地鐵車(chē)站深基坑降水回灌關(guān)鍵技術(shù)

焦念輝

（中鐵十局集團(tuán)第一工程有限公司，山東濟(jì)南250000）

0 引言

在深基坑施工中，基坑內(nèi)降水與基坑外回灌是矛盾的，因此，必須合理選擇降水回灌方案，在保證基坑施工安全的前提下增強(qiáng)回灌施工效果，保護(hù)地下水資源，同時(shí)減少由于地下水位下降造成的地面不均勻沉降甚至塌陷，避免地下水回灌可能引發(fā)的基坑涌水、滲流破壞，防止基坑失穩(wěn)。

1 工程概況

某地下車(chē)站位于濟(jì)南市槐蔭區(qū)齊魯大道上，處于聊城路與青島路之間，沿齊魯大道南北向設(shè)置。車(chē)站為地下兩層，采用明挖法施工。

本站基坑總體長(zhǎng)度為359.6m，基坑開(kāi)挖深度為16.51m，端頭井段開(kāi)挖深度為17.76m。圍護(hù)樁采用φ1000鉆孔灌注樁；四周設(shè)置封閉的止水帷幕，止水帷幕采用φ0.8m三管高壓旋噴樁的形式，止水帷幕底標(biāo)高為基坑底以下2.5m。

車(chē)站地層自上而下依次為雜填土、黃土、粉質(zhì)粘土、粘土層、細(xì)砂層、粉質(zhì)粘土層。車(chē)站范圍內(nèi)地下水水位高，補(bǔ)給速度快。其地層中主要存在兩層地下水，分別為第四系松散層孔隙潛水和承壓水。潛水層埋深于地下5~8m，承壓水主要富含于細(xì)砂層、粉質(zhì)粘土層，埋深約6~8m。

車(chē)站底板設(shè)置于粉質(zhì)粘土層，低于承壓水地下水位。

2 工藝原理

首先進(jìn)行基坑圍護(hù)樁以及基坑周邊止水帷幕施工，通過(guò)止水帷幕降低基坑內(nèi)外側(cè)水力聯(lián)系。在止水帷幕封閉后，通過(guò)抽水試驗(yàn)和回灌試驗(yàn)確定在有止水帷幕條件下的降水與回灌施工所需的相關(guān)參數(shù)，包括綜合地層滲透系數(shù)、降水影響半徑等，估算基坑日涌水量、單井出水量、單井回灌量，確定所需的降水井、回灌井?dāng)?shù)量。

同時(shí)，對(duì)基坑開(kāi)挖及回灌施工的全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，掌握抽水量、回灌量，監(jiān)控基坑內(nèi)外水位變化，控制地下水水位相對(duì)穩(wěn)定，減少地表沉降，監(jiān)視基坑的穩(wěn)定，保證整個(gè)車(chē)站施工的順利進(jìn)行。

3 施工工藝流程及施工要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→施工基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)以及止水帷幕→施工降水及回灌試驗(yàn)井→抽水試驗(yàn)及會(huì)館實(shí)驗(yàn)→施工正式降水井、回灌井→基坑降水以及回灌施工→監(jiān)控量測(cè)→車(chē)站基坑開(kāi)挖以及結(jié)構(gòu)施工

3.2 降水與回灌施工要點(diǎn)

3.2.1 降水試驗(yàn)井施工

止水帷幕封閉后，在基坑兩端及中部打設(shè)三眼抽水試驗(yàn)井，分別進(jìn)行單井抽水和群井抽水，紀(jì)錄抽水參數(shù)。

降水井井深度根據(jù)需要降水的深度、含水層的位置與分布、過(guò)濾器管材以及現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境等因素綜合而定。本工程中，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)降水井的井底標(biāo)高低于基坑底標(biāo)高10m。

通過(guò)降水試驗(yàn)井抽水試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析，掌握在有止水帷幕條件下的地層的綜合滲透系數(shù)、降水影響半徑等重要參數(shù)。

3.2.2 基坑總涌水量估算

在本工程中，由于濟(jì)南地區(qū)粉質(zhì)黏土層固有特點(diǎn)，在長(zhǎng)期受下層承壓水豎向補(bǔ)給下，粉質(zhì)黏土層存在天然裂隙，豎向補(bǔ)給速度超過(guò)水平補(bǔ)給?；又顾∧桓魯嗔松喜繚撍畬?，但是粉質(zhì)黏土層存在的天然裂隙，使下部深層地下水通過(guò)裂隙向上補(bǔ)給，故可認(rèn)為止水帷幕沒(méi)有完全隔斷含水層。結(jié)合基坑止水帷幕形式、地下水類(lèi)型、補(bǔ)給條件、降水井的完整性等因素，采用《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ 120—2012）》中（E.0.2公式）對(duì)基坑降水總涌水量進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q-估算基坑降水總量（m3/d）；K-滲透系數(shù)（m/d），通過(guò)前述抽水試驗(yàn)求的，并與勘察報(bào)告給出的各含水層滲透系數(shù)加權(quán)平均取得的綜合滲透系數(shù)相互驗(yàn)證，本基坑取30m/d；H0-含水層厚度，m，含水層厚度取基坑底部以下全部粉質(zhì)粘土厚度；SW=工程施工需要的水位降深，m，取地下水初始水位至基坑底下1.0m之差；R-降水影響半徑，通過(guò)前述抽水試驗(yàn)求的；r0-降水井分布范圍的等效半徑其中，A可近似認(rèn)為為基坑總面積。

經(jīng)計(jì)算求得：

基坑涌水量為Q=27181m3/d。

3.2.3 降水井的設(shè)置

降水井深度綜合考慮工程施工需要的水位降深、水力坡度線影響、降水期間的水位變幅影響、施工期間沉沙厚度等綜合確定。本項(xiàng)目中，參照工程以往經(jīng)驗(yàn)，降水井深度較基坑底標(biāo)高深10m。

單井涌水量按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JBJ 120—2012）》式7.3.16計(jì)算：

式中：q-單井出水能力（m3/d）；rs-過(guò)濾器半徑，m；l-過(guò)濾器進(jìn)水部分的長(zhǎng)度，m；k-地層綜合滲透系數(shù)（m/d）。

實(shí)際運(yùn)用中，考慮到成井質(zhì)量、止水帷幕的擋水作用、群井抽水綜合效應(yīng)，單井出水量可以取計(jì)算值的80%。本項(xiàng)目經(jīng)計(jì)算取1010m3/d。

在確定完基坑總涌水量及單晶出數(shù)量后，降水井?dāng)?shù)量采用涌水量法進(jìn)行估算，并考慮10%的備用井進(jìn)行布置，基坑共布設(shè)降水井30眼。

3.2.4 回灌井試驗(yàn)施工

基坑地下水控制采用基坑外側(cè)管井回灌，確?；油獠克环€(wěn)定?；毓嗑O(shè)置在基坑外側(cè)，為避免加壓回灌對(duì)于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及基坑自身的不利影響，回灌井距離應(yīng)盡量遠(yuǎn)離基坑。

回灌井施工前，先施工回灌試驗(yàn)井，回灌試驗(yàn)井可通過(guò)深度的不同來(lái)確認(rèn)最佳回灌目標(biāo)底層，通過(guò)調(diào)節(jié)回灌壓力確認(rèn)回灌井能承受的最大壓力?？紤]到基坑降水來(lái)源主要為下部地下水的豎向補(bǔ)給，地下水的流失也主要為下部地層的地下水，因此回灌目的層初步確認(rèn)為下部承壓含水層，針對(duì)該層設(shè)置回灌井。

根據(jù)單井回灌量與估算的基坑日涌水量，確定回灌井的數(shù)量，使回灌率符合要求?；踊毓嘁猿夯毓酁橹?，必要時(shí)采用加壓回灌。

單井回灌量參考《建筑與市政工程地下水控制技術(shù)規(guī)范（JGJ 111—2016）》公式7.2.4-2進(jìn)行計(jì)算：

式中：q-單井回灌量（m3/d）；k-滲透系數(shù)（m/d）；R-影響半徑，m；rw-回灌井半徑，m；ho-井內(nèi)回灌動(dòng)水位，m；Ho-自然狀態(tài)下含水層底板至井內(nèi)水位高度，m；M-承壓含水層厚度，m。

濾水管的位置根據(jù)承壓含水層地層起伏情況進(jìn)行精細(xì)化設(shè)置?；毓噙^(guò)程中采用全程監(jiān)控，并根據(jù)回灌效果及時(shí)對(duì)回灌井?dāng)?shù)量、壓力等進(jìn)行調(diào)整，做到動(dòng)態(tài)施工。本工程共設(shè)置常壓回灌井24眼，加壓回灌井6眼（依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，加壓回灌井距離基坑邊約30m）。

3.2.5 降水回灌控制措施

依據(jù)抽灌平衡的原則，及時(shí)調(diào)整回灌水量。防止回灌導(dǎo)致坑外水位大幅抬升，以至超過(guò)初始水位，回灌水量過(guò)大從而滲入基坑內(nèi)，對(duì)基坑降水造成不利影響。

回灌過(guò)程中，每天采集回灌井周邊水位觀測(cè)井變化情況，準(zhǔn)確及時(shí)記錄回灌水量，基坑抽水量，定期對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，及時(shí)掌握回灌運(yùn)行情況，根據(jù)需要做出適當(dāng)調(diào)整。

此外加強(qiáng)回灌區(qū)域地表沉降監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)對(duì)建筑物及周邊管線的沉降監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給降水部門(mén)，降水部門(mén)結(jié)合基坑周邊環(huán)境變化情況，針對(duì)不利情況的出現(xiàn)及時(shí)調(diào)整基坑降水與地下水回灌。

一般情況下，基坑回灌采用常回頭自動(dòng)控制回灌裝置，即確?；毓嗑畠?nèi)水頭始終處于初始水位位置，一旦地下水位下降，自動(dòng)回灌裝置便立刻啟動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行回灌補(bǔ)水，確保水頭穩(wěn)定。同時(shí)結(jié)合基坑周邊觀測(cè)井水位變化，如水頭補(bǔ)償不能滿足要求時(shí)，可以考慮抬高回灌控制水頭，如還不能滿足要求，則需要考慮是否再用加壓回灌。

4 工程結(jié)果評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目施工中貫徹動(dòng)態(tài)施工理念，將基坑內(nèi)降水與基坑外回灌聯(lián)系在一起，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量基坑止水帷幕施工完成后實(shí)際的土的滲透系數(shù)、降水影響半徑，取得切合實(shí)際的降水井施工參數(shù)，保證基坑降水的效果。

地下水回灌技術(shù)通過(guò)回灌補(bǔ)源、恢復(fù)水位，借助回灌井方案極大程度上保護(hù)地下水資源，減少施工期間地下水位的擾動(dòng)。為類(lèi)似工程的施工提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。