富水砂層中的深基坑降水技術(shù)

劉文華

陜西工程勘察研究院有限公司，陜西 西安 710068

各個(gè)地區(qū)的地下軌道所處的地下環(huán)境不同，水文地質(zhì)存在很大差異，因此地鐵深基坑施工工程建設(shè)面臨很大的挑戰(zhàn)。尤其是在富水砂層當(dāng)中修建地鐵項(xiàng)目，地下水的處理存在一定的難度。應(yīng)用深基坑降水技術(shù)不但可以充分保持基坑邊坡和土體的穩(wěn)定性，還可以讓基坑底部具有干燥性，為工程施工營(yíng)造良好的條件。

1 工程案例

西安市某地鐵站周圍地表水較豐富，1.8km范圍內(nèi)有2個(gè)人工湖（未做防滲處理）和1條河流，地鐵站東西敷設(shè)，其主體長(zhǎng)度為320m，平均寬度為25m，基坑深度約為24～25m，采取明挖法進(jìn)行施工，運(yùn)用鉆孔樁加鋼管一體進(jìn)行支撐。地下砂層較厚，并且分布均勻，地下水層和周圍水系存在直接的關(guān)聯(lián)，地層滲透性較好，能夠快速補(bǔ)給，是非常典型的深厚富水砂層。

2 水文地質(zhì)參數(shù)確定

2.1 抽水試驗(yàn)

工程場(chǎng)地內(nèi)潛水主要賦存2-4-2-3細(xì)砂、2-5-3中砂、3-7-3中砂，水位埋深約為11m，對(duì)基坑開挖影響較大，故需對(duì)該工程進(jìn)行抽水試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)采用“一抽六觀”，即1個(gè)抽水井，6個(gè)觀測(cè)井（成井深度為50m）的試驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)所有水文地質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行1～2次/d的穩(wěn)定水位統(tǒng)測(cè)?；谥車祵?duì)降水供給的影響，觀測(cè)井設(shè)在抽水井兩側(cè)。為防止抽水過程中三維流影響觀測(cè)井，觀測(cè)井和抽水井的距離控制在8m。為確保各觀測(cè)井相應(yīng)水位均有所降低，觀測(cè)井距離抽水井不應(yīng)過遠(yuǎn)，通常在20m為宜。此外，在距離抽水井35m的位置設(shè)置1個(gè)觀測(cè)孔（孔深35m）。

2.2 相關(guān)要求

首先，試驗(yàn)井要根據(jù)管井的相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，保證成井和洗井的質(zhì)量。其次，單井的試驗(yàn)要開展3次降深與恢復(fù)水位的觀測(cè)。每次降深均要穩(wěn)定進(jìn)行，并且持續(xù)8h。選用的試驗(yàn)泵量根據(jù)公式求得：

式中：Q為涌水量；K為滲透系數(shù)；H為潛水水層厚度；R為影響半徑；S為降水深度；r為基坑等效半徑。

根據(jù)公式測(cè)算結(jié)果，抽水降水過程要選擇涌水量大于50m3/h的水泵展開最大降深，然后選擇涌水量大于35m3/h的水泵，最后選擇涌水量大于25m3/h的水泵。

2.3 試驗(yàn)運(yùn)行

洗井、試抽及設(shè)備裝置完成后，觀測(cè)抽水前的穩(wěn)定水位，通過24h觀察，水位幅度穩(wěn)定在2cm以下，并且未出現(xiàn)連續(xù)升降可為穩(wěn)定。抽水前要對(duì)電源及水泵進(jìn)行檢查，確保排水通暢，對(duì)測(cè)線進(jìn)行校正，檢查人員設(shè)備情況，再進(jìn)行抽水觀測(cè)。在抽水井抽水的同時(shí)要對(duì)水位進(jìn)行采集，還要對(duì)各次水位采集時(shí)間進(jìn)行記錄，抽水井和觀測(cè)井水位要一同采集，觀測(cè)抽水量。在總體的抽水試驗(yàn)中，出水量要保持正常量，并對(duì)抽水穩(wěn)定性進(jìn)行判斷。若出現(xiàn)變化，其浮動(dòng)率要低于3%。抽水井水位幅度主孔要低于3cm，最遠(yuǎn)觀測(cè)井幅度要低于1cm的采集精度。出水量可運(yùn)用水表進(jìn)行計(jì)量，要精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。抽水井水位測(cè)量要精確到厘米，觀測(cè)井水位測(cè)量要精確到毫米。抽水停止后水位恢復(fù)，這時(shí)觀測(cè)水位非常關(guān)鍵，在停止抽水的瞬間對(duì)恢復(fù)的水位進(jìn)行測(cè)量，頻次與抽水時(shí)相同，直至水位穩(wěn)定。穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)為最后水位觀測(cè)1h內(nèi)水位幅度不大于1cm。在開展抽水試驗(yàn)前，明確抽水井及觀測(cè)井的實(shí)際坐標(biāo)與標(biāo)高，以便于測(cè)算，同時(shí)要合理設(shè)置記錄表格，觀測(cè)人員需要簽字確認(rèn)，且電子數(shù)據(jù)參數(shù)要立即保存?zhèn)浞荨?/p>

2.4 水文地質(zhì)數(shù)據(jù)測(cè)算

依照相關(guān)地質(zhì)資料，抽水試驗(yàn)的含水層巖性具有均勻性，厚度穩(wěn)定，地下水運(yùn)動(dòng)為層流，滿足裘布依公式的應(yīng)用條件。井損和水位具有一定的浮動(dòng)，可運(yùn)用觀測(cè)井水位公式測(cè)算K與R。

（1）滲透系數(shù)K測(cè)算公式如下：

式中：H為潛水層厚度；S1、S2均為觀測(cè)井降深數(shù)值；r1、r2均為抽水井和觀測(cè)井間距；Q為抽水井的出水總量。

（2）影響半徑R測(cè)算公式如下：

2.5 試驗(yàn)結(jié)果

此次試驗(yàn)其含水層厚度為34m，通過試驗(yàn)結(jié)果表明，滲透系數(shù)為45～50m/d，影響半徑為1420～1800m。

3 降水設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)取用

根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行降水設(shè)計(jì)，降水設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 降水設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

基坑涌水量運(yùn)用潛水完整井公式進(jìn)行估算，計(jì)算得基坑涌水量為53352.9m3/d，沿基坑周邊設(shè)置降水井97口，井深50m，單井出水量為45m3/h。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 基坑用水量計(jì)算結(jié)果表

4 降水井施工

4.1 降水井施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

首先，降水井的鉆井設(shè)備可利用反循環(huán)鉆機(jī)，井身必須圓正且垂直。其次，可利用托盤下管方式裝置井管，確保接口內(nèi)壁平滑，下入井管連接牢固且垂直。井口需要加蓋，封閉井底，減少泥漿的比例。再次，為避免井壁塌陷，可運(yùn)用凈水填礫法進(jìn)行填充，礫料順井管周邊均勻投放，避免中途出現(xiàn)堵塞的情況。從次，下管投礫完成后要立即進(jìn)行洗井，其方式可運(yùn)用污水泵進(jìn)行抽洗，抽洗務(wù)必徹底。最后，降水井在施工之前根據(jù)相關(guān)規(guī)定展開地下管線物質(zhì)的探測(cè)任務(wù)。

4.2 觀測(cè)孔施工

觀測(cè)孔施工宜和降水井共同展開施工，可運(yùn)用鉆孔機(jī)械進(jìn)行。成孔直徑為150mm，孔深為35m。完成后下入直徑為50～100mm的PVC管材，在測(cè)管入水位置打眼，同時(shí)填進(jìn)粒徑為3～8mm的礫料。若條件允許，可運(yùn)用微型泵進(jìn)行抽水洗孔。

4.3 降水起止時(shí)間

結(jié)合該地區(qū)經(jīng)驗(yàn)及工程實(shí)踐狀況，此工程降水施工適合在其結(jié)構(gòu)挖掘到地下水位以上1.5～2m，約提前15d進(jìn)行，降水效率特別明顯之后，再開展土方的挖掘。在結(jié)構(gòu)荷重能夠充分平衡地下水對(duì)上層結(jié)構(gòu)的浮力后，才可以停止降水。

5 降水施工技術(shù)要點(diǎn)與成效

降水管井施工運(yùn)用反循環(huán)回轉(zhuǎn)法，成井孔壁更加穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)榭妆谒涠鴮?duì)基坑造成傷害。降水井運(yùn)用管井過濾器，確保孔隙率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)確保孔隙均勻性。自然水位下井管接口及井身應(yīng)采用不少于2層60目尼龍濾網(wǎng)纏繞包裹，防止砂層流失。降水井成井后必須及時(shí)洗井，避免泥漿板結(jié)對(duì)出水效果有所影響。

在降水過程中不間斷進(jìn)行抽水，施工中未出現(xiàn)抽水中斷的現(xiàn)象，對(duì)周圍環(huán)境和地下水進(jìn)行監(jiān)控，沒有出現(xiàn)異常情況。在基坑進(jìn)行開挖施工時(shí)，邊坡與坑壁穩(wěn)固性良好，沒有出現(xiàn)邊坡坑壁失穩(wěn)坍塌的情況，并且達(dá)到基底干燥的條件，沒有對(duì)工程施工產(chǎn)生影響。

6 結(jié)束語

綜上所述，在開展富水砂層深基坑施工時(shí)，需通過抽水試驗(yàn)與相關(guān)理論測(cè)算明確水文地質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與施工規(guī)范進(jìn)行建設(shè)。文章結(jié)合具體案例，主要對(duì)富水砂層深基坑施工降水技術(shù)進(jìn)行探討，也為其他類似施工項(xiàng)目積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。