沿海富水地层地下车站基坑降水试验及监测数据分析

摘要：富水地层中深基坑开挖降水施工难度大，提出适宜该环境的深基坑降水施工工法具有重要意义．结合天津富水地层某地铁车站深基坑开挖降水介绍了富水深基坑固定式井管自动降水施工方法．针对该工程的资料数据，阐述降水方案、井管布置、降水施工运行等，最后通过实时监测数据分析验证降水工法的有效性．该工法不仅成功降低该基坑施工过程中地层承压水水头，减小降水影响，同时为类似工程提供一定参考价值．

关键词：基坑降水；数据监测；深基坑开挖。

1.工程概况

柴楼站位于北辰区京津公路与庄园北道交口，沿京津公路西侧南北走向敷设，为地下二层岛式站台车站，站台宽度12m，车站有效站台中心里程右DK4+253.103，起讫里程为：右DK4+29.703～右DK4+386.203。主体规模356.5m×20.7m（结构外皮）。车站线路平面为直线，纵向沿线路方向由小里程端向大里程端2‰降坡。

车站站台中心处顶板覆土约3.0m。主体基坑标准段开挖深度约17.51m，泵房集水坑局部开挖深度约18.31m，宽度为20.7m；盾构段开挖深度约为19.21m，宽度约为24.9m。车站主体均采用明挖法施工，本站主体基坑采用明挖顺作法施工，围护结构体系为地连墙+内支撑，由于庄园北道不能断交，计划主体结构分两期施工，先施工庄园北道北侧车站，北侧主体顶板施工完成并达到设计强度后在分界处修筑临时挡土墙并进行覆土，修筑临时道路，然后施工庄园北道南侧车站，凿除封堵墙，完成后拆除临时挡土墙并恢复路面。待主体结构施工完毕后，方可开挖附属结构基坑及施工盾构区间。

2.工程难点及应对措施

2.1本工程重点及难点分析

第一基坑地层结构复杂，承压含水层分布不连续，止水帷幕虽隔断第一承压含水层，但一期基坑第一、第二承压含水层隔水层较薄，二期基坑第一、第二承压含水层存在局部连通的现象，且第一承压含水层水位靠近基坑开挖面附近，故对于承压水的合理有效控制是工程的重点。第二根据基坑开挖工期，车站主体基坑分为两期进行施工，如何保证基坑分期降水是本工程的重点。第三如何有效地发现并应对基坑围护结构对应含水层位置的渗漏，是本工程降水控制的重点。第四如何降低坑内降水对坑外环境的影响，是本工程的难点。第五对坑内是否存在勘察孔进行排查，封堵不当容易导致潜水与深层承压水串通。加大了后期基坑降水施工及运行控制难度。

2.2应对措施

基坑降水方案应结合地质条件以及基坑围护结构形式综合考虑。本工程降水整体思路采用坑内疏干降水方案，坑外设置一定数量的观测井，及时掌握坑内外水位变化情况。应对以上重点、难点具体降水措施有以下几点：

考虑围护结构可能存在对应含水层位置渗漏对于基坑的不利影响，基坑外侧分别设置潜水和各承压水观测井，重点考虑将观测井设置在周边环境复杂区域以及围护结构施工中可能存在薄弱的位置，密切关注坑外潜水和承压水水位变化，指导坑内降水施工。

考虑基坑地层结构复杂，承压含水层分布不连续，且第一、第二承压含水层存在局部连通的现象，且第一承压含水层水位靠近基坑开挖面附近，针对该情况建议：①坑内降水井采用钢管井，便于井的保护 ②适当增加降水井深度，对第一承压水进行疏干处理③每一步土层开挖前建议加长预降水时间，且适当辅以明排措施，达到降水效果。通过以上措施来保证降水效果。

根据基坑开挖工期，车站主体基坑分为两期进行施工，降水设计将分别进行计算，基坑降水运行，应结合基坑开挖分区严格执行按需降水。降水井施工结束后，应进行降水试验，通过降水试验，制定合理的后期降水运行方案。降水运行过程中，密切关注坑内降水井运行状况。对坑内外各井内水位、出水量进行观测，若发现降水井出水量及水位异常，及时进行分析。降水过程中加强监测，通过监测数据及时调整基坑降水运行情况。在基坑降水过程中增加预降水时间，且适当辅以明排措施，达到降水效果。严禁在基坑内设置取水深井，施工前对设置在基坑内的勘探孔进行排查，对既有勘探孔进行有效的封堵。

3.监测监控措

3.1水位监测

1.监测方法及频率

地下水水位测量主要是通过水位观测孔进行，降水工程中设置水位观测孔是必要的，同时可以通过备用的降水井和未抽水的降水井进行水位观测，其中地下水静止水位的观测十分重要，在完成成井施工后，应在一段时间后测量地下水静止水位，该水位是降水程序中一个重要参数。同时正式抽水运行后，分别利用基坑内外布设的单独水位观测井，每天固定时间段采用人工监测水位的方法测量开挖过程中基坑内外的水位变化，若有条件可对坑内外部分观测井放置水位探头进行无线自动采集监测对地下水进行实时监控。

地下水水位测量一般通过常用的电子水位计进行测量，本工程项目水位监测频率应按照下表执行。

当出现下列情况之一时，应提高观测频率：①基坑外地下水位监测数据变化速率或累计值达到设计要求的报警值；②坑底土出现渗透破坏的预兆；③单井或总流量出现突变；④止水帷幕出现漏水现象。

3.2抽水量的监测

配备流量表，每天应定时测定井的出水量，根据运转的井的数量和时间确定每天抽取地下水的总量。每天测量的次数应根据井出水量稳定的情况确定，每天可进行1～4次。

3.3含砂率的监测

（1）把抽出的地下水充至测管上标有“MUD”字样的刻线处，堵死管口并静置。

（2）待砂子沉淀后，读出砂子的百分含量。

（3）将仪器清洗并擦干，收入箱内。

3.4试验安排

试验具体分单井试验和群井试验两部分进行。具体试验安排如下：

1）单井试验

选取北侧基坑内1口降水井S1-2进行单井试验，试验期间将抽水井水位降至井底，同步观测抽水井周边降水井水位变化情况及出水量情况。单井试验抽水持续时间1天，恢复水位观测1天。

2）群井试验

群井试验结合基坑开挖深度，群井降水试验分三步进行：

第一步：降水井水泵放置深度为地面下15m。选取北侧基坑内2口降水井S1-7（25m）、S1-22（25m）作为观测井，同步观测坑外各观测井水位变化情况，同时记录各抽水井出水量。抽水持续时间抽水持续2天。

第二步：基坑抽水井水泵放置深度调整至井底，同步观测坑内预留水位观测井及坑外各观测井水位变化情况，同时记录各抽水井出水量。抽水持续时间抽水持续2天。

第三步：试验结束后进行2天的水位恢复试验，对各井水位进行恢复统计，频率与开始抽水观测频率一致。

4.实验过程及数据分析

4.1单井试验

选取北侧基坑内1口降水井S1-2进行单井试验，试验期间将S1-2水泵放至井底，同步观测抽水井周边降水井水位变化情况及出水量情况。单井试验抽水1天，水位恢复1天。

试验情况如下：1）单井试验期间，S1-2号井抽水阶段后期稳定流量5.86m3/h。

单井试验期间，S1-2动水位逐步下降，随后稳定在20.5m左右。随着时间的逐步延长坑内相邻疏干井水位下降明显，降深在6.25m～9.18m。S1-2停止运行后，坑内水位观测井水位同步回升，且回升速率较快，基本在6小时左右水位便恢复80%。

2）单井试验期间，坑内水位观测井水位变化与运行井有直接关系，验证了基坑降水井设置间距满足要求。同时也证明了运行疏干井成井质量良好，满足设计要求。通过单井试验坑外观测井数据对比分析，单井试验期间，潜水观测井水位降深为0.01～0.4m。第一承压水观测井水位降深为0.07～0.37m。第二承压水观测井水位降深为0.05～0.08m。通过数据分析，单井试验期间坑外观测井水位变化稳定，无异常情况发生。

4.2群井试验

群井试验结合基坑开挖深度，基坑群井降水试验分三步进行：第一步：降水井水泵放置深度为地面下15m。选取北侧基坑内2口降水井S1-7（25m）、S1-22（25m）作为观测井，同步观测坑外各观测井水位变化情况，同时记录各抽水井出水量。抽水持续时间抽水持续2天。第二步：基坑抽水井水泵放置深度调整至井底，同步观测坑内预留水位观测井及坑外各观测井水位变化情况，同时记录各抽水井出水量。抽水持续时间抽水持续2天。第三步：试验结束后进行2天的水位恢复试验，对各井水位进行恢复统计，频率与开始抽水观测频率一致。试验情况如下：1）疏干井持续运行4天时间，疏干井水位下降至20.3～28.7m左右位置，在随后的持续运行过程中疏干井动水位基本保持稳定。2）群井试验期间坑内水位观测井水位随疏干井水位下降，S1-7水位逐步下降至19.3m深度，S1-22水位逐步下降至20.1m深度。S1-7/S1-22疏干观测井水位降深正常，水位已降至基底以下1m。

3）群井试验期间，基坑东侧因排水沟存在地下渗漏情况，导致东侧部分坑外潜水观测井水位呈整体小幅上升，基坑西侧坑外潜水观测井水位群井试验期间有所下降，下降幅度在0.16～0.87m之间。

通过群井试验坑外承压水水位数据分析，坑外第一承压水下降幅度在0.16～0.95m之间，第二承压水下降幅度在0.02～1.05m之间。群井试验后期基坑疏干井稳定流量约1.52-2.73m3/h。

5.试验结论

（1）通过单井试验数据可以看出，降水井成井质量良好，出水量正常，降水井设置间距满足要求。

（2）通过群井试验，疏干井降水运行能够降至坑底以下1m，坑内降水井的布置能够满足基坑开挖要求。

（3）在整体降水试验期间，基坑东侧因排水沟存在地下渗漏情况，导致东侧部分坑外潜水观测井水位呈整体小幅上升，后期需针对排水沟进行适当处理，防止影响后续水位观测分析情况。

（4）在群井试验期间，坑外潜水观测井水位下降幅度在0.16～0.87m之间，坑外第一承压水下降幅度在0.16～0.95m之间，第二承压水下降幅度在0.02～1.05m之间。

（5）通过试验期间坑外地表沉降及建筑物沉降等监测数据分析，基坑降水对周边影响环境可控。

（6）通过群井试验，目前基坑周边排水系统通畅良好，满足基坑降水要求。

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