软土深基坑降水技术浅析

提要：针对无锡地区特殊的地质和水文地质环境，结合无锡地铁2号线靖海公园站的基坑设计方案，对软土地质深基坑开挖过程中的降水施工工艺进行了详细介绍，并对软土复杂地质条件下的基坑降水工程技术进行了探讨，以供同类工程参考

关键词：软土；深基坑；降水

Feed: according to the special geological and hydrogeological environment in wuxi area, metro line 2 jing hai park in wuxi station design scheme of foundation pit, the precipitation in the process of soft soil mass of deep foundation pit excavation construction technology are introduced in detail, and the soft soil foundation pit under complicated geological conditions of precipitation engineering technology are discussed in this paper, in order to provide the reference for the similar projects

Key words: soft soil; Deep foundation pit; precipitation

中图分类号：TU753.66文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

一、工程概况

1、站点位置及设计工况

靖海公园站位于上马墩路与江海东路交界处，2号线车站沿上马墩路纵向（东-西）布置，与设于沿江海东路布置的3号线形成“T”型换乘。

2号线车站标准段基坑宽度为22.70m，基坑深度为16.362m～16.97m，东端盾构井基坑最深处为18.016m，西端左线盾构井基坑最深处为18.342m，西端右线盾构井基坑最深处为18.471m。

2、水文地质情况

2.1 工程地质条件

①1杂填土：灰黄色，杂色，路基处密实，路两侧松散，土层结构松散，局部夹大块石。

③1a粉质粘土：黄褐色～黄灰色，局部青灰色，可塑，局部软塑，有光泽，干强度高，韧性高。

③1粘土：黄灰色～灰黄色～黄褐色，可塑～硬塑，有光泽，干强度高，韧性高。

③3粉土夹粉质粘土：灰黄色～灰色，中密，局部稍密，很湿～湿，摇振反应中等，韧性低，干强度低，水平层理。

④1粉砂：深灰色～灰色，中密，局部密实 饱和，分选性好,级配差，摇振反应迅速。

⑥1粘土：青灰色～灰黄色，硬塑，局部可塑，有光泽，韧性高，干强度高。

⑥2粉质粘土：灰黄色～黄褐色～蓝灰色，可塑，局部硬塑，稍有光泽，韧性高，干强度高。

⑦1粉质粘土：青灰色～灰色，可塑～软塑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等。

⑦2粉土：灰色，稍密～中密，很湿～湿，摇振反应快，无光泽，韧性低，干强度低。

⑦3粉质粘土：灰色，软塑～流塑状态，稍有光泽，韧性中等，干强度中等。

⑧1粉质粘土：青灰色~灰黄色，可塑，局部硬塑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等。

⑧2a粉质粘土夹粉土：青灰色～灰色～黄灰色，可塑～软塑，局部流塑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等。

⑧3粉质粘土：青灰色～灰黄色，可塑～硬塑状态，稍有光泽，韧性高，干强度高。

⑧4a粉质粘土夹粉土：灰色～黄灰色，可塑，局部软塑，稍有光泽，韧性中等，干强度中等。

⑧4粉土：黄灰色，中密，局部稍密 很湿，局部湿，无光泽，韧性低，干强度低。

⑧5粉质粘土：青灰色～灰黄色～黄褐色，可塑～硬塑，有光泽，韧性高，干强度高。

2.2 水文地质条件

根据地下水埋藏条件，可将地下水分为孔隙潜水、微承压水及承压水。本站主要含水层包括①1杂填土、③3粉土夹粉质粘土、④1层粉砂、⑦2层粉土。

（1）潜水

全新统潜水含水层（二） ，潜水含水层（二）主要由①1层杂填土组成 ，平均水位标高2.04m，最高水位3.0m。

（2）微承压水

全新统微承压含水层（三）1，该含水层由③3层粉土夹粉质粘土、④1层粉砂组成，平均水位标高1.5m。

由于本工点开挖深度大于该含水层埋深，故该含水层对地铁施工影响较大。

（3）承压水

上更新统承压含水层（三）2，该含水层主要由⑦2层粉土等组成，承压水头标高-5.36m。

该含水层对车站基坑坑底的突涌稳定性有一定影响。

3、降水方案的选择

3.1降水的目的

基坑土方需在降水后进行开挖，基坑降水方案是否合理直接影响工程的成败，不合理的降水方案会引起严重后果。因此降水的主要目的为：

（1）疏干开挖范围内土体中地下水，方便挖掘机和工人在坑内施工作业。

（2）降低承压水位，防止基底突涌。

（3）提高开挖过程中土体稳定性，防止土层纵向滑坡。

3.2降水的主要方式

基坑降水方式分为轻型井点、喷射井点、管井井点、电渗井点等，目前在地铁工程深基坑降水主要采用管井降水。一般通用的降水方案比选如下表:

因此根据实际地质情况选用真空管井结合轻型井点位最为合适的降水方式,以达到最佳的降水效果。而靖海公园站2号线降水需主要考虑的几个主要含水层具体分布如图2：

图2：2号线水文地质情况剖面图

根据图中可以看出，围护结构已经完全隔断上部潜水含水层及③3层和④1层微承压含水层，因此降水主要以疏干井为主，而降压井为辅。

4、具体降水方案的实施

4.1基坑底板抗突涌稳定性分析

基坑开挖后，基坑与承压含水层底板间距离减小，相应地承压含水层上部土压力也随之减小，当基坑开挖到一定深度后，含水层承压水顶托力可能大于其上覆土压力，导致基坑底部失稳，严重威胁基坑安全。因此在基坑开挖的过程中，需考虑基坑底部承压水的水压力，必要时需降压，保证基坑安全。

图3基坑底板抗突涌验算示意图

基坑底板抗涌稳定性条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土压力应大于安全系数下承压水的顶托力，即：

－承压水头高度至承压含水层顶板的距离（m）；

－基坑底至承压含水层顶板间的土的重度（kN/m3）；

－基坑底至承压含水层顶板间距离；

－水的重度（kN/m3），取10kN/m3；

－安全系数，一般为1.0～1.2，本工程取1.10；

计算结果如下：

⑦2层安全水位计算表格

4.2 降压井设计

经基坑底板的抗突涌稳定性分析，在车站中心线附近，即交叉换乘段以及电缆廊道下沉区需要对⑦2层承压水进行减压降水，在3号线南端头，围护结构隔断了⑦2层承压水，只需要在基坑内布置两口承压井即可；在电缆廊道下沉区，围护结构没有隔断⑦2层承压水，用大井法计算其基坑涌水量。

（1）交叉换乘段⑦2层降压井设计

标准段围护结构隔断了⑦2层承压水，只需要在基坑内布置两口降压疏干两用混合井即可，详见降水井平面布置图。

（2）电缆廊道下沉区⑦2层降压井设计

围护结构未隔断承台处⑦2层承压水，用大井法计算其基坑涌水量：

m3/d

式中：

Q—基坑侧向径流补给量（m3/d）

K—渗透系数（m/d），1.5m/d

M—含水层的厚度（m），1.33 m

S—水位降深（m），1.56m

R－影响半径（m），30m

r—引用影响半径（m），=11.1 m

降水井单井出水能力：

m3/d

l—有效过滤器长度，0.8m

r—井半径，0.14m

K—渗透系数，1.5m/d

计算所得单井出水量是最大单井出水量，根据实际，单井出水量取24m3/d

降水井数量：口

经计算，⑦2层在电缆廊道下沉区需要进行减压降水，因此，在下沉区的基坑外布置备用承压井1口。详见降水井平面布置图。

（3）降压井结构

井深39m，滤管总长度3m，井管总长度36m。

①井径600mm(成孔孔径)；

②井管：采用直径273mm的焊接钢管；

③滤管：采用钢管滤管；

④填砾：采用中粗砂；

⑤止水封闭层：滤管以上1m采用粘土球止水，厚度4.0m，粘土球以上采用优质粘土封堵。

⑥底部设置1m厚沉淀管。

图4⑦2层降压井井管结构图

4.3疏干井设计

（1）疏干井数量

围护结构已经完全隔断上部潜水含水层及③3层和④1层微承压含水层，疏干井设计一般根据基坑面积按单井有效抽水面积的经验值来确定，而经验值是根据场地潜水含水层的特性及基坑的平面形状来确定。本基坑单井降水面积220m2左右，基坑的开挖面积约为8512m2，共布置39口疏干井，井点布置详见图5。

图5：降水井平面布置图

（2）疏干井结构

井深22～31m，其中井管长度11m左右，滤管长度11～12m。一般要求疏干井在基坑开挖面下5m，所以根据各位置开挖的深度不同，疏干井的深度也相应不同，井管结构也略有变化，详见附图疏干井井管结构图。两端头井深23m，标准段井深22m，孔径600mm，内径273mm、外包80目的锦纶滤网的焊接钢管；滤料为中粗砂滤料，回填至地面下6m，上部采用优质粘土回填，如图2-3。

疏干井详细结构图见附图：降水井布置图。

图6疏干井井管结构图

5、降水分析

根据无锡地层特点，微承压水层③3、④1层上下均为粘土层，渗透性差的特点，本次降水作业别要注意两点为：

对于粉土地层成井质量要求较高，若成井质量差将抽不出来水；

由于含水层底板高于开挖面，管井降水不能一次性把水降到设计高程，或者把含水层疏干，需要采取明排或水平管辅助降水

而在实际开挖过程中也发现，在④1层接近⑥1层时，存在较多的层间滞留水，难以抽排。同时因为④1粉砂层的地质特点，当其富含水时，承载力急剧下降，甚至有可能导致挖机等设备深陷其中。模拟降水效果如图7

图7：疏干效果不好时降水状态模拟图

此时轻型井点就成为了必要的辅助降水手段。目前从实际效果看疏干井+轻型井点的形式在无锡这种地层特点的情况下还是比较适合的。

6、结束语

（1）工程水文地质的重要性

在进行降水设计前必须详细研究施工场地内的工程地质和水文地质情况，确定渗透系数、含水量等参数，进一步确定降水井的结构形式、布置位置等。

（2）井管的选择

降水施工中，降水井的施工质量对降水效果影响较大，选择合适的井管形式也显得比较重要。由于本基坑处于典型的软土基坑，土层多为粘土层，土质渗透系数小，采用真空疏干井形式时，为保证降水效果，采用钢管作为井管材料，相对于无砂混凝管，虽然在成本上有所增加，但确保了降水效果。

辅助降水手段的选择

由于基坑开挖部分的地层中含有多层粉质粘土，粉质粘土层中往往夹有薄层粉土，降水井可以部分的疏干该层水，但是，由于井不可能布置的太密，总有一些位置的薄层粉土夹层中的水不能很好的疏干，为此，采用了轻型井点、水平管等辅助设备，起到了很好的效果。针对具体问题及时采取相应的针对措施，实现降水的目的是我们采取辅助降水手段的最终目标。

参考文献：[1]GB50007-2002 建筑地基基础设计规范[S]；

[2]GB50299-99，地下铁道工程施工及验收规范[S]；

[3]张永波，基坑降水工程[M]，北京：地震出版社，2000

[4]李福成，富水砂层中的深基坑降水技术.铁道建筑技术，2012。