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摘要：以西安某地铁车站深基坑降水工程为例，结合工程地质及水文地质条件，确定基坑降水的设计参数，介绍了深基坑降水的计算方法和设计方案，总结了降水施工时应考虑的因素以及工程主要施工技术要点，本文相关方法和设计方案可为类似的工程提供参考。
关键词：地铁站；深基坑；降水设计
中图分类号：TU46+3文献标识码：B文章编号：
1前言
基坑降水是深基坑工程施工中的一项重要技术措施，它能起到挥发土壤中的水分，促使土體固结，提高土体强度，改善施工条件和缩短工期的作用。降水技术作为一种经济有效的技术手段在全国各地普扁应用和推广。由于各地各区域的工程地质、水文条件不尽相同，因此基坑降水设计、具体施工工艺也有所区别，由于深基坑工程具有技术难度高、不可预见的因素多等特点，对深基坑进行降水施工设计，应考虑如何结合地质水文情况，认真考虑降水施工时相关因素以及结合这些因素拟定工程施工要点。本文结合西安某地铁车站工程，详细介绍了本工程深基坑降水技术，为类似的工程提供相关的经验。
2工程概况及工程环境
2.1工程概况
拟建车站位于某城市主干道十字交叉处，沿东西向敷设，周围以商业建筑为主，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。拟建车站基坑长216.0m、宽20.5m(标准段)，深一般16.55～16.7m，西端南侧深约10.0m，东端深约17.2～18.8m。车站覆土约3.2～3.9m。
本工程基坑采用钻孔灌注桩和内支撑支护，钻孔灌注桩间设单根二重管旋喷桩止水帷幕，内侧喷射混凝土面层防护。拟建工程车站交通较为繁忙，车流量较大，故采用盖挖顺筑法施工。车站平面图见图1.
图1地铁站平面布置图
2.2工程地质及水文条件
拟建场地地形平坦。地貌单元属于黄土梁洼。地层结构及描述如下
1-1层杂填土
主要路面及路基组成，较密实，全场地分布。层厚0.60～1.20m，层底深度0.60～1.20m，层底标高406.40～408.43m。
1-2层素填土
主要由黏性土组成，含白灰渣及少量砖瓦碎块，疏密不均。基本均有分布。层厚1.20～4.30m，层底深度1.80～5.00m，层底标高402.91～406.53m。
3-1-1层新黄土
褐黄色，大孔、虫孔发育，见蜗牛壳碎片，可塑状态，属高压缩性土，具湿陷性。层厚0.50～2.50m，层底深度2.50～3.50m，层底标高403.95～405.94m。
3-1-2层饱和软黄土
褐黄色，大孔、虫孔发育，见少量白色钙质条纹及蜗牛壳碎片，属高压缩性土，软塑，局部流塑；，属饱和软黄土。层厚7.00～10.00m，层底深度11.00～13.00m，层底标高394.60～397.42m。
3-2-2层古土壤
红褐色，具针状孔隙，含多量白色钙质条纹及结核，团粒结构，底部结核富集成30cm左右硬层。可塑状态，属中压缩性土。层厚3.50～5.40m，层底深度16.00～16.80m，层底标高391.05～392.73m。
4-1-2层老黄土
褐黄色，具针状孔隙，含少量钙质结核，见蜗牛壳碎片，可塑状态。钻探中缩孔，属中压缩性土。层厚3.90～7.40m，层底深度20.40～23.70m，层底标高385.33～387.20m。
4-4层粉质黏土
灰黄色，含钙质及铁锰质结核，可塑状态，属中压缩性土。最大揭露厚度16.50m。夹中砂薄层。
4-7层中砂
灰黄色，长石—石英质，级配不良，表层含粉土，饱和，密实。层厚0.90～1.80m。
钻探揭露的场地地下水属潜水类型，车站工程勘察钻孔内量测的稳定水位埋深4.20～5.00m，相应标高402.95～404.00m。勘察期属近低水位期，据西安市多年水位观测资料，拟建场地低水位期为7～9月，高水位期为12月至翌年3月。水位年变幅2m左右。根据勘察结果，场地新黄土、饱和软黄土渗透系数为8m/d、古土壤为7m/d、老黄土和粉质粘土为5m/d、中砂为25m/d。根据有关资料及地区经验，拟建场地45m深度内含水层的综合渗透系数可按7～10m/d考虑。
3.降水方案设计
3.1降水方法及设计参数
根据拟建场地水文地质条件及本工程特点，本工程基坑降水采用基坑内管井降水法。
基坑长宽L×B = 216.0m×20.5m（标准段）； 基坑深度一般16.7m（西端南侧10.0m，东端按18.5m）；地下水位深度4.0m；基坑水位控制深度18.5m，即水位降深S=14.5m；
含水层厚度H=38.0m；
含水层综合渗透系数取K=8m/d；
降水井从自然地面起算深度45.0m（基坑西端南侧深度30.0m），成井直径800mm；
降水井井管（过滤器）直径600mm，即0.3m；沉淀管长度取2～3m；
降水井设计动水位深度30.0m，其井水位降深按SW=20.0m考虑，水跃值6m；
降水影响半径=505.63m
采用等代大井法时，基坑等代大井半径：
（取1.08），基坑引用影响半径=569.49m，各井等流量抽水，单井（水泵）出水量按600m3/d考虑。
3.2 设计计算
（1）基坑降水量估算
①按等代大井方法计算：
②按条形基坑方法计算：
（2）井数及干扰井群出水量（井数：24个）
出水量计算：
，…—计算井到其它各井的距离（m）
（3）基坑水位检验
，…—计算点到各井的距离（m）
（4）计算结果分析
按照上述两种计算方法对基坑标准段分别进行基坑涌水量、干扰井群涌水量估算及基坑中心水位降深检验。计算结果见表1：
表1 标准段降水设计计算结果表
根据上表计算结果可知：
> 满足要求
> 满足要求
可以看出：本基坑标准段总体呈长条形（L/B=10.54），基坑中心点计算降深较大，两端边线中点处较小。
4降水方案
（1）降水井布置及数量：
主要沿基坑边线内侧布设降水井，降水井距离坑边2～2.5m，井间距一般约19.2m。
（2） 降水井结构
钻井口径： 800mm；成井深度：45m、西端南侧2口30m（下部沉淀管长度2～3m）；井管类型与规格：采用水泥井管（无砂水泥砾石滤水管及细砾混凝土隔水管），内径500mm、外径600mm；滤水管孔隙率不小于15%；井管固定与连接：井管采用竹片铁丝绑扎固定；在自然水位下，接头采用不少于2层60目塑料滤网包裹封缠；管外滤料规格：采用3～5mm泾河天然砾石，填砾厚度8～12cm。水泵采用潜水泵，流量20～30m3/ｈ，扬程＞35m。降水井结构如图2。
图2降水（观测、回灌）井结构示意图
（3）观测孔
为了随时掌握主体基坑水位变化，在基坑内设置6个观测孔，基坑外设置8个观测孔。观测孔采用Φ50-108mm PVC管，深度25～30m。观测孔布置与结构详见附图1～2、附图3。
（4）回灌井
为了防止降水引起周围临近建筑物沉降过大或不均匀沉降，作为安全预案在建筑物与基坑之间适当位置设置地下水回灌井，根据需要进行地下水回灌，以期达到控制建筑物沉降和延缓、减小不均匀沉降的目的。本工程降水沿基坑长度方向均匀布置回灌井24口，设计井深20m、井径800mm。回灌井的结构详见图2。
（5）排水
本工程降水排放应远离基坑，宜沿基坑南侧设置集水总管排水或结合地面排水设置排水沟槽，在东端或西端设置集水池，各井抽出的水应经集水池沉淀后排入市政雨水管网。排水管可采用150～250mm钢管。
5 降水井、观测孔及回灌井施工
5.1 降水井施工时间安排
拟建工程施工采用盖挖顺筑法，根据主体施工安排和步骤，降水井施工应分两次，并在基坑开挖和铺盖前完成：
第一次：在北侧围护桩、冠梁施工后，开挖和铺设临时道路之前施工北侧降水井；
第二次：在南侧围护桩、冠梁施工后，开挖和铺设临时道路之前施工南侧降水井。
5.2 降水井施工及质量要求
（1）降水井钻井机械可采用旋挖钻机或锅锥钻机，清水钻进，成井井身应圆正、垂直；
（2）井管安装采用托盘下管法，井管应接口平整、内壁光滑，保证下入井管接头连接固定牢固、垂直居中；井管应高出地面0.3～0.5m，井底应封闭；
（3）为防止井壁坍塌，投填砾料方法采用静水填砾法，砾石沿井管四周均匀连续缓慢投入，防止中途堵塞；
（4）下管投砾后应及时洗井，洗井方法可采用污水泵抽洗，洗井必须充分，基本达到水清砂净。
5.3 观测孔施工
观测孔施工宜与分次施工的降水井同步进行。
观测孔可采用工程钻机成孔。成孔直径150mm，基坑内孔深30m，基坑外孔深25m。成孔后下入φ50-108mmPVC管，测管入水段打眼缠网并投入3～8mm的砾石。有条件时采用微型泵抽水洗孔。因本站为全覆盖施工，坑外道路上的观测孔宜做成下埋式。
5.4 回灌井施工
回灌井施工宜在降水工作开展前完成。
回灌井可采用锅锥钻机成井。井深20m，井径800mm；其井的结构与降水井相似，成井施工工艺参照降水井进行。回灌井多位于人流较多地段，应做好井口封闭与防护，设立警示标志，最好做成下埋式，以保证行人安全。
6 降水工作实施
6.1降水起止时间
根据西安地区经验和本工程具体情况，本工程降水工作宜在基坑开挖接近地下水位土层及水位以下土层提前15～20天开始，降水效果明显后进行土方开挖；在建筑物主体施工到一定程度，其上部结构荷重（包括板、梁结构强度）足以平衡地下水对建筑物的浮力方可停止降水。
6.2降水过程水位、水量控制
（1）在降水工作启动之前，应测量各降水井及观测孔的水位。降水抽水启动后，宜对抽水井每隔1小时或2小时测一次水位，水位趋于稳定后可每台班测量一次；对观测孔宜每台班测水位不少于一次。
（2）应控制基坑内的地下水位在基坑底面下约1.5m以下。当降水井中的水位已基本稳定尚不能达到水位设计水位时，应更换水泵、加大水泵出水量，以达到设计值；当降水井中的水位已深于设计水位尚不能趋于稳定（不断下降）时，宜减小出水量，防止水泵吊空。
（3）为了延缓施工降水引起的地面和周围临近建筑物的不均匀沉降，本工程降水建议采用慢速降低水位的方法，即降水分阶段进行，根据周边建筑物沉降变形情况逐步降低水位深度。
6.3 降水系统的维护和管理
本工程降水井设在基坑内，应加强对降水井的看管和保护，降水井处应设立醒目标志，井口应加盖、围栏，并应有专人看管；机械开挖土方应与降水井保持一定距离，井管外保留0.5m宽度的土方改用人工挖除；钢支撑安装也应与降水井（管）保持距离；严禁各种机械碰撞井管，確保降水井（管）不损坏。
随着基坑开挖深度的增加，应将降水井管逐节拆除，并将出水泵管避开内支撑位置架空固定牢固。
7结语
（1）由于含水层的不匀质性，导致其参数都是随机变量，且变异性较大，水文地质抽水试验参数的应用在降水设计时尚有其局限性。因此，正确选择设计参数在方案设计中是非常重要的。
（2）降水对周围环境的影响，是由于土壤内地下水流失造成的。若降水作业因降水导致围护结构外侧失水过多，影响到周边建筑物稳定时，应采用井点回灌技术补充基坑外侧地下水。降水运行过程中应根据基坑开挖方案、水位监测信息、开挖进度有序启动降水井点，控制降水运行成本，避免引起周边地层的过大不均匀沉降，以减小对周边环境的影响。
参考文献
[1]王先智,董玉林,张树林. 大型地铁站深基坑降水施工技术研究[J]. 吉林地质,2008(9).
[2]刘均红,张保圆,冯超.地铁车站深基坑坑内降水方案设计[J].铁道勘察，2009(1).
[3]汪其泉,王志和.某地铁站深基坑降水施工设计[J]. 浙江建筑, 2009 (2).
[4]黄文亮.武汉地铁范湖站深基坑降水技术应用[J]. 隧道建设.2009(2).
[5]姚天强,石振华.基坑降水手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2006.
[6] 郭爱侠.西安地铁二号线北客站基坑降水工程单井多落程抽水试验研究[J].中国水运, 2008, 8(6).
关键词：地铁站；深基坑；降水设计
中图分类号：TU46+3文献标识码：B文章编号：
1前言
基坑降水是深基坑工程施工中的一项重要技术措施，它能起到挥发土壤中的水分，促使土體固结，提高土体强度，改善施工条件和缩短工期的作用。降水技术作为一种经济有效的技术手段在全国各地普扁应用和推广。由于各地各区域的工程地质、水文条件不尽相同，因此基坑降水设计、具体施工工艺也有所区别，由于深基坑工程具有技术难度高、不可预见的因素多等特点，对深基坑进行降水施工设计，应考虑如何结合地质水文情况，认真考虑降水施工时相关因素以及结合这些因素拟定工程施工要点。本文结合西安某地铁车站工程，详细介绍了本工程深基坑降水技术，为类似的工程提供相关的经验。
2工程概况及工程环境
2.1工程概况
拟建车站位于某城市主干道十字交叉处，沿东西向敷设，周围以商业建筑为主，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。拟建车站基坑长216.0m、宽20.5m(标准段)，深一般16.55～16.7m，西端南侧深约10.0m，东端深约17.2～18.8m。车站覆土约3.2～3.9m。
本工程基坑采用钻孔灌注桩和内支撑支护，钻孔灌注桩间设单根二重管旋喷桩止水帷幕，内侧喷射混凝土面层防护。拟建工程车站交通较为繁忙，车流量较大，故采用盖挖顺筑法施工。车站平面图见图1.
图1地铁站平面布置图
2.2工程地质及水文条件
拟建场地地形平坦。地貌单元属于黄土梁洼。地层结构及描述如下
1-1层杂填土
主要路面及路基组成，较密实，全场地分布。层厚0.60～1.20m，层底深度0.60～1.20m，层底标高406.40～408.43m。
1-2层素填土
主要由黏性土组成，含白灰渣及少量砖瓦碎块，疏密不均。基本均有分布。层厚1.20～4.30m，层底深度1.80～5.00m，层底标高402.91～406.53m。
3-1-1层新黄土
褐黄色，大孔、虫孔发育，见蜗牛壳碎片，可塑状态，属高压缩性土，具湿陷性。层厚0.50～2.50m，层底深度2.50～3.50m，层底标高403.95～405.94m。
3-1-2层饱和软黄土
褐黄色，大孔、虫孔发育，见少量白色钙质条纹及蜗牛壳碎片，属高压缩性土，软塑，局部流塑；，属饱和软黄土。层厚7.00～10.00m，层底深度11.00～13.00m，层底标高394.60～397.42m。
3-2-2层古土壤
红褐色，具针状孔隙，含多量白色钙质条纹及结核，团粒结构，底部结核富集成30cm左右硬层。可塑状态，属中压缩性土。层厚3.50～5.40m，层底深度16.00～16.80m，层底标高391.05～392.73m。
4-1-2层老黄土
褐黄色，具针状孔隙，含少量钙质结核，见蜗牛壳碎片，可塑状态。钻探中缩孔，属中压缩性土。层厚3.90～7.40m，层底深度20.40～23.70m，层底标高385.33～387.20m。
4-4层粉质黏土
灰黄色，含钙质及铁锰质结核，可塑状态，属中压缩性土。最大揭露厚度16.50m。夹中砂薄层。
4-7层中砂
灰黄色，长石—石英质，级配不良，表层含粉土，饱和，密实。层厚0.90～1.80m。
钻探揭露的场地地下水属潜水类型，车站工程勘察钻孔内量测的稳定水位埋深4.20～5.00m，相应标高402.95～404.00m。勘察期属近低水位期，据西安市多年水位观测资料，拟建场地低水位期为7～9月，高水位期为12月至翌年3月。水位年变幅2m左右。根据勘察结果，场地新黄土、饱和软黄土渗透系数为8m/d、古土壤为7m/d、老黄土和粉质粘土为5m/d、中砂为25m/d。根据有关资料及地区经验，拟建场地45m深度内含水层的综合渗透系数可按7～10m/d考虑。
3.降水方案设计
3.1降水方法及设计参数
根据拟建场地水文地质条件及本工程特点，本工程基坑降水采用基坑内管井降水法。
基坑长宽L×B = 216.0m×20.5m（标准段）； 基坑深度一般16.7m（西端南侧10.0m，东端按18.5m）；地下水位深度4.0m；基坑水位控制深度18.5m，即水位降深S=14.5m；
含水层厚度H=38.0m；
含水层综合渗透系数取K=8m/d；
降水井从自然地面起算深度45.0m（基坑西端南侧深度30.0m），成井直径800mm；
降水井井管（过滤器）直径600mm，即0.3m；沉淀管长度取2～3m；
降水井设计动水位深度30.0m，其井水位降深按SW=20.0m考虑，水跃值6m；
降水影响半径=505.63m
采用等代大井法时，基坑等代大井半径：
（取1.08），基坑引用影响半径=569.49m，各井等流量抽水，单井（水泵）出水量按600m3/d考虑。
3.2 设计计算
（1）基坑降水量估算
①按等代大井方法计算：
②按条形基坑方法计算：
（2）井数及干扰井群出水量（井数：24个）
出水量计算：
，…—计算井到其它各井的距离（m）
（3）基坑水位检验
，…—计算点到各井的距离（m）
（4）计算结果分析
按照上述两种计算方法对基坑标准段分别进行基坑涌水量、干扰井群涌水量估算及基坑中心水位降深检验。计算结果见表1：
表1 标准段降水设计计算结果表
根据上表计算结果可知：
> 满足要求
> 满足要求
可以看出：本基坑标准段总体呈长条形（L/B=10.54），基坑中心点计算降深较大，两端边线中点处较小。
4降水方案
（1）降水井布置及数量：
主要沿基坑边线内侧布设降水井，降水井距离坑边2～2.5m，井间距一般约19.2m。
（2） 降水井结构
钻井口径： 800mm；成井深度：45m、西端南侧2口30m（下部沉淀管长度2～3m）；井管类型与规格：采用水泥井管（无砂水泥砾石滤水管及细砾混凝土隔水管），内径500mm、外径600mm；滤水管孔隙率不小于15%；井管固定与连接：井管采用竹片铁丝绑扎固定；在自然水位下，接头采用不少于2层60目塑料滤网包裹封缠；管外滤料规格：采用3～5mm泾河天然砾石，填砾厚度8～12cm。水泵采用潜水泵，流量20～30m3/ｈ，扬程＞35m。降水井结构如图2。
图2降水（观测、回灌）井结构示意图
（3）观测孔
为了随时掌握主体基坑水位变化，在基坑内设置6个观测孔，基坑外设置8个观测孔。观测孔采用Φ50-108mm PVC管，深度25～30m。观测孔布置与结构详见附图1～2、附图3。
（4）回灌井
为了防止降水引起周围临近建筑物沉降过大或不均匀沉降，作为安全预案在建筑物与基坑之间适当位置设置地下水回灌井，根据需要进行地下水回灌，以期达到控制建筑物沉降和延缓、减小不均匀沉降的目的。本工程降水沿基坑长度方向均匀布置回灌井24口，设计井深20m、井径800mm。回灌井的结构详见图2。
（5）排水
本工程降水排放应远离基坑，宜沿基坑南侧设置集水总管排水或结合地面排水设置排水沟槽，在东端或西端设置集水池，各井抽出的水应经集水池沉淀后排入市政雨水管网。排水管可采用150～250mm钢管。
5 降水井、观测孔及回灌井施工
5.1 降水井施工时间安排
拟建工程施工采用盖挖顺筑法，根据主体施工安排和步骤，降水井施工应分两次，并在基坑开挖和铺盖前完成：
第一次：在北侧围护桩、冠梁施工后，开挖和铺设临时道路之前施工北侧降水井；
第二次：在南侧围护桩、冠梁施工后，开挖和铺设临时道路之前施工南侧降水井。
5.2 降水井施工及质量要求
（1）降水井钻井机械可采用旋挖钻机或锅锥钻机，清水钻进，成井井身应圆正、垂直；
（2）井管安装采用托盘下管法，井管应接口平整、内壁光滑，保证下入井管接头连接固定牢固、垂直居中；井管应高出地面0.3～0.5m，井底应封闭；
（3）为防止井壁坍塌，投填砾料方法采用静水填砾法，砾石沿井管四周均匀连续缓慢投入，防止中途堵塞；
（4）下管投砾后应及时洗井，洗井方法可采用污水泵抽洗，洗井必须充分，基本达到水清砂净。
5.3 观测孔施工
观测孔施工宜与分次施工的降水井同步进行。
观测孔可采用工程钻机成孔。成孔直径150mm，基坑内孔深30m，基坑外孔深25m。成孔后下入φ50-108mmPVC管，测管入水段打眼缠网并投入3～8mm的砾石。有条件时采用微型泵抽水洗孔。因本站为全覆盖施工，坑外道路上的观测孔宜做成下埋式。
5.4 回灌井施工
回灌井施工宜在降水工作开展前完成。
回灌井可采用锅锥钻机成井。井深20m，井径800mm；其井的结构与降水井相似，成井施工工艺参照降水井进行。回灌井多位于人流较多地段，应做好井口封闭与防护，设立警示标志，最好做成下埋式，以保证行人安全。
6 降水工作实施
6.1降水起止时间
根据西安地区经验和本工程具体情况，本工程降水工作宜在基坑开挖接近地下水位土层及水位以下土层提前15～20天开始，降水效果明显后进行土方开挖；在建筑物主体施工到一定程度，其上部结构荷重（包括板、梁结构强度）足以平衡地下水对建筑物的浮力方可停止降水。
6.2降水过程水位、水量控制
（1）在降水工作启动之前，应测量各降水井及观测孔的水位。降水抽水启动后，宜对抽水井每隔1小时或2小时测一次水位，水位趋于稳定后可每台班测量一次；对观测孔宜每台班测水位不少于一次。
（2）应控制基坑内的地下水位在基坑底面下约1.5m以下。当降水井中的水位已基本稳定尚不能达到水位设计水位时，应更换水泵、加大水泵出水量，以达到设计值；当降水井中的水位已深于设计水位尚不能趋于稳定（不断下降）时，宜减小出水量，防止水泵吊空。
（3）为了延缓施工降水引起的地面和周围临近建筑物的不均匀沉降，本工程降水建议采用慢速降低水位的方法，即降水分阶段进行，根据周边建筑物沉降变形情况逐步降低水位深度。
6.3 降水系统的维护和管理
本工程降水井设在基坑内，应加强对降水井的看管和保护，降水井处应设立醒目标志，井口应加盖、围栏，并应有专人看管；机械开挖土方应与降水井保持一定距离，井管外保留0.5m宽度的土方改用人工挖除；钢支撑安装也应与降水井（管）保持距离；严禁各种机械碰撞井管，確保降水井（管）不损坏。
随着基坑开挖深度的增加，应将降水井管逐节拆除，并将出水泵管避开内支撑位置架空固定牢固。
7结语
（1）由于含水层的不匀质性，导致其参数都是随机变量，且变异性较大，水文地质抽水试验参数的应用在降水设计时尚有其局限性。因此，正确选择设计参数在方案设计中是非常重要的。
（2）降水对周围环境的影响，是由于土壤内地下水流失造成的。若降水作业因降水导致围护结构外侧失水过多，影响到周边建筑物稳定时，应采用井点回灌技术补充基坑外侧地下水。降水运行过程中应根据基坑开挖方案、水位监测信息、开挖进度有序启动降水井点，控制降水运行成本，避免引起周边地层的过大不均匀沉降，以减小对周边环境的影响。
参考文献
[1]王先智,董玉林,张树林. 大型地铁站深基坑降水施工技术研究[J]. 吉林地质,2008(9).
[2]刘均红,张保圆,冯超.地铁车站深基坑坑内降水方案设计[J].铁道勘察，2009(1).
[3]汪其泉,王志和.某地铁站深基坑降水施工设计[J]. 浙江建筑, 2009 (2).
[4]黄文亮.武汉地铁范湖站深基坑降水技术应用[J]. 隧道建设.2009(2).
[5]姚天强,石振华.基坑降水手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2006.
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