段昌勇 苑野 中交一航局第五工程有限公司

1.基坑工程概況

翻車(chē)機(jī)房深基坑工程位于湖北省荊州市江陵縣，翻車(chē)機(jī)房周長(zhǎng)約261m，翻車(chē)機(jī)房淺坑面積為2920m，深坑面積為2667.25m。深坑區(qū)開(kāi)挖深26.276m，淺坑區(qū)開(kāi)挖深19.026m，基坑工程總體采用“支護(hù)樁+內(nèi)支撐+豎向止水帷幕+坑內(nèi)疏干井+坑內(nèi)截、排水溝明排”的方案。

1.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)本工程巖土工程勘察報(bào)告，結(jié)合《深基坑工程技術(shù)規(guī)程》（DB42/159-2004），經(jīng)綜合分析確定的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)所需巖土參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)土體參數(shù)及分布

1.2 水文地質(zhì)條件

為查明承壓水的滲透性及滲透路徑，該工程對(duì)基坑開(kāi)挖影響大的富水砂層、卵石層進(jìn)行了2 次抽水試驗(yàn)。砂層抽水試驗(yàn)深度選擇14.0～30.0m；卵石層抽水試驗(yàn)深度選擇30.0～35.0m。

試驗(yàn)結(jié)論如下：一是施工區(qū)地下水主要為松散層孔隙水，地下水水位約27.92m；二是砂層滲透系數(shù)實(shí)測(cè)值為14.39m/d，影響半徑實(shí)測(cè)值為95.82m；三是卵石層滲透系數(shù)實(shí)測(cè)值為21.74m/d，影響半徑實(shí)測(cè)值為302.62m。

2.基坑工程降水設(shè)計(jì)

2.1 地下水處理設(shè)計(jì)

基坑開(kāi)挖前應(yīng)先進(jìn)行降水井成井施工，降水井成孔直徑Φ60 0mm，井管管徑Φ273mm?；涌觾?nèi)共布置4 4口降水井、7口備用井。為確?；游鱾?cè)橋樁安全，在周邊臨近橋樁一側(cè)共布置20口回灌井（兼觀(guān)測(cè)井）。淺基坑開(kāi)挖底標(biāo)高11.474m，深基坑開(kāi)挖底標(biāo)高4.242 m，降水井降深水位至少在基底以下0.5m方可進(jìn)行基坑開(kāi)挖作業(yè)。

2.2 理論計(jì)算驗(yàn)證

采用Visual Modflow軟件進(jìn)行三維滲流數(shù)值法計(jì)算，驗(yàn)證降水設(shè)計(jì)的可行性。將其概化為三維空間上的非均質(zhì)各向異性水文地質(zhì)概念模型。

根據(jù)《基坑管井降水工程技術(shù)規(guī)程》（DB42/T 830-2012），降水引起地面某點(diǎn)的沉降量按下式計(jì)算：

式中：M為沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；n 為計(jì)算分層數(shù)；σ為水位下降引起的各計(jì)算分層有效應(yīng)力增量（kPa）；Δ為受降水影響地層的分層厚度（cm）；Δ為水位下降差值（cm）。

根據(jù)降水設(shè)計(jì)圖紙建立沉降預(yù)測(cè)模型，假設(shè)需要減壓降水的時(shí)間為90d，取沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)M=0.4?；娱_(kāi)挖降水運(yùn)行完成后，緊鄰基坑的周邊的地面最大沉降約60mm，橋墩位置的最大沉降約30mm。

3.設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

3.1 施工前抽水試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)建議，在基坑豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)、止水帷幕及降水井施工完成后，應(yīng)進(jìn)行多組抽水試驗(yàn)，驗(yàn)證場(chǎng)地的水文地質(zhì)參數(shù)；同時(shí)進(jìn)行群井大降深試驗(yàn)，校檢降深結(jié)果能否滿(mǎn)足主體土方開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)施工的要求。

3.1.1 單井抽水試驗(yàn)成果

施工場(chǎng)區(qū)共完成了4組單井抽水試驗(yàn)。各個(gè)試驗(yàn)井的施工參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 單井抽水試驗(yàn)結(jié)果深坑匯總

表3 單井抽水試驗(yàn)結(jié)果淺坑匯總

根據(jù)上述單井抽水試驗(yàn)情況可以得出如下結(jié)論：

①深坑區(qū)域單井平均抽水流量為21.70m/h和27.87m/h。淺坑區(qū)域單井平均抽水流量為30.5m/h和46.3m/h。抽水試驗(yàn)的平均抽水流量均小于設(shè)計(jì)值。

②深、淺坑不同區(qū)域的單井抽水試驗(yàn)的坑外觀(guān)測(cè)井水位降深較小。由此可以說(shuō)明，由于側(cè)向懸掛式止水帷幕的存在，延長(zhǎng)了滲流路徑，使得坑內(nèi)坑外存在的水力聯(lián)系減弱，有利于控制坑外降深。

③由于深、淺坑降水井的設(shè)計(jì)深度不同，且針對(duì)地下水處理的含水層不同，深坑抽水井平均抽水流量較小，可能是側(cè)向懸掛式帷幕的作用、降水井的過(guò)濾器長(zhǎng)度偏短以及坑內(nèi)工程樁在高水頭作用下后壓漿側(cè)向擴(kuò)散填充至⑥層卵石層中等因素綜合影響造成。

3.1.2 小范圍群井抽水試驗(yàn)

場(chǎng)區(qū)共完成1組小范圍群井抽水試驗(yàn)，抽取坑內(nèi)7口試驗(yàn)井，深坑區(qū)坑內(nèi)觀(guān)測(cè)井的水位已降至水位絕對(duì)標(biāo)高在24.40～27.09m。淺坑區(qū)坑內(nèi)觀(guān)測(cè)井的水位已降至水位絕對(duì)標(biāo)高在10.81～13.90m?？油庥^(guān)測(cè)井的水位降幅在0.26～0.55m。

從上述結(jié)果可知：

①淺坑區(qū)各觀(guān)測(cè)井的水位降深均較大，基坑基底標(biāo)高為11.474m，即局部區(qū)域已滿(mǎn)足基坑開(kāi)挖安全水位要求（水位在基底以下0.5m）。根據(jù)基坑降水設(shè)計(jì)情況，淺坑區(qū)域設(shè)計(jì)降水井?dāng)?shù)量為14口降水井，而試驗(yàn)抽水井為4口，由試驗(yàn)效果可知，設(shè)計(jì)降水井的數(shù)量滿(mǎn)足淺基坑降深安全要求。

②深坑區(qū)各觀(guān)測(cè)井的水位降深均較小，最大僅為5.10m，降水井降深普遍較小，無(wú)法滿(mǎn)足深基坑降深安全要求。

3.1.3 大范圍群井試驗(yàn)

為驗(yàn)證降水井水位降深，場(chǎng)區(qū)進(jìn)行了1組大范圍群井抽水試驗(yàn)。試驗(yàn)共開(kāi)啟25口降水井，整個(gè)試驗(yàn)均選取24口為開(kāi)啟井，選擇1口作為觀(guān)測(cè)井，觀(guān)測(cè)井在停抽2h測(cè)其恢復(fù)后靜止水位，再開(kāi)啟本口觀(guān)測(cè)井同時(shí)停抽下一待測(cè)觀(guān)測(cè)井，逐一循環(huán)完成深坑內(nèi)所有井的靜止水位觀(guān)測(cè)。

通過(guò)本次群井抽水試驗(yàn)觀(guān)察，對(duì)于深坑區(qū)變更后降水井水量相對(duì)較大。其它采用原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)降水井水量相對(duì)偏小，群井抽水試驗(yàn)中觀(guān)測(cè)井水位絕對(duì)高程在14.474～18.564m之間,仍無(wú)法滿(mǎn)足深基坑降深要求。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果不僅說(shuō)明了側(cè)向止水帷幕對(duì)坑內(nèi)外的水利聯(lián)系有阻隔效果，也推斷分布⑤2層粉質(zhì)黏土在豎向水利聯(lián)系有阻隔作用，因此深坑降水未能將砂層水排出。

3.2 基坑降水優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)單井及群井抽水試驗(yàn)結(jié)果，為達(dá)到底板以下安全水位還需進(jìn)一步優(yōu)化。需對(duì)該降水井長(zhǎng)度及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，提出對(duì)部分降水井長(zhǎng)度及結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整：

一是基坑深淺區(qū)交接位置，降水井設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為27m，更改為32m，增加5m濾管。

二是深坑剩余未施工7口降水井，基坑底板以上增加1節(jié)濾管，由原來(lái)1節(jié)改為2節(jié)。

三是深基坑與地道交接位置，3口降水井深度進(jìn)一步加深至35m，以輔助深區(qū)降水，增加濾管長(zhǎng)度8m。

3.3 優(yōu)化方案試驗(yàn)驗(yàn)證

為檢驗(yàn)降水井管優(yōu)化后的效果，以深坑區(qū)為例開(kāi)展前后抽水試驗(yàn)，并借用Visual Mod flow數(shù)值模擬軟件進(jìn)行對(duì)比分析：地下水滲流模擬中的影響半徑R=150.9m，水平方向有限元計(jì)算域以基坑的東、西、南、北最遠(yuǎn)邊界為起點(diǎn)，各向外擴(kuò)展200m，即計(jì)算區(qū)域設(shè)為600m×500m。為保證計(jì)算精度，對(duì)基坑內(nèi)管井密布區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，每個(gè)單元的水平尺寸為2m×2m，隨著計(jì)算范圍與基坑距離的增加，逐漸放寬單元格，如圖1所示。

圖1 模型三維示意圖

同時(shí)開(kāi)啟雙濾管混合井和單濾管普通井雙模型，每口設(shè)80t/h泵量，開(kāi)啟所有降水井，抽水天數(shù)設(shè)定1/5/10/20d，取20d運(yùn)行后降深結(jié)果分析可知：坑內(nèi)降深普通井結(jié)構(gòu)降深均小于混合井，普通井抽水10d降深最大22.6m，此刻水頭6.9m，高于基底開(kāi)挖4.242m，不滿(mǎn)足深坑開(kāi)挖要求；混合井達(dá)27.4m，此刻水頭2.1m，滿(mǎn)足降深要求，針對(duì)本工程建議選用混合井雙濾管結(jié)構(gòu)。

4.結(jié)論與建議

（1）基坑開(kāi)挖到底后蒙華鐵路橋橋墩最大沉降量為2.29mm，遠(yuǎn)小于鐵路部門(mén)要求的6mm控制值，說(shuō)明該工程取消回灌井設(shè)計(jì)優(yōu)化正確。

（2）場(chǎng)區(qū)部分抗拔工程樁采用后壓漿工藝。側(cè)向止水帷幕和坑底卵石受后壓漿填充，與自然狀態(tài)相比基坑工程的地下水環(huán)境的邊界條件大大發(fā)生改變，因此進(jìn)行類(lèi)似工程施工時(shí)需注意設(shè)計(jì)單位提供的水文地質(zhì)參數(shù)可能存在誤差。

（3）該工程前期降水效果不佳，優(yōu)化后采用混合井替代部分疏干井與減壓井，降水效果明顯。類(lèi)似項(xiàng)目施工時(shí)，在既有淺部潛水層又有深部承壓水層的情況下，可考慮采用混合井進(jìn)行施工。

（4）為了防止降水含砂率超標(biāo)，降水井管采用橋式過(guò)濾器，外包雙層60目尼龍網(wǎng)。深坑開(kāi)挖至基底后，兩層尼龍網(wǎng)之間被極細(xì)顆粒包裹，透水率大大降低。今后需進(jìn)一步研究含有極細(xì)顆粒土質(zhì)中降水井既要保證透水率、又要防止含砂率超標(biāo)的方法。

（5）在地下水豐富、地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，施工前應(yīng)適當(dāng)增加勘探點(diǎn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)地質(zhì)勘探結(jié)果，避免對(duì)地質(zhì)情況做出錯(cuò)誤判斷，影響降水及其他施工。

（6）對(duì)于工程降水，在正常的降水運(yùn)行過(guò)程中，通常要求施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有兩路工業(yè)用電，保證停電10min內(nèi)（具體可根據(jù)抽水抽水試驗(yàn)確定）能確保降水井正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免影響降水效果甚至危害基坑安全。

5.結(jié)束語(yǔ)

湖北荊州煤炭鐵水聯(lián)運(yùn)儲(chǔ)配基地一期工程翻車(chē)機(jī)房深基坑工程，其規(guī)模、深度之大、降水設(shè)計(jì)與施工之難，在荊州市乃至湖北省基坑建設(shè)史上首屈一指。針對(duì)該基坑工程降水進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分析、總結(jié)有著重大工程實(shí)踐意義，希望對(duì)其他類(lèi)似項(xiàng)目提供一定參考依據(jù)。