广东省高州市第八建筑工程公司 广东高州 525200
摘要：文章结合某基坑工程实例，对工程中地下水文、地质特性和基坑降水控制进行了分析和总结，提出了基坑降水方案设计方案、降水技术及降水施工过程中应注意的问题，并就现场管控及降水效果进行了分析，结果表明方案基本实现了无明水影响土方开挖、运输，在没有增加预算的基础上较好的完成了地下水控制目标，基坑降水未对周边环境造成太多影响，可供类似工程参考借鉴。
关键词：基坑工程；地下水；降水方案技术；观测数据
0 前言
近年来，深基坑工程数量日益增加，基坑工程开挖规模也不断扩大。深基坑工程在开挖过程中，由于开挖面积大、临近水源处以及土的含水层被切断等原因，导致大量地下水渗入基坑当中，在施工中可能会引发的地下水危害，如基坑突涌、渗流破坏或渗流固结不均匀沉降等。基坑降水是地下工程为避免施工过程及使用期间因地下水影响而无法正常运行所采取的工程措施。目前，基坑降水技术虽已取得了长足的发展，但由于基坑降水受建筑物的基础特点、场地水文地质条件、场地周边环境等诸多因素影响，因降水不到位导致基坑失稳事故屡见不鲜。因此，选择合适的降水方案和严格控制降水技术施工就显得尤为重要了。
1 工程概况
某大厦主楼地上28层，地下车库基坑开挖深度约17.6m。主楼部分依据基坑坑底标高不同，可分为地下车库、主楼及主楼核心筒三个部分。其坑底高程分别是38.20（埋深16.800m）、37.40（埋深17.600m）及33.00m（埋深22.000m）。基坑支护方式采用护坡桩+预应力锚索型式，局部设置角撑。
该场地地处城市商业繁华地带，周边建筑物、道路及管线较多，环境复杂。基坑北侧地下埋有国防光缆、热力管线、给水管网等。基坑东侧为27层高层建筑物，桩基础，建筑物地下室埋深16.0m。南侧西段为某地上四层购物中心、大厦及银行采用了桩基础或地基处理。南侧东段为6层砖混住宅楼，对变形比较敏感，为设计和施工重点保护对象。
2 场地工程地质及水文地质特征
拟建场地位于山的东麓，冲洪积平原南部西边缘，地貌单元为阶地。场地上部地层主要是第四系冲、洪积黏性土及卵砾石层，下部地层主要是新近系冰碛湖相黏性土。
2.1 地层
本工程地层组合呈典型的阶地特征，上部为以新近沉积黏性土为主，中间赋存砂、砾卵石组成的下粗上细的洪积带，基底为新近系的弱膨胀黏性土层。近地表部分常分布有湖沼相软土层或粉土层。上部黏性土与下部卵砾石层之间，存在厚度不等的黏性土隔水层。
第四系黏性土总厚度为25.0～27.0m。场地表层杂填土平均厚度为2.0m，其下第2～6层为粉质黏土夹粉土层，黄褐色、灰褐色，可塑-硬塑，韧性、干强度中等，压缩性中等，局部含薄层细砂。
第四系卵砾石位于黏性土下部，总厚度14.0m左右，顶深度25～27.0m，粗颗粒含量超过50%，黄褐色，饱和，密实，级配差，磨圆度中等，第7层砾石厚度约7.5m，充填物多为粗细砂，第8层卵石厚度约6.5m，充填物多为混砂粒粉质黏土，本文后续评价过程中将其归并为第（7）层卵砾石。
下覆新近系冰碛湖相黏性土揭露厚度超过60m，基本为硬塑－坚硬状态的粉质黏土，黄褐色、红褐色夹灰绿色条带，干强度较高，切面较光滑，含姜石，在-60m左右夹2m左右的卵石土。
2.2 水文地质特征
场地共两层地下水，第一层分布于第四系中的粉土、粉砂薄层中，主要赋存于第（4）层粉质黏土中，为上层滞水，主要受大气降水及地表径流补给。初见水位埋深8.5～11.2m，稳定水位埋深8.0～10.8m，渗透系数（3.24～2.41）×10-5cm/s。
第二层赋存于第（7）层砾石及第（8）层卵石中，渗透系数2.31×10-2cm/s，为承压水，主要通过侧向径流补给。该层卵砾石在市区广泛存在，地层层位西高东低，具有一定承压水头。该含水层降水问题困扰较大，很多深基坑在施工过程中都揭露了该层卵石，在对该层水降水时投入很大人力物力。本工程在桩基施工过程中，曾施工临时用水井一眼，进入卵砾石层，该井单井出水量大于20m3/h，且水位恢复较快，说明勘察报告所提供的承压水情况与实际基本吻合。
场地混合地下水稳定埋深6.2～9.85m，稳定水位标高45.21～46.95m。据对场地周边场地勘察资料调查，自2003年至今最高水位埋深为8.3m，水位变化幅度为±1.5m左右。
3 降水工程分析及方案选择
本地区常规降水工程布置，一般是采用整体截水、降水方法即落底式止水帷幕或悬挂式止水帷幕搭配管井降水。为保证降水效果，降水井及止水帷幕深度一般低于基坑开挖深度5～10m，这种思路在渗透性一般的土层中是较为适宜的。
本基坑如果采用常规的整体截水、降水方案，虽然可以保证基坑干槽施工及开挖；但卵石层中施工止水帷幕难度大、费用高；卵砾石层内的承压水抽降难度非常大，整个基坑的抽排水量是相当巨大的，如此大幅度的降水工程势必对周边水文地质环境造成影响。
本工程特殊性在于：基坑整体深度在16.8～17.6m，仅在核心筒24m×24m的范围内开挖深度为22m。所以，设计时没有盲目采取简单的常规思路，而是针对各含水层赋存条件及不同开挖深度拟采取不同控制措施。
为合理布置降水工程，在考虑工程开挖结构和场地水文地质条件的基础上，确定了以下设计思路：上层滞水分步抽降，承压水小范围合理泄压，力求在较大程度上控制地下水抽水量，节约资金投入和能源消耗，对地下水资源破坏降到最低。
3.1 基坑涌水量计算
首先根据建筑基坑支护技术规程附录E.0.2中潜水非完整井基坑降水总涌水量计算公式对基坑降水总涌水量进行了计算。计算公式如下：
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式中：Q——基坑降水总涌水量，m3/d；
k——渗透系数，m/d，取按土层厚度加权平均的平均渗透系数2.0m/d；
H——潜水含水层厚度，取18.50m；
h——降水后基坑内的水位高度，取8.4m；
R——降水影响半径，取122m；
l——过滤器进水部分的长度，取2.5m；
r0——基坑等效半径，取61.0m；
计算得出：基坑总涌水量Q约为1780m3/d。根据计算结果，按单井出水量48m3/d，约需要38眼降水井。考虑基坑形状，在均匀布置44眼降水井，降水井井深设计为17m，井口标高为47.50m，井点间距15～20m。止水帷幕采用护坡桩桩间止水，施工工艺为高压旋喷，桩顶标高为47.0m，桩长15.0m。地下水抽降控制以满足地下车库部分的基础开挖、施工为准。
3.2 抗突水稳定性验算
为保证基础底板持力层安全，依据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）附录C.0.1，对基坑地下车库、主楼及主楼核心筒坑底分别进行抗突水稳定性验算。计算公式如下：.png)
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式中：Kh——突水稳定安全系数，不应小于1.1；
D——承压水层顶面至坑底的土层厚度，m；
γ——承压水层层顶至坑底土天然重度，对多层土，取按土层厚度加权平均的平均天然重度，kN/m3；
hW——承压水层顶面的压力水头高度，m；
γw——水的重度，kN/m3；
表1 抗突水稳定性验算结果.png)
计算条件：第⑦层承压水含水层层顶高程27.0m，以上混合水位高程45.50m。依据基坑坑底标高不同，可分为地下车库、主楼及主楼核心筒三个部分（表1）。其坑底高程分别是38.2m、37.4m及33.0m。
计算表明：在场地承压水的作用下，主楼核心筒基槽应考虑坑底突水问题，核心筒以外的基槽可不考虑坑底突水问题；经反算，当主楼核心筒承压水层顶面压力水头高度hW=11.0时，Kh=1.12＞1.1，因此只有把场地混合水位高程降到38.0m时才能满足主楼核心筒坑底抗突涌稳定性验算。
根据计算结果，为消除基坑突涌的可能性，保证主楼核心筒部分的基础开挖、施工，采用减压降水措施，在核心筒内均匀设置减压井7眼，井口高程为38.5m，井深设计进入卵砾石层不少于3.0m。
3.3 综合降水方案
根据上述分析、计算结果，并在评审组专家意见基础上进行了完善，确定该基坑降水工程设置分层地下水控制方案：地下车库部分地下水控制采用止水帷幕+管井疏干降水，主楼核心筒部分地下水控制采用减压井泄压，保证基坑土体不致发生突涌。既保证经济，又达到良好的地下水控制效果。最终布置疏干井44眼，减压井7眼，并在基坑外侧布设8眼观测井，以检查止水帷幕效果。具体布置情况如图1、图2所示。
图1 降水工程平面布置图.png)
图2 综合剖面图.png)
4 现场管控及降水效果
降水工程中止水帷幕和疏干井抽水目的是保证每步土方开挖顺利进行及到主楼、地下车库范围内基础施工要求，泄压井主要在短期、小范围内控制压力水头，保证局部深基础的顺利完成，最终保证基坑安全开挖、降低对周围环境的影响。
4.1 分层抽降过程控制
①基坑上部开挖过程中地下水主要为第四系上层滞水，抽降水严格按照动态降深、按需抽水降压原则进行。随开挖深度增加逐步降低水头，最终基坑内侧水位降至开挖面以下2.0m。
正常开挖过程中，疏干降水井安装了定水位自动开关，采用定水位抽水的方法进行控制性抽水，遵照分层开挖、分层抽降原则按表2的参数控制降水标高，不盲目抽降，以降低对周边建筑尤其是基坑南侧砖混住宅的影响。
②基坑开挖至38.5m左右时候，降水工程开始考虑承压水的影响。在基坑开挖至地下车库标高以上1.0m时开始施工减压井，洗井下泵后停泵1h以上，地下水即会涌出井口（井口标高37.5m），通过试抽水，最终为减压井配置WQAS25-10-2.2型污水泵，降水井中水泵标高设置在28.5m，井水位控制在32.0m，成功实现了减压降水效果，顺利配合主体施工单位完成了基础施工作业。
4.2 降水效果
基坑开挖过程中，整体地下水控制效果较好，基本实现了无明水影响土方开挖、运输的情况，基础施工作业过程中，管井降水与盲沟+浅井的明水控制措施相结合，基本在没有增加预算的基础上较好的完成了地下水控制目标。
表2 降水井降深控制参数.png)
注：监测点位置见图1，表中所附为距离基坑最近的某地上六层砖混住宅监测数据，其它建筑物监测数据受篇幅所限，未全部列出。
在降水过程中，密切关注观测井水位变化，发现水位变化超出警戒值（±2.0m）时，及时查明原因，如果水位下降严重，则立即启动回灌应急方案。基坑开挖至槽底时，最终水位下降幅度为1.5m左右（单井最大值），基本处于历年水位变化范围之内。
施工过程中的日常巡检未在基坑四周地面及相邻建筑物发现肉眼可见的裂缝，表3中的建筑物沉降观测数据表明，基坑周边建筑略有沉降但在规范允许范围内。结合观测井水位变化情况，判定沉降主要原因为基坑开挖、锚索施工等因素引起，地下水影响因素可以忽略不计。说明整个降水工程的方案设计及施工过程管理都较为成功，基坑降水未对周边环境造成太多影响。
表3 相邻建筑物观测数据.png)
5 结论
综上所述，基坑降水施工是高层建筑基坑工程的一个关键部分，在施工过程中，要充分掌握水文地质条件，明确所要控制的地下水类型及埋藏特点和相互关系；运用土力学理论，预测区分地下水危害的类型，对症下药；基坑一定范围内有稳定适宜的隔水层时，可以设置落底式止水帷幕，而含水层较厚，或者存在多层地下水时，宜分段止水，合理有效降水以防止侧壁管涌和承压水突涌。疏干降水井不应盲目进入承压含水层，否则，下部水头上升后，造成降水工作效率降低。对于承压水，最适宜的地下水控制措施是泄压减压、集中突降、及时封闭。科学设计、精心管理，必能达到安全与经济的合理平衡。
参考文献：
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[3]李树林，张慧君.天津市区地下水工程特性与基坑降水控制[J].中国西部科技，2011，10（15）
论文作者:吴武才
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/10/17
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