敞开式深层多级降水在基坑支护工程中的应用

摘要：在承压水地区、具有粘性土层作为承压水顶、底板的地质条件下，可实施敞开式多级降水来达到“止水”的目的，最终形成 “动态止水”，此种方法可有效降低工程造价，并防止局部渗漏以确保基坑安全，保证基坑周边环境不受地下水下降的影响。

关键词：粘性土层；深基坑；多级降水；动态止水帷幕

在深大基坑施工过程中，确保基坑的自身安全稳定和保证基坑在开挖过程中不对周围环境造成影响，是评价一个基坑支护成功的重要标准；而基坑支护工程中“水”的因素又是决定基坑成败的最为关键的因素。“外止水”是指在基坑外侧构置止水帷幕，止水帷幕一般采用“单一止水功能”的形式及“支护+止水功能”的形式，而“内降水”则是指在基坑内设降水井来降低地下水位。无论“单一止水功能”的止水帷幕，还是“支护+止水功能”的止水帷幕，都具有安全可靠和普遍的适用性。

一、工法特点

在以粘性土作为顶、底板的承压水地区，采用“外止水+内降水”的模式存在以下缺点：①止水帷幕在施工中会产生如冷接头、搭接长度不够、桩机垂直度不达标等偏差，在承压水的水头作用下导致止水帷幕的局部发生渗漏和涌砂。②工程造价较高。

为了保证基坑安全、降低工程造价，在顶、底板都是粘土的承压水地区，采用多级降水系统并配以管道泵提升降水效果，通过敞开式降水来达到“止水”的目的，从而形成了“动态止水”的止水帷幕，该止水帷幕由多级降水系统构成：第一级降水体系由管井及增压管道泵构成。沿基坑四周的二级放坡平台布设降水管井，排水总管铺设在二级平台上，通过支管与管井的降水管连接，并在总管上配置增压管道泵，通过增压管道泵提升将管内水送入基坑外沉淀池中，该系统具有以下优点：①降低了管井井内泵扬程；②极大地提高了排水扬程和排水流量；③形成排空负压，提高管井井内泵降水效率。第二级降水体系由坡脚轻型井点构成。在电梯井及集水坑等加深部位可布设环形轻型井点以达到降深要求。

第一、第二级降水体系构成了敞开式深层多级降水模式，多级降水模式剖面见图1。

图1 多级降水模式剖面图

二、敞开式深层多级降水的工艺原理

在承压水地区深基坑中采用敞开式深层多级降水模式。由于承压水头高，水量丰，且在基坑挖深接近承压水底板时，地下水水跃值高，不易疏干，更是增加了降水难度，如何利用敞开式降水构建“动态止水帷幕”是基坑成功的关键。通过设置二级平台，管井沿基坑二级平台呈环形布设，布井间距可根据挖深和含水层透水性确定，设计为承压水完整井，台阶设置排水总管，排水总管与井内泵支管连接，并连通管道泵，构成第一级降水体系，这样一是降低了井内泵的扬程，二是使用增压管道泵后，因管道泵具有排水量大、扬程高的特点，减少了排水总管的排水阻力，同时又在井内泵与排水总管之间形成负压，极大地提高了降排水能力。该降水体系简便易操作，由于配置了增压管道泵，与常规降水布局相比，以较少的布井取得了极好的降水效果好，因而具有技术经济比较优势。与此同时，降水后，减少了边坡水压力，提高了土体强度，增加了支护结构的稳定性。

三、敞开式深层多级降水的适用范围

敞开式深层多级降水的适用范围有如下两种情况：①深基坑深层多级降水适用于具有粘性土作为顶、底板的承压水地区；② 由于在平台下设置多级降水体系，降低了管井井内泵扬程，同时配置增压管道泵后，其强大的输送功能，既减少了排水总管的排水阻力，又能产生排空负压，极大地提高了降水效果，适用于超深基坑的降水要求。

四、敞开式深层多级降水的施工工艺流程及应用实例

1、施工工艺流程

施工准备降水管井施工上部土钉墙施工管井降水下部土钉墙施工及轻型井点降水，管井施工工艺流程参照图2。

图2 管井施工工艺流程图

2、工程概况

某市第一人民医院综合病房大楼位于第一人民医院西南角，由25层主楼、6层裙房和局部纯地下室组成。拟采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构。基础拟采用桩上筏板基础。基坑工程±0.000相当于绝对标高（黄海高程）+6.400m，坑外环境场地相对标高取为-0.600，基坑挖深为12.65～13.55m，局部加深部位达16m。基坑面积约9088，周长约为410m。

3、施工情况

基坑总体设计采用钻孔灌注桩+两层钢筋砼支撑的支护形式，东北角采用原放疗楼支护桩+两层钢筋砼支撑的支护形式。地下水处理方案：对基坑有影响的地下水主要为分布在粉土夹粉砂、粉砂层中的第一层承压水。基坑开挖深度约12.65～13.55m，坑底位于粉砂层中。为防止基坑开挖过程中地下水的影响，在坑内外共布置51口管井，管井深度为20.0m，降水总管设置在第一层圈梁-2.5m位置处，与管道泵连接，进行第一级降水。在基坑内侧排桩坡脚处沿基坑周边设置一圈轻型井点，共8台套进行第二级降水，其中每台套轻型井点用2个潜水泵翻水到第一级降水系统的降水总管。经过第一级降水系统，降深效果达到-12m左右，第二级降水系统设置以后，沿基坑周边降深达到-14.5m左右，基坑内部达到-15.5m左右，远远满足基坑的降水要求，局部加深部位也很大部分不用再安插轻型井点进行第三级降水，极大的降低了造价，加快了施工进度。

4、监测情况

基坑的降水对周边的环境几乎没有影响，沉降及位移均在安全许可范围内，符合规范要求。

5、结语

①、采用由管井、增压管道泵及轻型井点等构成的敞开式深层多级降水系统在以粘性土作为顶、底板的承压水地区已达到广泛的应用， 降水效果好，且对周边环境影响较小；

②、敞开式深层多级降水比起传统的封闭式止水帷幕止水模式，造价可节约30%以上，工期可缩短1/3以上，且施工工艺简单，不会由于施工的偏差造成漏水、涌砂的现象。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看