浅析郑州某地铁车站附属基坑降水工程设计

侯胜超

黄河勘测规划设计研究院有限公司 河南省郑州市 450003

摘要：地铁车站一般采用明挖基坑法进行施工，无水作业又是基坑施工的前提，合理的基坑降水设计成了地铁施工的关键环节，本文结合郑州某地铁车站附属基坑降水工程实例，就底板下卧高压缩性、富水性中等的弱透水性土层的降水方法，给出一些降水经验和探讨。

关键词：地铁车站附属基坑；降水设计；弱透水性土层

1.工程概况

1.1车站附属概述

本次工程位于郑州北部，场地起伏不大，地形较平缓，距离黄河较近，本次设计的某车站二号附属风道基坑埋深9.3米，覆土约2.86米，基坑长度l=37.45米，基坑宽度b=27.58米。基坑安全等级为二级，采用明挖法施工。

1.2工程地质及水文地质条件

该工程地貌类型属于黄河冲击平原，周围既有建筑及市政管线设施复杂，钻孔实测地下水位位于地表以下4.5米。土质从上至下为：人工填土、粉土、粉质粘土、粉土、粉质粘土、细砂、粉土。其地层结构、岩土特性如表1所示。

表1 岩土地层主要物理力学参数

2.基坑降水工程设计

本次工程施工采用明挖法，围护结构采用钻孔灌注桩，周边建构筑物复杂，考虑对周围建构筑物的影响、降水时间、排水方式、施工工期等因素，本次降水采用截水帷幕截水+坑内布设梅花形管井抽水的降水方案，既采用半封闭型疏干降水。根据规范设计结果如下：

2.1基坑涌水量估算^[2]

； ；

式中: Q： 基坑涌水量，m³ / d ;

k： 为渗透系数，取5m / d（地勘抽水试验值） ;

H₀： 潜水含水层厚度，取11 m ;

s ： 基坑水位降深，取6 m ;

R： 基坑降水影响半径，m ;

r₀： 假想半径，m；

l： 基坑长度，取37.45 m ；

b： 基坑宽度，取27.58m；

ξ： 基坑形状修改正系数，取1.18

根据施工要求将水位降至基坑底以下1米处，计算得：r₀=19.18米、R=46.5米、Q=1237.6立方米每天。

2.2单井最大允许出水量及井点数量计算^[3]

为保证单井出水量和成井工艺等要求，设计成井井径750 毫米，井管直径500 毫米，其单井最大允许出水量计算如下：

式中：q_max：管井出水能力，m³/d；

l’： 过滤器淹没长度，取3m；

d： 过滤器外径，500mm;

α’： 经验系数，取100(参照建筑与市政降水工程技术规范)。

n： 管井数量(口)；

q_w:：管井单井出水量，取280m³/d(q_w<q_max)；

计算得：q_max=360m³/d，n=4.4取n=5口。

2.3井点管埋设深度^[1]

井点管的埋深主要取决于的基坑的开挖深度、降水区域内地下水水力坡度、降水后水面距离基坑底部的高度、降水期间地下水位变化幅度、过滤管和沉砂管的长度等，井点管埋设深度计算如下：

H_W＞H_W1+ H_W2+ H_W3+ H_W4+ H_W5+ H_W6

式中：H_W：降水井深度；

H_W1：基坑深度，取9.3m；

H_W2：降水水位距离基坑底要求的深度，取1m；

H_W3：ir₀;i为水利坡度取1/15，r₀为假想半径；

H_W4：降水期间地下水位变幅，取1.5m；

H_W5：过滤管部分的长度，取5m；

H_W6：沉砂管的长度，取1m；

计算得井点管的埋设深度：H_W=19m。

3试验井降水概况

施工前按上述设计进行试验井施工，通过对实验井进行抽水试验发现：井中水渗满后抽水机在很短时间内会把井管内水抽干，每隔数小时后井内水才会再次达到抽水机的抽水工作要求，抽水机无法连续作业。井中水渗入速度太慢，且观测到井内过滤部分上下侧都一直有水在溢出，且观测井中的水位下降不明显，故可确定按此设计无法达到降水目的。

4原因分析及问题解决

基坑底土层为高压缩性、弱透水性的粉质粘土及粉土，地下水存在于土体颗粒之间，仅靠在该土层中管井降水很难实现降水的目的，即使将井中的水抽走，粉土及粉质粘土层下面的砂层也会源源不断的对其进行补给，因其弱透水性需增加渗水面积将该土层中的水排出，故需将粉质粘土及粉土层下面透水性较好的细砂层进行一定的疏干，从而将粉质粘土及粉土层的水向下排入细砂层中通过管井排出，使粉质粘土及粉土层的水位下降^[3]。

因管井过滤部分在弱透水性的粉质粘土（渗透系数0.5m/d）及粉土（渗透系数0.1m/d）层中，渗透系数小，计算降水时一定要注意渗透系数k，不能一味的套用地勘报告，要根据土层进行调整。本次设计因管井未打穿粉质粘土及粉土层进入渗透性较好的砂层，其渗透系数应该取管井过滤部分所在的土层的渗透系数，此处应该取0.5m/d，试验井中水的渗入速率也对该取值有所印证。

通过以上信息，按水位按降至粉质粘土及粉土层底下1米（地面以下15m）处对该基坑工程的降水重新进行设计，计算结果如下：

Q=1354立方米每天（渗透系数5m/d）；n=4.8,取n=6口；H_W=28m。

管井构造图、最终基坑降水平面布置图详见下图1、图2

图1 管井构造图 图2 基坑降水设计平面图

根据调整后的设计进行施工后，粉质粘土及粉土层中的水位有效降至施工要求的水位，基坑及主体得以顺利的施工。截水帷幕的存在能有效的增加地下水补给路径，能有效减少基坑降水工程规模和基坑外四周水位下降，减少对周边地下水及建筑物的影响，提高降水效率。本次工程降水期间基坑外周边实测水位在地面以下8米左右。

5.结论

（1）车站附属的顺利施工，证明了该工程施工降水设计是适当、合理和可行的，基坑涌水量预测的计算是较为准确的。

（2）对于坑底下卧弱透水性的粉土及粉质粘土土层，如采用管井降水需将管井过滤部分穿透该土层进入渗透性较强的土层进行降水作业。

（3）郑州地区降水作业中该种情况较为典型，本次设计方案的成功实施，对以后类似工程有一定指导意义和借鉴作用。

参考文献

[1] JTJ 120 -2012建筑基坑支护技术规程[ S ]. 北京:中国建筑工业出版社 2012。

[2] JTJ/T 111-98建筑与市政降水工程积水规范[ S ]. 北京:中国建筑工业出版社 1999。

[3] 刘国彬，王卫东 基坑工程手册[ M ]. 北京:中国建筑工业出版社 2009。