姜荣

摘要： 包头市立体综合交通枢纽项目基坑维护桩外侧采用超深三轴止水帷幕阻断基坑内外水力联系，基坑内降水采用管井降水，基坑降水属于疏干降水，由于-10米位置连续存在两侧粉质粘土隔水层导致重力水流无法渗透影响整个基坑降水效果，根据实际地质情况，采取破坏隔水层的方法保证了降水效果，证明了该方法的合理性、经济性和可靠性。

Abstract： The outer sides of the maintenance pits of the three-dimensional integrated transportation hub of Baotou City adopt ultra-deep three-axis waterproof curtains to block the hydraulic connections inside and outside of the foundation pits. Precipitation in the foundation pits uses tube wells precipitation. The precipitation of the foundation pits belongs to dry precipitation. Due to continuous silty clay aquifuge on both sides at -10 meter position， the gravity flow can not penetrate， affecting the effect of the entire pit precipitation. According to the actual geological conditions， the method of destroying the aquifuge guarantees the effect of precipitation， which proves the rationality reliability， and economy of the method.

关键词： 基坑降水；隔水层；重力水流；水力聯系；渗透；处理方法

Key words： foundation pit precipitation；aquifuge；gravity flow；hydraulic connection；infiltration；treatment method

中图分类号：TU46+3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）17-0141-03

1 工程概况

1.1 基本概况

包头市立体综合交通枢纽工程位于东河区二里半机场与拟建高铁包西线机场高铁站之间。本项目建设内容主要包括交通中心工程、机场高速路下立交工程、预留配套地铁工程、室外工程等。其中，①交通中心总建筑面积13.5万m2，其中地上面积3.8万m2，地下面积9.7万m2（不含地铁配套工程面积）。②机场高速路下立交工程为双向四车道，总长度754m，宽度22m，总面积17820m2。③预留配套地铁工程一期范围与本工程整体共建，面积为2.82万m2。交通中心开挖深度13.75m，地铁及下立交开挖深度17.31m。

1.2 周边环境条件

包头市立体综合交通枢纽基坑东侧为东河园林广场；西侧为正在生产经营的包头中药厂，厂房尚未拆迁，距离基坑仅10m；南侧为包头机场，机场高架桥距离基坑22m、机场航站楼距离基坑46m、机场跑道距离基坑550m；北侧为包头市粮库，距离基坑约100m。

2 工程地质条件及水文地质条件

2.1 工程地质

根据勘察钻孔深度内所揭露的底层情况，场地表层多为杂填土及素填土；上部地层主要为第四系全新统河流相冲积（Q4al）形成的粉细砂，夹粉土、粉质粘土及中粗砂层；下部地层主要为第四系上更新统河流相冲积（Q3al）形成的粉细砂、粉质黏土与静水湖相沉积（Q3l）形成的粉质黏土交替出现。各土层地层结构及岩性特征具体如表1。

2.2 水文地质

根据地勘报告显示，本工程地下水丰富，分布多个含水层，主要为砂层，地下水补给来源以大气降水、南侧黄河及东侧南海湿地公园渗流补给为主（东临南海湿地公园，南侧约2.5km为黄河河道），蒸发是主要排泄途径。地下水位约1.5-2.5m。根据包头市区多年水文资料记录显示，地下水位随季节变化较大，水位变幅为0.6-1.6m。场地内主要含水层渗透系数如表2。

3 降水设计概况及降水方案选择

本工程基坑支护原设计为止水帷幕+灌注桩+高压旋喷锚索。止水帷幕采用38m长Φ850三轴搅拌桩；交通中心设置双排灌注桩，双排桩区域桩顶圈梁通过钢筋混凝土拉板连接；基坑邻机场航站楼侧安全等级为一级，其余侧安全等级为二级，基坑设计使用年限为一年。锚索设置为一桩一锚，设置4道（-3m、-6m、-9m、-11.5m），锚索为6Ф15.2@1600，倾角10度，自由段长度5m，锚固段长22m/20m、锚固体直径400mm，端头5m为扩大头，直径500mm。为保证基坑支护的安全稳定与土方开挖顺利进行，坑外设置降水井（锚索施工阶段开启，锚索施工完成后关闭），坑内设置疏干井。

3.1 为保证锚索施工，坑外降水井数计算

①基坑涌水量估算 Qd=■

Qd—涌水量（m3/d）；

K—渗透系数，3m/d；

H —含水层厚度，最后一道锚索往下2m，即13.5m

S— 基坑中心水位降深，13.5m；

R— 降水半径，70m。

r0— 56m

Qd=1.366*13.5（2*13.5-13.5）*13.5/[lg（70-56）-lg56]=5775m3/d。

②单井出水量。

基坑外侧降水采用钢滤管，滤管R=273mm，设计井深26.0m，配置潜水泵（10m3/h），单口管井流量=10*24

=240m3/d

③坑外降水井井数确定。

坑外降水井数量（n）=涌水量（Qd）/单口管井流量（qw）n=5775/240=24，基坑外侧四周总降水井数考虑1.3储备系数及观察井，共设置128口。

3.2 坑内疏干井数计算

①基坑涌水量估算。

基坑采用止水帷幕进行封闭，涌水量按公式Q（疏干降水排水总量）=含水层的给水度*基坑开挖面积*降水深度进行估算：其中含水层的给水度取0.17，基坑总开挖面积为7.5万平米，降水深度17.5m。

涌水量=0.17*7.5*103*17.5=229820m3

②单井出水量。

基坑内降水采用无砂混凝土滤管，滤管R=400mm，设计井深26.0m，配置潜水泵（10m3/h），单口管井流量=10*24=240m3/d

③坑内疏干井数量计算。

坑外降水井数量（n）=涌水量（Qd）/单口管井流量（qwt）n=229820/240*10=95，水井数考虑1.2储备系数及观察井，共设置114口。

4 实际降水效果

现场根据基坑降水方案实施后发现水位很快被降至-10m左右，到-10m后一直上下浮动，水位无法继续下降，达不到开挖条件，前期因为工期紧，土方开挖和降水作业同时施工，土方开挖至-10m位置开始出现明水，继续下挖发现2层粉质粘土隔水层如图1。

5 隔水层

隔水层是指透水性能差的岩层和土层。一般由致密的岩石或黏土构成，由于空隙小，重力水流不能透过的土层或岩层。如粘土、重亚粘土以及致密完整的页岩、火成岩、变质岩等。

根据现场土方开挖实际情况发现交通中心土方开挖至-10深度时，遇隔水層导致重力水流不能透过土层，形成含水层，土方开挖无法继续施工。根据现场情况，隔水层（粉质粘土）共有两层，两层隔水层厚度均为40-50cm厚，隔水层中间为70-80cm粉砂含水层，隔水层下方为粉砂层如图1。

根据现场地质分布和水位情况分析，土方开挖至-10m深度水源补给来自于两层隔水层中间的含水层，含水层厚度0.8m，按75%含水率计算整个基坑此含水层含水量约30000m3。土方开挖穿过含水层时形成水源补给，无法继续开挖。

降水井在遇到隔水层后无法形成理论降水曲线模型，实际情况是降水曲线被隔水层分割成两个重复的曲线且存在很多盲区，大大增加了含水层潜水通过渗透作用到达降水漏斗覆盖区域的时间，导致水位下降慢，降水效果差。

两层隔水层之间的含水层因渗透系数几乎为零，无法通过渗透作用被降水井抽排至坑外，土方开挖时形成明水，阻碍土方开挖施工。（图2）

6 处理方法

根据降水要求，水位必须降至结构底板以下1.5m，遇隔水层导致重力水流不能透过粉质粘土到达含水层，必须将两层隔水层同时破坏后使含水层的水自然渗透到隔水层下方粉砂层，通过疏干井抽排出基坑外，保证土方继续开挖。

由于降水方案安全系数取值过于理想化，降水井数量过少，井位间距过大，需要破坏隔水层面积较多，根据以上情况，现场采取局部增加降水井数量后，将隔水层按20m网格进行开挖（宽2m），开挖后用附近原有基坑细砂换填，降基坑内整个隔水层破坏，保证保证重力水流能够渗透到下方含水层后通过降水井排出坑外，另外换填时必须将所挖的沟槽填充平整、密实，保证土方开挖作业车辆不受影响。如图3。

7 实测结果及分析

本基坑监测项目基于主要监测对象分析，结合现场实际环境，具体监测内容包括：坑外潜水水位监测；坑外地表沉降；周边3倍开挖深度的建筑物、高架设施、管线设施等的监测。各监测项目现场布设数量统计如下：地面沉降观测断面，共24个断面（每个断面8个监测点）；坑外潜水水位监测，共26口。全过程安全监测降水和土方开挖。（表3）

根据监测数据统计显示，地表沉降最大速率-0.64mm，累计变化量

-3.84mm、建筑物沉降符合规范要求，坑内水位稳定控制在基坑底板以下2m范围，说明基坑降水方案合理、可靠。

8 结语

通过对隔水层的破坏，使两层隔水层中间含水层的水能够通过破坏处渗透至下方含水层，再通过降水井抽排出基坑，地表沉降及周边建筑物沉降控制在规范要求范围；水位稳定控制在底板以下1.5m范围；确保基坑安全；施工造价仅为挖机燃油费用，隔水层破坏换填施工是在挖机装车空隙时间进行的。

随着我国经济的迅速发展，城市规模的不断扩大，对地下空间的开发利用也不断增强，深基坑工程越来越多，基坑土方开挖与支护过程中，出现局部地质变异性大（本项目出现大面积隔水层）、局部流砂或涌水、积水现象也是在所难免，降排水方案应提前充分考虑相应的应急预案或处理措施，应变突发情况，降排水应急措施是否合理在很大程度上是决定深基坑施工技术方案是否成功的主要因素之一。

参考文献：

[1]王君.深基坑降水方案的选型与实施[J].山西建筑.

[2]李灵波.探析建筑工程施工中的基坑降水技术[J].城市建设理论研究.

[3]李金轩.基坑井点降水工程的优化设计[J].勘察科学技术，1994（05）.