以期对今后类似地下工程的施工具有一定的参考价值。 
关键词：地铁站；深基坑；降水 

    1，  前言 
    工程界习惯上将开挖深度超过6米的基坑列为深基坑。80年代以前我国深基坑工程较少，当时修建的多层和高层建筑的地下室多为一层，深度一般不超过5m，采用常规的方法进行降水和开挖困难不大。至80年代末期我国开始出现一些较深的基坑，在北方地区由于土质较好、地下水位低，已有10m以上的基坑；而在上海一带的软土地区，亦开始出现少量的两层地下室，开挖深度8m左右。 
    地铁工程建设首先面临的是车站深基坑工程，从80年代末至今，我国在深基坑工程的研究、设计、施工及监测等方面取得了长足的进步，研究、开发了一系列适应我国国情的设计方法与施工技术。在我国已取得数万平方米的超大型基坑及开挖20多米的深基坑设计与施工的成功经验。近年来我国随着经济和城市建设的迅速发展，地下工程施工技术也有了飞速发展，地下连续墙、SO工法、水泥搅拌桩、旋喷桩等成熟施工工艺得到广泛运用，施工中使用了各种先进的大型施工机械，提高了施工效率，保证了施工质量和安全。但由于深基坑工程具有技术难度高、不可预见的因素多等特点，其安全可靠性不仅影响基坑工程本身，而且往往会影响周边环境。如设计、施工错误和不当，亦会带来严重的后果，因此要求我们不断总结施工经验，提高施工技术和管理水平。 
    2，工程背景 
    2.1 工程概况 
    某地铁站为地下二层岛式站，长166.6m，标准段宽17.2m，南、北端头井宽21.4m。东西两端(车站北侧)各有一个风道，南北两侧共有三个出入口。车站主体采用地下连续墙作基坑的围护结构。地下连续墙深：标准段26.5m，端头井28.0m；墙体厚度：标准段为0.6m，端头井为0.8m。它既是车站施工阶段的基坑围护结构挡土墙，又是车站使用阶段永久结构的一部分(与内衬墙一起作为永久性结构侧墙)。地下连续墙墙体间采用柔性接头，混凝土设计强度为C30，抗渗等级S8。车站主体东端II级基坑范围及两端头井内采用水泥搅拌桩抽条加固，基坑内加固范围为底板以下3m，基坑外大抗力被动区加固自顶板上1m至底板下1m。 
    2.2，地质情况及基本要求 
    根据地质勘察报告，本场地的地层情况按其水文地质特性，地下水类型可分为两类：潜水与承压水。 
    （1）潜水含水层 
    自地表以下至36.54m范围内第③一⑥层的土均为饱和的粘性土，其特性均为透水性很弱的地层，地下水位主要受大气降水、蒸发的影响而变化，水位在地表下1.25m左右。 
    （2）承压含水层 
    承压含水层主要由第⑤-2层粘质粉土与⑦-1层砂质粉土及第⑦-2层灰色粉砂组成，第⑤-2层粘质粉土为微承压含水层，其水头高度为地表以下5m左右，⑦-1层砂质粉土及第⑦-2层灰色粉砂为第一承压含水层，该层土的承压水头高度一般在地表以下4.9m左右。这两层土在本场地分布的深度约为地表以下22～44m范围内，局部地段两含水层连通。 
    根据基坑开挖及基础底板结构施工的要求，降水(压)要达到以下效果：通过降水及时疏通开挖范围内土层的地下水，使其得以固结，以提高土体强度和自稳性，防止开挖面土体失稳。降低下部承压水层的承压水水头，防止基坑底部土体隆起或突涌的发生，确保施工时基坑底板的稳定性。 
    3，基坑降水降压设计方案 

3.1，降水(压)井布置 
    以往地铁车站降压井的井位一般布置在基坑的两侧(外侧)，但由于该地铁站场地所限，场地南侧便道仅有4m宽，地下埋有污水管、雨水管等三根地下管道，布井的空间较小，且在管线附近不宜布井，易引起管线的沉降变形。而在场地北侧是车站的主要施工便道，吊车、挖机、车辆移动频繁。如果布置在北侧，不仅井的数量要增加，而且难以保证井的完好性以致影响降水的正常进行。 
    鉴于上述因素，降压井布置在基坑内偏南侧。但是降压井布置在基坑内，在降水施工结束后必须采取有效的封井措施，并在施工过程中不能截割与碰击，对井管的保护要求较高。具体布置为：坑内布置5口降压井，坑外布置2口观测井。采取真空深井井点降水方案，基坑内设15口 273降水井降潜水，单口井点的有效降水面积约为250m2，井点间距为15～16m。 
    3.2，降水(压)井构造与设计 
    (1)井口应高于地面以上0.50m，以防止地表污水渗入井内，采用优质粘土或水泥浆封闭，其深度不小于4.0m，保证管内真空度达到要求。 
    (2)降水井成孔孔径 500mm，降压井成孔孔径 550mm，降水井与降压井的井壁管均采用直径 250mm的焊接钢管。 
    (3)降水井与降压井均采用桥式滤水管，滤水管外均包一层30目~40目的尼龙网，滤水管的直径与井壁管的直径相同。降水、降压井的滤水管位置均根据各井位对应的地质剖面来设计：降水井设2段滤水管，长3m和4m，分别设于基坑底以上第④层土和基坑下第⑤层土中；降压井的滤水管布置在第⑤-2层(微承压含水层)与⑦-1层(承压含水层)中。 
    (4)沉淀管主要起到过滤器不致因井内沉砂堵塞而影响进水的作用。沉淀管接在滤水管底部，直径与滤水管相同，长1.00m，沉淀管底口用铁板封死:根据本场地的地层情况，降水井的深度不宜超过⑤-2层的顶面深度，为了确保降水井底部滤水管的长度主体结构内的降水井均不设沉淀管，降压井设沉淀管。 
    (5)采用洁净的粗砂从井底向上至地表以下4.0m，于井管与孔壁之间的空隙均匀围填。采用颗粒磨圆度较好的粗砂，从井底向上至滤水管顶部以上2.0～4.0m围填。 
    (6)在降水(压)井粗砂的围填面以上采用优质粘土围填至地表并夯实，将降水井管口密封保证不漏气。降压井封井采取在井管内先填瓜子片碎石，然后注浆再灌注混凝土的封堵方法。 
    3.3，主要施工工艺及控制措施 
    3.3.1，降水井注意事项 
    （1）严格密封降水并井管，保证真空管路系统在土方开挖前真空度达到-0.06Mpa以上，土方开挖过程中，真空度会有所下降，但须控制在-0.03MPa以上。 
    （2）降水井随着基坑开挖，暴露井管随时割除封堵。为方便挖掘机在基坑内作业，井管随着土方开挖而分段割除，并用粘土回填密实，保证有足够抽水能力的真空度。 
    3.3.2，降压井注意事项 
    （1）基坑开挖阶段：根据基坑不同部位在不同开挖深度分别计算需降低承压含水层的承压水水头高度。由基坑底板的稳定条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于承压水的顶托力，计算得基坑开挖阶段承压水位需降低值根据计算，在基坑的不同部位开挖到危险深度时，应开启相应部位的降压井进行抽水，并及时观测相邻部位停抽井的实测水位深度(即需降承压水的水头高度)来调整是否需增开相邻部位的降压井。 
    （2）主体结构施工阶段：上体结构底板混凝土浇筑完成并达到相应强度后，底板与地下墙连成整体共同作用，其抗剪强度和抗弯强度经验算能够满足大于下伏承压水顶托力的要求，故主体底板浇筑完成并

达到相应强度后可停止降承压水。 
    4，结论 
    本工程采用降水、降压井结合地质条件，运用真空及多段滤管等措施，比较好的处理了淤泥质粘性土渗透系数低及局部地层缺失后的微承压水与承压水联合作用的难题。在降水过程中可以发现土体空隙中的自由水一般在30天内基本被抽出，且前期抽出量大，后期抽出量小。降压井抽水可明显看出承压水补给量很大，必须使降压井的影响半径足够，并保持一定的抽水速度，来保证整个基坑底板的稳定。