李進(jìn)勇，吳鵬琴，王建賓，曾夏生

（1.中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司，武漢430081；2.中冶華亞建設(shè)集團(tuán)有限公司，武漢 430081）

在影響基坑穩(wěn)定性的眾多因素中，地下水的控制占據(jù)著主導(dǎo)作用。地下水控制不當(dāng)可能造成流砂、管涌、坑底突涌、帷幕滲漏等，引起地面沉降。因此，妥善解決基坑工程的地下水控制問(wèn)題成為基坑設(shè)計(jì)中極為重要的一項(xiàng)工作。基坑工程地下水控制的目的，就是要根據(jù)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)施工條件特點(diǎn)，采取可靠措施防止因地下水的不良作用引起基坑失穩(wěn)及其對(duì)周邊環(huán)境的影響。基坑工程地下水控制的方法分為降排水、隔滲、坑外回灌等?；咏邓O(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)基坑開(kāi)挖深度、場(chǎng)地條件、周邊環(huán)境、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，合理選擇降水方法以達(dá)到有效控制地下水的目的。本文以一個(gè)工程實(shí)例為依托，對(duì)如何合理選擇基坑降水方式進(jìn)行了闡述。

1 基坑降排水設(shè)計(jì)前期資料收集準(zhǔn)備工作

1.1 施工資料、場(chǎng)地條件、周邊環(huán)境及排水條件

施工資料主要指基坑開(kāi)挖面積和深度、地下室施工的有關(guān)要求等；場(chǎng)地條件主要指紅線(xiàn)、周邊已有建筑物及地下管線(xiàn)、臨時(shí)設(shè)施等離擬建工程的距離；周邊環(huán)境主要指基坑周邊已建建筑物的基礎(chǔ)形式，地下設(shè)施及排水管道、光纖電纜、供氣管道[1]等各類(lèi)管線(xiàn)的分布位置、埋深及變形控制要求；排水條件指周邊排水口的位置、市政管網(wǎng)的分布及排水能力等。這些都是影響選擇基坑降排水方案的重要因素，在設(shè)計(jì)前應(yīng)仔細(xì)調(diào)查收集。

1.2 工程地質(zhì)條件

地質(zhì)結(jié)構(gòu)決定巖層、土層的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)，土的滲透系數(shù)取決土顆粒級(jí)配、孔隙率等，不同的土層的滲透性有很大的不同，會(huì)影響基坑支護(hù)降水施工設(shè)計(jì)方法。降排水方案設(shè)計(jì)前應(yīng)仔細(xì)研究勘察報(bào)告，了解場(chǎng)地的地層分布特征。

1.3 水文地質(zhì)條件

水文地質(zhì)條件主要是指場(chǎng)地存在的地下水類(lèi)型及其賦存狀態(tài)，含水層、隔水層的分布規(guī)律及補(bǔ)給排泄條件，主要水文地質(zhì)參數(shù)（地下水位或承壓水頭深度、含水層滲透系數(shù)和影響半徑等）。

地下水按埋藏條件可分為上層滯水、潛水和承壓水3 種。上層滯水是賦存于包氣帶中局部弱透水層之上的重力水，補(bǔ)給來(lái)源于大氣降水及地表水，水位及水量隨季節(jié)變化。潛水是地下水中第一個(gè)具有自由表面的重力水；潛水的補(bǔ)給來(lái)源于大氣降水和地表水，排泄以泉、泄流、蒸發(fā)等；潛水水位受季節(jié)影響大。承壓水賦存于2 個(gè)隔水層之間，補(bǔ)給來(lái)源于大氣降水，也有越流補(bǔ)給；排泄是以泉和其他徑流方式向地表水體或地表排出，也可以通過(guò)上下部的含水層進(jìn)行越流排泄；承壓水水位比較穩(wěn)定，受季節(jié)影響相對(duì)較小。地下水類(lèi)型劃分對(duì)深基坑地下水控制的意義在于不同類(lèi)型的地下水的控制方法和環(huán)境影響不相同。上層滯水因埋藏淺、透水性弱一般可采用集水明排的處理方式，水量豐富時(shí)可設(shè)置截水帷幕；潛水一般與深層聯(lián)系較少，一般只需側(cè)向隔水帷幕或簡(jiǎn)單降水即可；深層承壓水由于其水量大、補(bǔ)給豐富常需要復(fù)雜細(xì)致的設(shè)計(jì)，如坑內(nèi)采用深井降水，坑外設(shè)置回灌井，側(cè)壁含有粉土砂土或淤泥質(zhì)土?xí)r，尚需設(shè)置懸掛式或落底式截水帷幕。

2 常用基坑降排水方法

武漢地區(qū)一級(jí)階地的水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，常分布有多層地下水。淺部有上層滯水或潛水，上層滯水主要賦存于填土、淤泥和淤泥質(zhì)土等孔隙率相對(duì)較大的黏性土中，潛水主要賦存于臨江一帶的砂土中，滲透系數(shù)大、水量豐富。下部有承壓水，主要賦存于深部砂卵礫石層中，滲透系數(shù)大、水量豐富；該含水層緊鄰江河，與江河水有直接的水力聯(lián)系，具有較高的承壓水頭[2]。由于武漢區(qū)域水文地質(zhì)條件的影響，武漢地區(qū)常采用的基坑降水方式有集水明排、管井井點(diǎn)降水和深井井點(diǎn)降水。

2.1 集水明排

該方法是在基坑外邊線(xiàn)和內(nèi)邊線(xiàn)周?chē)⒁粭l敞開(kāi)的排水溝，使從基坑地面或側(cè)壁泄水孔滲入的地下水通過(guò)排水溝流入集水井，然后用水泵抽出排至市政管網(wǎng)，以達(dá)到降水的目的。其主要由排水溝、集水井、泄水孔組成，適用填土、粉土、黏性土或淤泥質(zhì)黏土等，降水深度一般小于5 m。集水明排具有操作簡(jiǎn)單，施工方便，費(fèi)用低廉等特點(diǎn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)被廣泛應(yīng)用。但在高水位和地下水位豐富場(chǎng)地基坑支護(hù)工程中，這種方法難以單獨(dú)奏效，往往作為其他地下水控制方法的輔助措施使用。

2.2 管井井點(diǎn)

管井井點(diǎn)系沿基坑每隔20～50 m 設(shè)置一個(gè)管井，地下水在重力作用下流入井中，每個(gè)管井單獨(dú)用一臺(tái)潛水泵或離心泵不斷抽水以降低地下水位。管井井點(diǎn)由濾水井管、水泵和抽水機(jī)械等組成，適用于滲透系數(shù)在0.1～200 m/d 之間、地下水豐富的砂層以及輕型井點(diǎn)不易解決的場(chǎng)合，降水深度不限[3]。本法使用機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)單，排水量較大，水泵設(shè)在地面，易于維護(hù)，可代替多組輕型井點(diǎn)使用[4]。

2.3 深井井點(diǎn)

深井井點(diǎn)降水是在基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)設(shè)置深達(dá)含水層一定深度的井管，使地下水通過(guò)設(shè)置在井管內(nèi)的潛水泵抽出以降低地下水位。深井井點(diǎn)由井管和潛水泵、排水管等組成[4]，適用于滲透系數(shù)在10～250 m/d之間、地下水豐富的砂礫卵石土，降水深度可達(dá)15～50 m。本法具有排水量大，降水深度大，排水效果好；井位布置靈活，對(duì)基坑挖土的干擾??；地層適應(yīng)性強(qiáng)、施工速度快；管井制作簡(jiǎn)單、降水操作簡(jiǎn)單、后期維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

3 某復(fù)雜周邊環(huán)境條件下基坑降排水設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

基坑周長(zhǎng)約725 m，面積24 600 m2，場(chǎng)地土0.00相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高22.0 m，二層地下室底板墊層底標(biāo)高為-9.5～-10.0 m，場(chǎng)地較為平坦，整平標(biāo)高21.2～21.7 m，基坑開(kāi)挖深度約8.7～9.7m。設(shè)計(jì)采用的支護(hù)形式：放坡+雙排樁、放坡+懸臂樁支護(hù)，局部采用角撐。

3.2 周邊環(huán)境及排水條件

根據(jù)業(yè)主提供的地下管線(xiàn)圖和現(xiàn)場(chǎng)踏勘，該基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)無(wú)建（構(gòu)）筑物及地下管線(xiàn)，周邊建筑物和管線(xiàn)情況如下。

北側(cè)地下室開(kāi)挖底邊線(xiàn)距紅線(xiàn)約19.5 m，紅線(xiàn)外為冶金大道。冶金大道上有電線(xiàn)光纖、排水、給水和天然氣管道。

東側(cè)墻線(xiàn)距紅線(xiàn)約5.6～12.7 m，紅線(xiàn)外為一小區(qū)內(nèi)道路，距江南御景小區(qū)約20 m。

南側(cè)墻線(xiàn)距紅線(xiàn)約12.5～18.0 m，紅線(xiàn)外為鄂州街，距客運(yùn)集團(tuán)小區(qū)約31.7～37.8 m。鄂州街上有電線(xiàn)光纖、排水、給水、共用管道和電視管線(xiàn)。

西側(cè)墻線(xiàn)距紅線(xiàn)約15.0 m，紅線(xiàn)外為工業(yè)路。工業(yè)路上有電力、給水、電信、天然氣、共用管道和排水管道。

西北側(cè)墻線(xiàn)距紅線(xiàn)約11.4～13.2 m，紅線(xiàn)外為2～7 F建筑。

本項(xiàng)目市政雨污水排水管道走向?yàn)椋罕眰?cè)本項(xiàng)目紅線(xiàn)附近設(shè)置一個(gè)排水口，通過(guò)一根DN300 砼排水管匯入馬路對(duì)面DN1350 砼市政主排水管；南側(cè)紅線(xiàn)附近設(shè)置一個(gè)排水口，通過(guò)DN400 砼管道匯入臨近東側(cè)DN700 砼市政主排水管道；西側(cè)紅線(xiàn)附近設(shè)置一個(gè)排水口，通過(guò)一根DN300 砼管道匯入臨近DN700 砼市政主排水管道。

3.3 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地巖土自上而下地層為：

（1）層雜填土，層厚0.9～4.0 m，平均層厚2.3 m；雜色，松散狀態(tài)，土質(zhì)不均勻，以黏性土為主，包含磚渣、碎礫石，最大粒徑為11～30 cm，含量約40%。

（2-1）層粉質(zhì)黏土夾粉砂，層厚4.10～14.60 m，平均層厚9.12 m；黃褐色、褐色，稍濕，軟塑，含鐵錳氧化物，干強(qiáng)度高，刀切面較光滑，稍有韌性，土質(zhì)不均勻。

（2-1-1）層粉質(zhì)黏土，層厚1.90～2.70 m，平均層厚9.62 m；黃褐色、褐色，稍濕，可塑，含鐵錳氧化物，干強(qiáng)度高，刀切面較光滑，稍有韌性，土質(zhì)不均勻。

（2-2）層粉砂夾粉土，松散～稍密，層厚2.80～15.20 m，平均層厚9.62 m。粉砂：青灰色，松散～稍密，主要成分是長(zhǎng)石、石英顆粒和云母片，偶見(jiàn)螺殼。局部夾薄層粉質(zhì)黏土、粉土，具微層理，土質(zhì)不均勻。粉質(zhì)黏土：青灰色，軟塑，干強(qiáng)度中等，刀切面較光滑，韌性較好，土質(zhì)不均勻。

（3-1）層粉細(xì)砂，層厚2.20～13.30 m，平均層厚8.56 m；青灰色，主要由石英和長(zhǎng)石顆粒、云母片組成，砂質(zhì)均勻，分選性一般。呈飽和、中密狀態(tài)。局部夾少量薄層粉土和粉質(zhì)黏土。

（3-2）層粉細(xì)砂，層厚22.40～33.60 m，平均層厚26.67 m。青灰色，主要由石英和長(zhǎng)石顆粒、云母片組成，砂質(zhì)均勻，分選性一般。呈飽和、密實(shí)狀態(tài)。局部夾少量薄層中粗砂，薄層粉土和粉質(zhì)黏土。

（3-3）中粗砂混礫卵石，層厚0.4～0.7 m，平均層厚0.47m；雜色，主要成分為石英巖、石英砂巖等，卵石含量約為50%～65%，粒徑一般40～70 mm，最大粒徑110～30 mm，磨圓度較好，多呈亞圓～扁圓形，隙間充填中粗砂，呈飽和、偏密實(shí)狀態(tài)。

（4）強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，層厚0.4～0.7 m，平均層厚0.47 m；青灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，巖芯較破碎，多呈土狀和碎塊狀，徒手可捏碎、折斷，采取率約80%。原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，巖石風(fēng)化不均勻，局部夾有約10%～20%的中風(fēng)化巖塊，分布不均勻。屬極軟巖，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類(lèi)。

3.4 水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報(bào)告，主要有2 層地下水，分別為上層滯水和孔隙承壓水。

上層滯水：主要賦存于（1）層雜填土中，該層滲透性差，補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水和地表水的滲透補(bǔ)給，水量有限。勘探期間測(cè)得水位埋深為1.2～2.1 m，對(duì)應(yīng)標(biāo)高為18.73～20.28 m，局部填土中有一定的水量。

孔隙承壓水：賦存于（3-1）層粉細(xì)砂及（3-2）層粉細(xì)砂中，水量大，與長(zhǎng)江有密切的水力聯(lián)系。2018 年11月測(cè)得承壓水水位埋深5.6～6.1 m，對(duì)應(yīng)標(biāo)高為15.24～15.97 m。根據(jù)區(qū)域資料，本場(chǎng)區(qū)附近承壓水水位變幅為3～4 m。根據(jù)場(chǎng)地抽水試驗(yàn)結(jié)果，承壓含水層滲透系數(shù)為18 m/d，影響半徑230 m。

3.5 基坑特點(diǎn)分析

1）本基坑工程，支護(hù)周長(zhǎng)725m，開(kāi)挖面積約24600 m2，基坑面積較大。

2）地下室基坑開(kāi)挖深度為8.7～9.7 m，基坑開(kāi)挖深度較大。

3）本場(chǎng)區(qū)基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)地層為：（1）松散雜填土；（2-1）粉質(zhì)黏土；（2-1-1）可塑粉質(zhì)黏土；坑底大部分進(jìn)入（2-1）粉質(zhì)黏土夾粉砂，局部進(jìn)入（2-2）粉砂夾粉土?？拥紫聻椋?-1）層粉細(xì)砂及（3-2）層粉細(xì)砂，滲透系數(shù)為18 m/d，含水層厚度超40 m，水量大，與長(zhǎng)江有密切的水力聯(lián)系。上部土層較軟，壓縮模量低，大規(guī)模降水易產(chǎn)生地面沉降。

4）基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，地下管網(wǎng)密布，應(yīng)控制好地面沉降以免對(duì)周邊管線(xiàn)造成影響。

3.6 降排水方案選擇

3.6.1 上層滯水的治理

上層滯水可采用在基坑開(kāi)挖頂邊線(xiàn)和底邊線(xiàn)周?chē)O(shè)置排水溝、集水井的方式處理[5]。

1）為防止坡頂土體被地表水滲透軟化，坡頂外應(yīng)設(shè)置不小于2.0 m 的反坡。

2）在基坑邊坡坡面滲水處設(shè)置泄水孔以利排水，按橫、豎向間距2.0 m×2.0 m 梅花形布置，根據(jù)開(kāi)挖后實(shí)際情況布置。材料采用長(zhǎng)為0.5 m 的Φ50PVC 管，管底部用過(guò)濾網(wǎng)包裹，入土部分不少于0.35 m，泄水管下傾15°。

3）在距基坑開(kāi)挖頂邊線(xiàn)外側(cè)2 m 處設(shè)置截排水溝，坡頂每隔30 m 設(shè)置集水井，集水經(jīng)沉淀后排入市政排水系統(tǒng)。

4）在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)在坑內(nèi)邊坡坡腳0.5 m以外設(shè)置排水溝、集水坑，對(duì)坑內(nèi)積水進(jìn)行抽排，保證坡腳不得有積水。溝底至少比挖土面低0.3～0.4 m，集水坑比排水溝底低0.5 m[6]。

5）基坑開(kāi)挖后，坡頂、坡面、坡腳均應(yīng)及時(shí)進(jìn)行混凝土封閉，坡頂和坡腳積水應(yīng)及時(shí)抽排，嚴(yán)禁積水，避免土層泡水被軟化或崩解。

6）基坑開(kāi)挖期間，基坑內(nèi)可采用沿基坑坡腳設(shè)明（盲）溝和集水坑，積水及時(shí)用潛水泵明排至坑外。

3.6.2 孔隙承壓水的治理

根據(jù)基坑開(kāi)挖深度、場(chǎng)地滲透系數(shù)大、水量豐富及周邊市政管網(wǎng)排水較多排水能力強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)粉細(xì)砂礫卵石層中孔隙水，主要采用中深管井降水。根據(jù)本基坑工程的基坑深度、集水井和電梯井的布置，經(jīng)估算，并結(jié)合天漢降水軟件計(jì)算結(jié)果，考慮到豐水期水量較大和土方開(kāi)挖可能在施工階段損壞降水井，本工程共設(shè)置46 口降水井（包括6 口觀測(cè)井兼?zhèn)溆镁?，降水井材料采用鋼管，坑?nèi)降水井井徑為550 mm，鋼管鋼材采取Q235B，壁厚不小于3 mm?；油獠贾?5 口回灌井兼觀測(cè)井。為減少基坑降水對(duì)周邊環(huán)境的影響，支護(hù)樁外側(cè)采用水泥土三軸攪拌樁處理，深度完全封隔（2-2）粉砂夾粉土交互層。具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

1）降水井深度35.0 m（從自然地面起算），過(guò)濾管設(shè)置于粉細(xì)砂層中，深度15.0 m，長(zhǎng)度18.0 m，沉淀管長(zhǎng)2.0 m。

2）降水井成孔直徑550 mm，濾水井管直徑250 mm，濾料規(guī)格為1～3 cm 連續(xù)級(jí)配石英砂，孔口0.8 m 井壁投黏土球搗實(shí)。

3）濾水段開(kāi)孔12～18 mm，開(kāi)孔率不小于30%，沿井管焊Φ10 mm，豎向間距100 mm 的鋼筋，外包2 層60～80 目濾網(wǎng)。

4）降水井配備60 m3/h 的深水潛水泵，基坑井點(diǎn)群應(yīng)有2 臺(tái)備用泵。

5）設(shè)置于基坑內(nèi)的降水井，應(yīng)避開(kāi)承臺(tái)和基礎(chǔ)梁的位置，穿越基礎(chǔ)底板處基礎(chǔ)施工時(shí)應(yīng)設(shè)止水環(huán)。

6）降水井按信息法運(yùn)行，降水期間應(yīng)對(duì)設(shè)備、排水管及供電系統(tǒng)周密布置，確保降水不間斷進(jìn)行。

7）必須先將地下水位降至開(kāi)挖面下0.5 m 方可進(jìn)行土方開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)持續(xù)降水維持水頭標(biāo)高在開(kāi)挖面下不小于0.5 m。

8）開(kāi)挖原則為先挖深坑再挖淺坑。

9）針對(duì)基坑降水，建議適當(dāng)加大監(jiān)測(cè)范圍，重點(diǎn)加強(qiáng)周邊道路管線(xiàn)的監(jiān)測(cè)。

10）當(dāng)?shù)叵率液鬂矌┕ね戤吳一臃什刍靥詈?，方可結(jié)束降水工程維持階段，并按有關(guān)規(guī)定對(duì)井孔進(jìn)行回填，將抽水井割除到地下室底板以下，對(duì)抽水井進(jìn)行封堵和防滲處理，避免地下室底板產(chǎn)生滲漏。

經(jīng)降水驗(yàn)算，地面沉降預(yù)測(cè)值為12～30 mm，差異沉降和傾斜均較小，基坑降水引起的地面沉降和傾斜在可控范圍內(nèi)。最終監(jiān)測(cè)結(jié)果地面沉降也在30 mm 以?xún)?nèi)，基坑降水未對(duì)周邊環(huán)境造成影響[7]。

4 結(jié)束語(yǔ)

不同的基坑降排水方法有其適用的條件及優(yōu)缺點(diǎn)，降排水方式應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地條件、周邊環(huán)境及排水條件、場(chǎng)地工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件合理選擇。降水實(shí)施過(guò)程中加強(qiáng)信息監(jiān)測(cè)與管理，采用信息化施工，保證基坑工程和周?chē)ㄖ铮ńY(jié)構(gòu)）的使用安全。