承壓粉細砂層地下車站深基坑降水方案設計

摘? 要：本文以合肥市軌道交通某地下車站深基坑降水設計為例，根據(jù)工程地質、水文地質和實際條件，詳細介紹了合肥臨南淝河地區(qū)一級階地承壓水位較高、土層滲透系數(shù)較大的特征。經(jīng)現(xiàn)場抽水試驗，確定基坑降水設計所需土層滲透系數(shù)及影響半徑等水文參數(shù)，進行了中等透水性粉細砂層深基坑承壓水降水方案設計和地表沉降分析，總結了抽水過程中應注意的問題，相關方案可對類似工程降水設計提供參考。

關鍵詞：承壓水? 粉細砂層? 深基坑? 降水設計

Design of Dewatering Scheme for Deep Foundation Pit of Underground Station in Pressurized Powder and Fine Sand Layer

YANG Bin

（Hefei Rail Transit Group Co.， Ltd.， Hefei， Anhui Province，230009 China）

Abstract：Taking the dewatering design of a deep foundation pit of an underground station of Hefei rail transit as an example， this paper introduces in detail the high confined water level and high soil permeability coefficient of the first terrace in the Feihe area of Linnan， Hefei according to the engineering geology， hydrogeology and actual conditions. big feature. After on-site pumping test， hydrological parameters such as soil permeability coefficient and influence radius required for foundation pit dewatering design were determined， and the design of confined water dewatering plan for deep foundation pit with moderately permeable silty sand layer and surface settlement analysis were carried out， and the pumping process was summarized. Problems that should be paid attention to， the relevant schemes can provide reference for the precipitation design of similar projects.

Key Words： Confined water; silty sand layer; deep foundation pit; dewatering design

隨著改革開放以來我國文化[1]、經(jīng)濟、建設等各領域的快速發(fā)展，交通行業(yè)尤其是城市軌道交通也開始大規(guī)模建設，地下車站則逐漸向深大基坑發(fā)展。在基坑開挖施工中，普遍面臨的關鍵問題有地下水管涌[2]、流砂[3]及基坑穩(wěn)定性[4-5]等。其中，地下水是基坑工程的主要風險源之一，直接影響項目建設安全與施工進展。因此，為保證基坑施工環(huán)境的干燥與安全性，選擇合理的降水方案、有效控制地下水位已成為當下研究熱點[6-8]。針對施工過程中基坑底受承壓水影響，常進行降水設計的現(xiàn)實需求，本文以合肥軌道交通某地下車站為例，著重分析了中等透水性含水層深基坑承壓水降水方案及基坑周邊沉降，以期為類似工程的設計與施工提供參考。

1工程概況

1.1工程簡介

該地下車站位于規(guī)劃道路交口東側，沿東西向敷設，為地下兩層島式站臺車站，設4個出入口，2組風亭，2個預留人防連通口。車站規(guī)模274.1m×19.7m，有效站臺長120m，站臺寬11m，站后設單渡線。車站東北象限為規(guī)劃新型工業(yè)用地，東南象限為未開發(fā)住宅用地，西北、西南象限為未開發(fā)商辦混合用地，上述現(xiàn)狀均為空地塊，周邊規(guī)劃道路未實施，周邊無控制性管線和建（構）筑物。

根據(jù)建筑基坑支護相關技術規(guī)程，本車站支護結構安全等級為一級，主體圍護結構采用鉆孔灌注樁+內支撐體系，圍護樁直徑為Φ1000，共三道內支撐。車站主體及所有附屬結構均采用明挖法施工，主體結構形式為單柱雙跨框架結構（局部雙柱三跨框架結構）。

1.2 工程地質條件

本次勘察最大揭露深度為45.0m，根據(jù)鉆探資料及室內試驗結果，本場地勘探范圍內揭露的主要巖土層有第四系填土層、沖積黏土層及古近系砂質泥巖等。按其成因類型、巖性和工程性能可劃分7個工程地質層，土層名稱及其滲透系數(shù)k建議值如下：1-2素填土、2-1-3黏土（0.005m/d）、3-2-1粉質黏土（0.005m/d）、3-4粉細砂（5m/d）、5-1-1全風化砂質泥巖（0.3m/d）、5-1-2強風化砂質泥巖（0.1m/d）、5-1-3中風化砂質泥巖（0.01m/d）。

1.3 水文地質條件

車站位于南淝河一級階地，距南淝河最近約550m，其地下水主要補給來源為上部上層滯水的越流補給及側向徑流補給，主要排泄方式為側向徑流排泄。依據(jù)勘察報告，車站范圍內主要為第四系上層滯水、承壓水及基巖裂隙水。

車站主體基坑寬度為19.7m，開挖深度標準段約為15.9～17.8m，端頭井為17.2～18.3m。影響車站開挖的地下水主要為上層滯水和承壓水。上層滯水主要賦存于填土中，分布無規(guī)律，可采用坑內明排疏干。承壓水主要賦存于第四系上更新統(tǒng)粉細砂中，承壓水頂板為2-1-3黏土、3-2-1粉質黏土，底板為風化泥質砂巖、砂質泥巖。承壓水頂板埋深20.00～28.6m，測得水位埋深0.5～5.1m，承壓水頭為19.5～23.5m，基坑開挖需降低其承壓水頭，以防基底突涌。

2降水設計

本站基坑深度較深，?且3-4粉細砂層滲透系數(shù)較大，基坑距建筑物遠。根據(jù)該工程實際情況，通過技術、經(jīng)濟和可行性比較，結合合肥地區(qū)降水經(jīng)驗，選用基坑外深管井減壓降水方案。

2.1 水頭降深計算

根據(jù)詳勘報告，取端頭井、標準段的5個典型位置進行水頭降深計算，具體結果詳見表1。

2.2抽水試驗

為明確車站降水設計所需土層滲透系數(shù)、涌水量、影響半徑，水質流速流向等水文參數(shù)，需進行抽水試驗，抽水試驗孔布置如圖1所示。詳勘現(xiàn)場抽水測試孔號：M6XZ-SZS-005，現(xiàn)場抽水試驗結果詳見表2。

各巖土層滲透系數(shù)建議值及透水特性詳見表3。現(xiàn)場鉆探上層為第四系松散沉積物主要以粘性土為主，其下為3-4層粉細砂。地下水主要賦存于3～4層粉細砂中，表現(xiàn)為承壓水。根據(jù)水文地質試驗及水文地質參數(shù)計算，本次試驗得到3～4層粉細砂滲透系數(shù)值為2.66m/d，建議值5m/d。

2.3降水井計算

依據(jù)本工程水文地質條件，使用承壓非完整井水文地質計算模型，以大里程端頭井為例進行承壓水頭降深計算。

承壓水主要賦存于粉細砂層中，水量豐富，具有承壓性，計算斷面處承壓水頭為19.5m，現(xiàn)進行抗突涌穩(wěn)定性驗算：

K_h=Dγ/（h_w γ_w ）=（4.5×19.5）/（19.5×10）=0.45≤1.1

式中：K_h為坑底突涌抗力分項系數(shù);D為坑底至承壓水層頂板的距離;γ為D范圍內土的平均天然重度;h_w為承壓水水頭高度;γ_w為水的重度。計算結果K_h≤1.1，需進行降水，基坑外設置承壓水降水井，降承壓水頭措施，降水頭11.6 m，驗算如下：

K_h=Dγ/（h_w γ_w ）=（4.5×19.5）/（（19.5-11.6）×10）=1.11≥1.1

抽水影響半徑采用吉哈爾特公式：R=10s_w √K=250m。

涌水量：

Q=2πKMs/（ln?〖（（R+r）/r）+（M-l）/l〗? ln?（1+0.2 M/r） ）=2337m^3/d

基坑涌水量計算參數(shù)如下（降水部位為車站主體，含水層類型為承壓水）：等效半徑r=41.5m，含水層厚度M=12.6m（過濾器進水部分長度l=10m），降深s=11.6m，滲透系數(shù)（加權）K=5m/d。

2.4降水井結構及平面布置

根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》7.3節(jié)：管井的單井出水量q：q=120πγ_w l^3 √K。式中：γ_w為過濾器半徑;l為過濾器進水長度。

為保證單井出水能力和降水井成井工藝等要求，本次設計擬采用內徑273mm，外徑800mm的管井進行降水，降水井結構如圖2所示。

考慮合肥地區(qū)經(jīng)驗，結合成井工藝、濾管及濾料等因素影響，設計單井出水能力取〖60.0m〗^3/d，降水井距離車站主體基坑結構外輪廓線2.0～3.0m。降水井數(shù)量n：n=1.1Q/q=42.8，本設計沿基坑周邊共布置降水井46眼，井深35.0m，井間距：標準段15.0m，端頭井10.0～12.0m。降水井平面布置如圖1所示。

2.5降深及地表沉降分析

根據(jù)降水井平面布置，進行降水計算，最大計算降深12.8m，位于端頭井附近。

依據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ 120-2012），降水引起的地層壓縮變形量可按下式計算：

s=φ_w ∑?（?σ_zi^' ?h_i）/E_si

式中：s為計算剖面的地層壓縮變形量（m）;φ_w為沉降計算經(jīng)驗系數(shù);?σ_zi^'為降水引起的地面下第i層土的平均附加有效應力（kPa）;?h_i為第i層土的厚度（m）;E_si為第i層土的壓縮模量（kPa）。群井抽水時，其降水影響半徑為250m。利用分層總和法計算，管井降深最大處的地表沉降約為40.0mm。為預防地表沉降開裂引起地表水滲入縫隙，對基坑穩(wěn)定造成影響，建議在基坑周邊埋設PVC或塑料排水管，抽出的水經(jīng)管道流入沉淀池沉淀后，排入市政雨水管。

若抽水過程中地表沉降變形達到監(jiān)測預警值應立即停止抽降，增加沉降變形監(jiān)測頻率并分析原因。同時需布置一定數(shù)量的回灌井，抽降地下水的同時采取地下水同層回灌，回灌井距降水井距離不宜小于6.0m;若采取地下水回灌措施后，沉降變形仍繼續(xù)增加，建議進行注漿加固處理或采取止水帷幕隔斷地下水。

3結語

（1）在確定降水方案有關參數(shù)和井型布置的過程中，不能僅憑該地區(qū)施工降水經(jīng)驗進行選取，需以現(xiàn)場抽水試驗為基礎，進行科學的計算和分析。

（2）本站周邊較為空曠，建筑物相離較遠，現(xiàn)場正常施工不會對周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響。但必須嚴格控制成井質量，施工期間防止出現(xiàn)流砂、流土。

（3）在抽水過程中，要做好水位和沉降變形監(jiān)測，根據(jù)施工進度和監(jiān)測值調整抽水井開啟數(shù)量及抽水量，并適時進行合理回灌，進一步減少對周邊環(huán)境的影響。

參 考 文 獻

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