西安地鐵14號線某車站深基坑降水設(shè)計

宋園園，申振華

(1.信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院，陜西西安 710054; 2.陜西省建筑科學研究院，陜西西安 710000)

隨著經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，城市空間的緊缺，地下建筑成為了未來發(fā)展趨勢。當前我國城市發(fā)展地鐵建設(shè)占據(jù)了很重要的位置，并且在國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)達城市取得了顯著建設(shè)成效。地鐵車站開挖過程中大都涉及降水問題，且周邊環(huán)境復(fù)雜。為了降低地鐵建設(shè)成本，確?；娱_挖的經(jīng)濟安全性，制定合理的降水設(shè)計方案至關(guān)重要。

1 工程概況

擬建場地位于西安市迎賓大道與北舍村村道(規(guī)劃向東路)十字交叉口東側(cè)。車站主體呈東西向布設(shè)，起訖里程YCK7+949.496～YCK8+197.396，中心里程YCK8+046.021，為地下三層框架結(jié)構(gòu)，全長約247.9 m，標準段寬度為24.7 m,基坑深度為23.3～26.4 m，基底高程介于350.10～353.0 m之間,采用明挖法施工。場地地下水位高程介于363.30～364.76 m之間，擬建車站場地距離西安灞河約400 m，如圖1所示。

圖1 車站與灞河位置關(guān)系

2 周邊環(huán)境

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及委托單位對現(xiàn)場情況的說明，施工場地及其周圍較為空曠，無重要相鄰建筑物分布，不存在地下管線分布，場地東側(cè)為新建市政道路。

3 場地水位地質(zhì)條件

據(jù)本站巖土工程勘察報告及現(xiàn)場調(diào)查，場地地形較平坦，地面高程介于375.64～376.93 m之間，相對高差約1.29 m。地貌單元屬灞河一級階地。

車站在勘探深度范圍內(nèi)的地層主要由第四系人工填土，全新統(tǒng)沖積黃土狀土、中砂、礫砂、圓礫、卵石，上更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土、細砂、中砂，中更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土、中砂組成。場地地下水穩(wěn)定水位埋深介于11.70～13.30 m之間，地下水位高程為363.30～364.76 m，地下水屬第四系松散層孔隙潛水，含水層主要以砂土為主，局部夾少量圓礫、卵石透鏡體含水層。根據(jù)勘察報告建議值，各含水層的綜合滲透系數(shù)為27 m/d。

4 基坑降水設(shè)計

4.1 降水設(shè)計計算

根據(jù)場地水文地質(zhì)條件，施工降水采用大口徑管井法降水方案。擬將場地地下水位降深至主體結(jié)構(gòu)最深底板以下不小于1.0 m。

4.1.1 基坑涌水量估算

(1)按均質(zhì)含水層潛水完整井估算基坑涌水量(不考慮灞河補給)。

根據(jù)場地水文地質(zhì)條件及地下水位降深，將沿地鐵車站基槽四周布置的降水井所包圍的區(qū)域視作一個大井，采用JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》附錄E公式E.0.1估算基坑的涌水量，估算時不考慮灞河補給見式(1)。

(1)

經(jīng)在平面圖上量測，基坑周邊降水井所包圍區(qū)域的面積為8 718.0 m2，簡化為一個大直徑井時其半徑為52.7 m。降水期間場地地下水位上升幅度按2.0 m考慮，根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖，潛水含水層厚度取33.0 m，其它參數(shù)取值詳見表1。按式(1)估算的基坑總涌水量列于表1。

表1 基坑總涌水量估算

(2)按均質(zhì)含水層潛水完整井估算基坑涌水量(考慮灞河河水補給作用)。

(2)

式中：b為基坑中心至岸邊的距離(m)；其它符號意義同式(1)。

按式(2)估算的基坑總涌水量見表2

表2 基坑總涌水量按式(2)估算

基坑涌水量采用二種計算方法計算結(jié)果表明，不考慮灞河地表水補給作用和考慮灞河地表水補給作用二種條件，估算的基坑總涌水量差異較小，說明灞河地表水補給作用輕微，對基坑降水影響較小。

4.1.2 單井出水能力估算

降水期間，控制各降水井井內(nèi)穩(wěn)定動水位深度為31.94 m，使降水井濾水管有效進水段長度不少于4.70 m時，降水井單井出水能力按JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》式7.3.16計算,見式(3)，計算結(jié)果見表3。

表3 降水井出水量驗算

(3)

式中：q0為單井的出水能力(m3/d)；rs為過濾器半徑(m)；l為過濾器進水部分的長度(m)；k為含水層滲透系數(shù)(m/d)，取27 m/d。

4.1.3 降水井數(shù)量計算

為安全起見，采用考慮灞河地表水補給作用下的基坑總涌水量估算值30 079.0 m3/d進行降水井數(shù)量估算，根據(jù)西安地區(qū)工程經(jīng)驗，在降水井數(shù)量計算時，該基坑涌水量宜乘以1.20～1.50倍數(shù)做為基坑最大涌水量，即降水井井數(shù)按下列經(jīng)驗公式計算見式(4)

(4)

計算時放大倍數(shù)取1.30，計算得：

n=1.30×24969.71/1017.3=32個

綜合西安周邊降水經(jīng)驗，沿基坑周邊設(shè)計井數(shù)為40眼，觀察井6個(降水前期用做抽水井)，設(shè)計降水井數(shù)量可滿足施工降水的要求。

4.2 降水設(shè)計方案

4.2.1 降水井布置

本降水工程在車站主體結(jié)構(gòu)外圍共布置降水井40個，水位觀測井6個，一般井間距為15.0 m左右，最小井間距為8.6 m，為避讓車站附屬結(jié)構(gòu)，最大井間距為22.60 m；降水井深度從現(xiàn)地表算起均為45.0 m，施工時應(yīng)控制井底高程為331.60 m，G1～G4觀測井深度均為35.0 m，G5～G6觀測井深度均為45.0 m。

4.2.2 降水井結(jié)構(gòu)

降水井成孔直徑800 mm，濾水管采用質(zhì)量合格的無砂混凝土管,內(nèi)徑不小于400 mm，壁厚不小于45 mm，孔隙率不小于15 %。濾料采用含泥量不大于5 %的天然圓礫，圓礫粒徑2～6 mm，井底設(shè)沉淀管長度2.0 m。如圖2所示。

圖2 降水井結(jié)構(gòu)

5 施工技術(shù)要求及注意事項

(1)施工前，應(yīng)詳細查明降水井井位及降水井施工影響范圍內(nèi)有無地下水管、天然氣、電纜、光纜、雨污水等地下管線及其它地下構(gòu)筑物，施工應(yīng)確保地下管線及地下構(gòu)筑物的安全，當受地下管線或地下構(gòu)筑等影響不能按設(shè)計井位施工時，降水井位置可適當調(diào)整，當降水井中心移動距離小于等于2.0 m時施工單位可現(xiàn)場自行調(diào)整。

(2)施工總包單位應(yīng)負責地鐵隧道中線及結(jié)構(gòu)邊線位置的測放、復(fù)核工作，并向降水施工單位進行技術(shù)交底，降水井施工時應(yīng)注意避開地鐵地下結(jié)構(gòu)及圍護樁適當距離。

(3)根據(jù)場地地層結(jié)構(gòu)及地層巖性條件，降水井施工宜優(yōu)先采用反循環(huán)清水鉆進工藝，當井壁塌孔較嚴重時可采用泥漿護壁回轉(zhuǎn)成孔工藝，但應(yīng)嚴格進行洗孔，消除泥皮對降水井涌水量的影響。前期施工的降水井應(yīng)進行抽水試驗，以檢驗降水井成孔工藝、質(zhì)量和抽水效果。

(4)為防止降水井涌砂，井管外壁應(yīng)包裹二層60目紗網(wǎng)，用12#低碳鍍鋅鋼絲按一定豎向間距扎緊，紗網(wǎng)上下接縫應(yīng)設(shè)置于濾水管中部，濾水管與井壁之間空隙應(yīng)整孔填充含泥量不大于5 %的天然圓礫，圓礫粒徑2～6 mm，嚴禁采用破口石或其它石碴做為濾料。濾料填充應(yīng)密實均勻，防止抽水過程中濾料的大幅下降。

(5)加強封井底措施。井底可采用30～50 cm厚3～5 mm礫石或應(yīng)采用50 cm厚的低含水量混凝土封底，用素混凝土封底時需要注意封填方式，建議采用帶封口的麻袋放置井底附近再打開。控制抽水泵的位置。抽水泵不宜放置過低，放置距離井底3 m處為宜。

(6)抽水采用潛水泵，抽水采用潛水泵，要求流量不大于45 m3/h，揚程不小于45 m，降水井井內(nèi)穩(wěn)定動水位最終可控制在深度31.94 m左右。

(7)降水前期基坑涌水量較大，觀測井可做為臨時降水井使用，在場地地下水位整體下降至接近結(jié)構(gòu)底板時觀測井停止抽水并做為地下水位觀測井進行水位觀測。

(8)考慮支護樁遮攔效應(yīng)，降水應(yīng)在進行水下基槽開挖前30 d進行，降水應(yīng)保證場地地下水位低于施工最低開挖面以下不少于1.0 m，基坑側(cè)壁或基底不應(yīng)出現(xiàn)地下水滲出情況。降水應(yīng)連續(xù)、緩慢進行，中間不得中斷，直到施工結(jié)束。

(9)降水期間，施工單位應(yīng)設(shè)專人對各降水井抽水量、井內(nèi)動水位、抽水井井底、沉淀池內(nèi)有無泥砂沉淀及排水是否有混濁現(xiàn)象等進行檢查記錄。發(fā)現(xiàn)異常及時分析原因，采取相應(yīng)措施。

(10)本項目地處城市郊區(qū)，降水時間較長，降水單位應(yīng)有備用發(fā)電機和備用潛水泵，以防城市可能的供電中斷、潛水泵故障造成地下水位上升。

(11)抽水時嚴禁出現(xiàn)水中帶砂、帶泥(水混濁)等現(xiàn)象，以免降低本場地砂土的密實性，引發(fā)地鐵結(jié)構(gòu)地基持力層的承載力下降以及相鄰地面沉降等問題。

(12)基坑開挖及降水執(zhí)行動態(tài)施工，加強基坑監(jiān)測及水位觀測，及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋設(shè)計單位。

6 結(jié)論

目前該車站主體結(jié)構(gòu)已封頂，該設(shè)計方案有效解決了車站的降水問題。有以下主要結(jié)論：

(1)考慮抽水試驗提供的地層滲透系數(shù)的局限性，應(yīng)及時根據(jù)降水效果對滲透系數(shù)進行反算校正。因此，設(shè)計參數(shù)的準確性非常重要。

(2)降水嚴格按照施工注意事項執(zhí)行，避免出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象，控制流量不大于45 m3/h。

(3)車站基坑降水執(zhí)行動態(tài)施工，加強基坑周邊環(huán)境監(jiān)測及水位觀測至關(guān)重要。