深基坑降水及止水帷幕在城市地铁各线换乘部位工程中的应用
时间：2022-09-04 02:48:10
张仲强
中铁十二局集团建筑安装工程有限公司 山西 太原 030024
【摘要】本文对地铁换乘部位工程和相对高差多变的复杂的多层地下结构工程在降水施工中容易出现的问题，进行分析、研究、计算，避免因过度降水而引起的对周围建筑物的不良影响或不均匀沉降、地面塌陷等问题，或是因降水不足使基坑最深部位集水，无法保持每个作业面都在地下水位以上的问题出现，根据不同地质状况和地下水位高低，进行科学的选择止水帷幕的形式和根据相邻不同深度基坑的分区、分片布置不同深度的降水井，达到科学合理的布井降水，满足地铁各线换乘部位工程和多层地下结构工程经济合理的深基坑降水。
【关键词】渗透系数，降水井影响半径，基坑等效半径。
1前言
随着城市轨道交通的快速发展，地铁线路越来越多，各线之间的无缝对接，垂直换乘，立体交叉的部位越来越多，位置在狭小的空间内，周围建筑的包围中，集中着几条不同深度地铁线路的交叉换乘点，这就对深基坑地下结构不同深度的降水提出了很高的要求，以最深处大范围降水，降水的半径随着基坑的深度会波及到周边已有的建筑物，会给周围已有建筑物造成不均匀的沉降，更有甚者会造成地面塌陷；降水不到位又无法进行施工作业，通常在相邻结构1米宽度范围内要出现±10米的地下水位高差，适当的选择使用止水帷幕和合理的根据地质状况选取参数，计算并布置不同深度的降水井进行降水，是实现准确降水的必要条件和基本保证。
2参数的选择和止水帷幕的选布
2.1水文地质参数的确定
根据钻孔水位情况，结合区域调查，确定该场地水位及地下径流的走向，钻探有无漏浆情况，地下水量是否丰富，年变化幅度多大，丰水期水位以及地下水的来源和补给，确定水文地质参数。
以济南西客站为例：该场地水位西南高，东北低，总体由西南向东北排泄，
属第四系孔隙潜水，补给来源为大气降水和地下迳流，地下水丰富，年变化幅度不大，丰水期水位标高可按30.00米考虑。根据调查，场地覆盖层厚度大于90m，下伏闪长岩侵入体，抽水井深度以下仍为含水层，因此按非完整孔求渗透系数。先做好试验井确定参数：
根据岩土工程试验监测手册表4.15-22计算公式
lgR=（S1(2H-S1)lgr2-S2(2H-S2)lgr1）/(S1-S2)(2H-S1-S2)
和岩土工程试验监测手册表4.15-28序号3计算公式
K=0.16Q/(l＂(S1-S2))×（arsh(l＂/r1)-arsh(l＂/r2)）
可求出R值和K值，式中l＂= l0-0.5（S1+S2）。
（1）1号抽水试验井r1=5.00m r2=26.50ml0= 26.50m H=90m
① 当S1=3.40mS2=1.83m Q= 1920m3/d时
得K11=11.94m/d R11=192.26m
② 当S1=1.86mS2=0.77m Q= 1440m3/d时
得K12= 12.37m/dR12= 87.15m
（2） 2号抽水试验井r1=5.00mr2=29.00m l0= 30.00mH=90m
① 当S1=2.36mS2=1.16m Q= 1920m3/d时
得K21=14.23R21=162.27m
② 当S1=1.30mS2=0.60m Q= 1440m3/d时
得K22=17.87R22=132.293m
③ 当S1=0.68mS2=0.30m Q= 696 m3/d时
得K23=15.71R23=116.79m
K=1/5（K11+K12+K21+K22+K23）=14.42m/d
R=1/5（R11+R12+R21+R22+R23 ）=138.15m
得场地综合渗透系数和影响半径： K=14.42m/dR=138.15m
符号说明：
Gi：i号观测孔
ri：i号观测孔距抽水井距离
K：综合渗透系数
R：综合影响半径
Si:i号观测孔降深
Q：抽水井涌水量
H：含水层厚度
l0：抽水前抽水井内水厚度
2.2止水帷幕的选布
止水帷幕有高压旋喷桩和深层搅拌桩止水帷幕，根据基坑开挖深度的不同进行适当选择，开挖深度深，地下水量丰富，地质渗透型强，采用高压旋喷桩止水帷幕；开挖深度浅，地下水量一般，地质渗透性小，可采用深层搅拌桩止水帷幕。以济南西客站为例，基坑总共分两阶。一阶基坑开挖深度约为13m，二阶基坑开挖深度自一阶基坑下约为12.31m，考虑到周边环境以及现场实际，一阶基坑周边设置闭合的双层水泥搅拌桩止水帷幕，桩长为18m。在二阶基坑围护结构桩外采用高压旋喷桩止水帷幕，桩长20.51m。止水帷幕完成后渗透系数≤10-7cm/s。
3降水井的降水深度计算及分区布置
3.1降水井降水深度计算
以济南西客站为例，根据基坑开挖不同深度，降水共分3个区域，Ⅰ区开挖深度12.83米； Ⅱ区开挖深度16.94米；Ⅲ区开挖深度23.64米； 如图一。
图一
3.1.1 Ⅰ#降水区域：
取西侧作为计算模型，基坑开挖深度12.83米，基坑长度按照255.6米、
宽度按照56.2米计算。基坑周围均已经施工有截水帷幕，故，基坑属于均质含水层潜水非完整井基坑,且基坑靠近隔水边界。如图二。
图二
①计算公式：
其中Q──基坑涌水量；
k──渗透系数，k=14.42；
H──潜水含水层厚度，H=45.00m；
S──基坑水位降深，S=11.330m；
R──降水影响半径，R=575.70m；
r0──基坑等效半径,r0=67.62m。
②基坑涌水量 Q=9297.70m3/d。
③降水井的数量计算:
按《建筑基坑支护技术规范》8.3.3 n=1.1-1.2(Q/q)计算得：
单井出水量约为170.87(m3/d)，计算需要降水井的数量 =55眼。
④降水井布置：
降水井布设在截水帷幕以内7.00米（边坡放坡马道）处，内侧降水井布设在内侧截水帷幕以外，降水井间距15.00米。
⑤井深计算：
Hw=H1+H2+H3+H4+H5+H6
H1=12.83米（基坑深度），H2=1.0米（降低水位距离基底要求）
H3=3.0米（水力坡度）， H4=1.50米（水位变化幅度）
H5=3.0米（过滤器长度），H6=2.00米（沉淀管长度）
计算得：井深Hw=23.33米，取：H=24.00米。
3.1.2 Ⅱ#降水区域：
基坑开挖深度16.94米，基坑长度按照37.2米，宽度按照50.82米计算。如图三。
图三
①计算公式：
其中Q──基坑涌水量；
k──渗透系数，k=14.42；
H──潜水含水层厚度，H=25.00m；
S──基坑水位降深，S=5.11m；
R──降水影响半径，R=194.05m；
r0──基坑等效半径,r0=24.53m。
②基坑涌水量 Q=2746.36m3/d。
③降水井的数量计算:
按《建筑基坑支护技术规范》8.3.3计算得：
单井出水量为175.25(m3/d)，计算需要降水井的数量 =13眼。
④降水井布置：
降水井在南北两侧布设在截水帷幕以内7.00米（边坡放坡马道）处，内侧降水井布设在较低基坑边，降水井间距11.00米，共计13眼。
⑤井深计算：
Hw=H1+H2+H3+H4+H5+H6
井排间距按照14米考虑。
H1=16.94米（基坑深度），H2=1.0米（降低水位距离基底要求）
H3=2.0米（水力坡度）， H4=1.50米（水位变化幅度）
H5=3.00米（过滤器长度），H6=2.00米（沉淀管长度）
计算得：井深Hw=26.94米，取：H=27.0米。
3.1.3 Ⅲ#降水区域：
该区域基坑开挖深度自地面算起为23.64米，基坑为长方形，长161.0米，宽25.0米。基坑水位是在周围水位降低的情况下，在帷幕内降水，从一级基坑底算起基坑深度为12.83米，水位降深为10.31米。如图四。
图四
①计算公式：
其中Q──基坑涌水量；
k──渗透系数，k=14.42；
H──潜水含水层厚度，H=45.00m；
S──基坑水位降深，S=10.81m；
R──降水影响半径，R=525.26m；
r0──基坑等效半径,r0=35.79m。
②基坑涌水量 Q=7424.61m3/d。
③降水井的数量计算:
按《建筑基坑支护技术规范》8.3.3计算得：
单井出水量为157.72m3/d)，计算需要降水井的数量 =48眼。
④降水井布置：
沿基坑支护桩内侧均匀布设，间距约10.00米。
⑤井深计算：
Hw=H1+H2+H3+H4+H5+H6
井排间距按照7.5米考虑。
H1=23.64米（基坑深度），H2=1.0米（降低水位距离基底要求）
H3=2.5米（水力坡度）， H4=1.5米（水位变化幅度）
H5=3.0米（过滤器长度），H6=2.00米（沉淀管长度）
计算得：井深Hw=33.64米，取：H=34.00米。
3.2当基坑内一次排水因基坑深无法达到基坑降水效果时，必须采取二次排水，在基坑两侧适当位置增加集水井，用于二次排水。
3.3基坑内应布设排水沟和集水坑并备足备用水泵和水管，以便能及时排出因大气降水造成的积水。
四、结束语
一次成功的布井和合理的选择止水帷幕对工程的造价、质量和进度都起到了关键的作用，根据实际情况、现行规范，认真分析，使得深基坑降水更加科学、合理、经济，笔者认为：
1、根据工程所在地地质条件以及设计文件，通过试验井选择参数和使用止水帷幕。
2、根据工程地下结构的错层、高差和设计结构布局等条件合理计算，科学布井，对不同深度范围进行不同区域的划分。
3、适当布置疏干井，在基坑周围布置监测井，在降水过程中及时监测，科学判断，及时调整水泵的深度，以达到最有效降水效果。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
