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【摘要】基坑降水是基坑工程中的重要内容，合理选取水文地质参数是基坑降水设计与施工的基础，对降水效果的预估是基坑降水成败的关键，降水试验是解决基坑降水问题的有效手段。论文以西安穿越浐河阶地湿陷性黄土区基坑施工为依托，探讨湿陷性黄土地区基坑降水施工综合技术，达到安全可靠、质量优良、确保工期、效益明显和环水保达标的目的；并为今后湿陷性黄土地区基坑的降水设计、施工积累宝贵的经验，具有良好的经济、社会效益。
【关键词】基坑工程、降水施工、湿陷性黄土、控制技术
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：
黄土是一种区域性特殊土，在我国西北等地区有广泛分布。随着我国社会和经济的快速持续发展，特别是国家西部大开发建设的实施。在西部黄土区域城市的建筑物和人口密集区进行的地下空间的开发和利用已经成为目前社会发展的重要趋势，如地下铁路、建筑物地下室、地下车库等，对岩土工程深基坑工程提出许多新问题。其中主要包括基坑开挖和降水可能引起的基坑侧壁的稳定性問题和周边环境的稳定与变形。这些年这方面的工程事故很多，深基坑工程的安全已经成为土木工程行业安全监管的重点。
我国的黄土分布面积较广、厚度较大、层次较齐全，并具有特殊成分和特定工程性质特性。在特殊的自然条件和地质构造背景下，黄土区基坑形成了源、梁、筛、阶地等地形地貌。西安地区主要分布为黄土，而梁洼地貌较多。在西安许多基坑工程都需要进行降水，但一般民用建筑基坑工程降水的降深不会超过10米，降水难度不大，降水所引起的地面和周边建筑物的沉降也不大。在近几年进行的西安地铁工程中，有些地铁车站基坑深度在30米左右，降水的降深有超过20米的，二00七年西安地铁二号线陆续开工后，降水工程遇到诸如基坑涌水、涌砂、坑壁坍塌等多种困难，影响施工安全和进度，因而急需对大幅度降水可能遇到的问题和进行探讨研究。
1. 湿陷性黄土地区穿越浐河阶地基坑工程概况
西安市从20世纪90年代初开始筹划、研究发展城市快速轨道交通。经过多年努力，《西安市城市快速轨道交通建设规划》已经报国家批复。2006年9月，地铁二号线试验段开工建设。由于地铁的修建投资大、周期长、技术要求高，西安地区之前没有地铁深大基坑的设计施工经验。西安市地铁一号线一期穿越浐河三级阶地地貌基坑施工场地地表一般均分布有厚度不均的全新统人工填土（Q4ml）；其下为上更新统风积（Q3eol）新黄土、（Q3el）古土壤；再下为中更新统（Q2eol）老黄土、冲积（Q 2al）粉质黏土、冲积粗沙等。场地钻探揭露的场地地下水属潜水类型，2008年6月车站工程勘察钻孔内量测到稳定水位埋深25.50~26.50m，相对高程397.96~398.77m。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。水位年变化幅度2m左右。
西安市地铁一号线一期土建工程沿万寿路路中布置，万寿路为西安市东西方向的交通主干道，交通繁忙、车流量大。因此，该工程施工技术难度大、风险高，工程处理措施费用高，施工中处理不当社会影响大。
2. 湿陷性黄土地区超深基坑施工降水控制技术
2.1 基坑降水简介
在基坑工程施工中，经常会遇到需要降低地下水位的情况。降水的设计、施工以及降水所引起的其他岩土工程问题，对基坑工程和周边环境的安全至关重要，因此基坑降水时一项复杂的工程项目。首先，基坑降水之前应该了解场地工程地质与水文地质条件。重点了解和分析潜水含水层、弱透水层和隔水层以及承压含水层，同时了解各层的厚度、渗透系数、地层颗粒级配及含水层的水力联系和边界条件，并了解地下水位的位置。其次，通过降水的目的含水层的位置和要求降水达到的目标和一些水文地质条件选择合适的降水方法。
基坑降水中采常用的方式是明沟排水和井点降水。明沟排水：明沟排水就是在基坑内或基坑外设置排水沟和集水井，再用抽水设备将地下水从集水井从排出。即当基坑开挖到接近地下水位时，沿坑底四周挖排水沟，再在排水沟内设置集水井，当挖土面挖到排水沟底附近时，再加深排水沟和集水井。此方法施工简便，用具简单，费用低，当土层是含薄层粉砂的粉质黏土、黏质粉土、砂质粉土、粉细砂等且基坑开挖不深、渗透系数为1×10-7cm/s～2×10-4cm/s时都可以使用，所以在施工现场应用较为普遍。井点降水：井点降水是在基坑内或者基坑外设置井，通过井把地下水位降低到所要求的水位。井点降水常用的由四种方法：电渗井点法、轻型井点法、喷射井点法和深井（管井）井点法。
（1）电渗井点法：电渗井点降水是利用粘性土的电渗现象达到降水目的的，适用于渗透系数很小的细粒土，如黏土、淤泥质黏土和粉质黏土等，渗透系数小于1×10-7cm/s。电渗井点需要与轻型井点或者喷射井点结合使用，降低水位的深度决定于轻型井点或者喷射井点。由于电渗井点在降水过程中必须对电压、电流密度和耗电量等进行量测并做好记录，因此工作比较繁琐，所以一般井点很难达到的降水目的的时候才使用此方法。
（2）轻型井点法：轻型井点降水是国内外使用最为普遍的一种降水方法，它比其他降水方法施工简便、安全且经济，适用于基坑面积不大，降水深度不大且土层为含薄层粉砂的粉质黏土、黏质粉土、砂质粉土和粉细砂等的工程。轻型井点降水单级井点降水一般适用于降水深度小于6m的工程，二级或多级井点降水一般适用于6m～10m，并且适用于渗透系数为1×10-7cm/s～2×10-4cm/s的工程，当渗透系数较小时，需要在井点管顶部用粘土封顶和保证井点个连接系统气密性较好等措施来提高整个系统的真空度，以提高降水效果。该降水系统可以根据基坑的形状和要求来确定井的布置形式。
（3）喷射井点法：喷射井点是在井点管内有装抽水装置的喷射器和高压水泵等组成的一个抽水系统。此方法不但具有轻型井点所具有的安装迅速、方便的优点，且降水效果比较好。此方法适用于降水深度为8m～20m，渗透系数为1×10-7cm/s～2×10-4cm/s的工程且适用于含薄层粉砂的粉质黏土、黏质粉土、砂质粉土和粉细砂等含细颗粒的土层。
（4）深井（管井）井点法：深井井点是在基坑内或者基坑外布置井，每个井都用潜水泵或者深井泵抽水来达到降水的目的。对深井降水工程，深井井点是工程中应用比较多的降水方法，其优点是排水量大、降水范围大和降水深度大等。深井井点降水适用于渗透系数大于1×10-6cm/s的含薄层粉砂的粉质黏土、砂质粉土、各类砂土、砾砂和卵石等土层中，降水深度一般大于10m。在实际降水设计中使用管井降水的工程也非常多，它不仅用于承压水的降压降水，也用于潜水的疏干降水，既可以用于砂类土中也可以用于黏性类土中，不过在黏性类土中使用要加真空，降水效果非常显著并且已经普遍被采用。用于降水目的的管井叫做将水管井，用于降低潜水地下水位的叫做疏干井，一般较浅，用于降低承压含水层水头的称之为降压井。
2.2湿陷性黄土地区基坑降水设计
以该工程某车站为例，该车站工程影响范围内为地下潜水。本车站场地地面平坦，地貌属浐河三级阶地。钻探揭露的场地地下水属潜水类型，2008年6月车站工程勘察钻孔内量测到稳定水位埋25.50~26.50m，相对高程397.96~398.77m。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。水位年变化幅度2m左右。该车站场地潜水赋存于冲积粉质黏土及其砂夹层中。主要含水层为中更新统冲积粉质黏土2层中砂夹层，该层透水性好，赋水性强。潜水补给主要是大气降水等地表水渗入补给。潜水主要流向NE（东北）。潜水排泄方式为迳流、人工开采及蒸发消耗等。该车站里程全长135.6m，基坑标准段宽度20.9m。本工程采用钻孔灌注桩围护。基坑开挖深度在26.9m～27.2m，局部最深处29.7m。根据以上分析，选取场地渗透系数15m/d。常水位标高：YDK25+936.8～YDK26+002常水位标高398.508m，车站基底标高396.118。
根据地下水类型、基坑形状及含水层构造等特点，采用《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》(GB50307-1999)第8.5.8条中的“大井法”，公式如下：
（1）
式中：H含水层厚度或静止水位至含水层底板的距离，考虑水位年变幅2.0m，H：该车站主体取17m。=2×6.2×=198（m）；R为降水影响半径（m），影响半径，取R=110m；k:渗透系数，取k=15m/d；S为基坑水位降深（m）；H为含水层厚度（m）H取17m。
设计水位降深，现地下水位平均高程398.807m，考虑年变化幅度2.0m，水位降至设计基底下1.5m，则降幅S＝398.807＋2-（396.118-1.5）＝6.20m；基坑等效半径为η（B+L）/4,B=20.9m,L=135.6m, η=1.16,计算得ro＝45.385m。带入数据经计算：
（2）
Q为基坑涌水量（m3/d）；K為渗透系数（m/d），取15m/d；R为影响半径（m）取110m；H为含水层厚度（m），17m；S为降深（m），取6.20m；L为基坑长度（m），取135.6m；B为基坑平均宽度（m），取20.9m。
单井最大出水量计算如下：
== 453.25m3/d （3）
式中：q为单井最大出水量；R为过滤管直径，取0.60m；K为渗透系数（m/d），取15m/d；
该车站降水井井点数的确定如下：拟布井点个数：
n=1.15×Q/q=1.15×6607.4/453.25=16.8 （4）
考虑基坑降水效果，进行适当加密，增加1口井，故取整18口井。根据地质详勘资料及我标段的水文地质资料，对基坑的降水井做如下布置：（1）车站西端地下常水位标高高于基坑基底标高2.384m，车站东端段地下常水位标高高于基坑基底标高2.863m；（2）降水井布置形式为在围护桩外侧距围护桩中心2.5m，沿基坑方向每15m左右布置一口降水井，降水井在基坑两端盾构井段适当加密。标准段井深为41m，井径Ф700mm，井管孔径Ф600mm，壁厚为50mm。考虑基坑两端盾构井位置开挖深度大，局部加深29.7米，故在两端盾构井处降水井加深道45米，1号、7号、10号、17号降水井兼作观测井，随时观测水位情况。具体情况见图1车站基坑降水井布置图所示。
2.2湿陷性黄土地区基坑降水井构造及设备投入
根据本工程的特点、基坑降水深度的要求、渗透系数、设备条件、经济比较，拟采用0.7米井径，直径600mm无砂管井管坑外降水。大口井降水井在围护结构中心线2.5米处设置，深水泵强制抽水，水管集中排放的方法。降水井直径选用Φ600mm（壁厚50mm）无砂管作为管井，根据基坑开挖深度及降水深度，本工程万寿路车站主体降水井井深选用41m和45m两种，共布设18口井。其降水井用料见表1所示。降水采用重力降水办法用深井泵抽水。深井降水在土方开挖前开始进行，在主体结构施工完后停止降水。每口深井配深井泵一台。深井泵抽水则不连续进行，设置自动控制开关，当水位高于设定水位时自动抽水，低于设定水位时则停止抽水。降水井构造如下：（1）井孔开挖直径为700㎜，井管选择直径为600㎜的无砂管，壁厚为50mm,管外回填豆石至地面以下1.5米，上侧孔口部分用粘土填实。降水井底部使用1米滤料封底。回填时利用井管上设的对中线确保井壁四周填层厚度均匀。图2给出了降水井管构造见图。（2）深井泵：选用QJ63-50深井水泵，扬程50m。每井一台，并带吸水胶管，并配上一个控制井内水位的自动开关，并配有4台备用泵。（3）集水井与排水明沟：井管内抽出的地下水抽至地面至排水总管，再通过排水明沟接通附近下水道。
图1. 车站基坑降水井布置图 图2. 降水井管构造图
表1.降水井机械材料一览表
2.3湿陷性黄土地区基坑降水施工方法
降水井施工工艺流程如下：测放井位－安装钻机－钻进成孔－下井管－回填滤料－安泵试抽－正常排水。
降水施工中，按一下步序进行：（1）测放井位，根据明挖段深井井点平面布置图测放井位，当布设的井点受地面障碍物或施工条件的影响时，现场可作适当调整。（2）安装钻机，旋挖钻机停靠稳定，钻头对准钻孔中心，保证钻杆竖直，保证钻进平稳对机体无扰动。（3）钻进成孔，成孔孔径为700mm。施工时在水位线以上直接干钻，人工清理土方，到含水层后，加入适量清水，将水头提高，高出地下水位4米，保证钻进时不塌孔。钻进过程要保持连续，一次成孔。井颈误差不超过20mm，垂直度误差≤1%，井深满足设计井深要求。（4）下井管，管材进场后，应检查无砂管是否有损坏。下管前必须测量孔深，孔深符合设计要求后，开始下井管。用底托将井管托住，每节井管间用竹条及铁丝在空口绑扎，依次下放，直至井底。井口应高出地面0.5m，并覆盖。（5）回填虑料，井管下好后，填虑料。虑料为2mm—5mm圆砾石，滤料含泥量（含石粉量）≤3%，填料时，滤料沿井管外四周均匀填入，保持连续，避免填料速度过快或不均与造成虑管偏移及滤料在孔内形成架桥现象，填至常水位标高以上2m，洗井后滤料下沉，及时补充滤料，要求实际填料量不小于95%的理论计算量，待下料完成后上面可用黄粘土回填至井口。（6）安泵试抽，下管、填滤料完成后立即进行洗井，特殊情况下，成井—洗井时间间隔不能超过24小时，井管安装完成后进行安泵试抽。注意水泵电缆与管道系统在抽水过程中不被损坏，现场要在这些设备上进行标识。抽水与排水系统安装完毕，即可开始试抽水。（7）排水，降水运行时应用管道排水，直接将水排入场外市政管道中。（8）降水运行，首先进行试运行，试运行之前，准确测定各井口和地面标高、静止水位，然后开始试运行，以检查抽水设备、抽水与排水系统能否满足降水要求。在降水井的成井施工阶段应边施工边抽水，即完成一口投入降水运行一口，在基坑开挖前，将基坑内地下水降到基坑底开挖面以下1.00m深。开始抽水时，因出水量大，为防止排水管网排水能力不足，可以间隔的逐一启动水泵，抽水开始后，逐井检查单井出水量和出水含砂率。抽水含砂率控制：为防止因抽地下水带出底层细颗粒物质而造成地面下沉，抽出水的含砂率必须保证，粗砂含量＜1/50000，中砂含量＜1/20000，细砂含量＜1/10000。当含沙量过大，可将水泵上提，若含沙量仍然较大，重新洗井。降水运行，基坑内降水应在基坑开挖前进行，做到能在基坑开挖前降低基坑内的地下水位；降水运行期间，现场实行24小时值班制，；利用回水阀，保证抽水连续性，值班人员应认真做好各项记录，做到准确齐全。降水运行过程中对降水运行的记录，应及时分析整理，并提交降水运行记录。（9）降水观测，降水期间对地下水动态进行观测，并对地下水动态变化进行及时分析，当地下水位急剧变化时，及时分析原因（如水泵损坏，地下含水构筑物突然破裂漏水，区域地下水位上升等），及时采取相应处理措施。（10）质量检验，施工质量检验主要执行《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）与《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999），其内容见表2所示。
表2. 降水井管井施工质量验收标准
2.4湿陷性黄土地区基坑排水管路施工
车站排水管路施工工艺流程图3所示，其施工方法如下：（1）管沟底部开挖宽度，除管道结构宽度外，还要增加工作面宽度，工作面宽度按规范确定执行。（2）挖沟时将挖出来的土堆放在沟边一侧，土堆底边距沟边保持0、6.1m的距离，管沟的开挖及回填连续进行，尽快完成。如不能及时回填，管沟两侧需采取防护措施，防止雨水流入管沟内，以免边坡塌方或基土遭到破坏。（3）槽内下入φ50塑料管2～4束，与2～4眼抽水井相接。（4）抽水井以及机动车便道上的引渗井井室用机制红砖和水泥砂浆衬砌，底部做110mm厚C10混凝土基础，上部井圈浇筑C20混凝土，盖承重井盖，与路面平齐。绿地及人行便道上的引渗井用700×700×250mm的钢筋混凝土块保护井口，井口底部做110mm厚C10混凝土基础，周边砌砖。（5）供电电缆敷设及配电系统安装。抽水井的供电电缆，在排水管沟回填之前置于排水管的一侧，与排水管合槽敷设。电缆周围填充细砂，厚度为0.2m。电缆经由线路，地面上每隔20m左右设露出0.5m高的标志桩。由动力配电箱引出的电缆到潜水泵之间电缆长度除留有适量的长度外，其它剩余量一律剪除，并排列整齐。电缆两端，配统一编号的标志环各一环。电缆敷设路径如遇过路或穿越其它建筑物时，穿厚度为2mm以上的护电套管加以保护。供、配电系统用的电力开关柜、动力配电箱安放要牢固稳妥。为保证降水工程连续运行，需备足25%用电设备配件，以便及时换修用电设备。电力开关柜及动力配电箱要上锁，应做好防雨、防砸等防护工作，并须安装围栏，并在围栏不同方向悬挂警示标志，其放置地点要安全、平整，周围无杂物堆放。供、配电系统设有三级保护装置。电力开关柜中设有过流、短路、过热保护的自动开关。动力配电箱中设有过流、漏电保护的自动开关。所有电缆设计为三相五线制双零线。用电器具作好接零保护。
2.5 降水预测效果
降水初期，基坑涌水量等于疏干基坑含水层内的水与基坑外侧侧向径流之和，等基坑内水位达到稳定降深后，基坑内的水已经疏干，井群的出水量主要是依靠基坑外的侧向径流，同时随着时间的延续，影响半径不断扩大。计算基坑降水影響半径的第一种方法是将基坑等代为一大井，利用潜水完整井稳定流理论，对抽降初期（基坑内水位为11～12.5m时）混凝土管群井，钢管群井和混和群井分别按照以上计算式计算群井抽水的影响半径。降水中利用了观测孔对降水效果进行分析，降水效果见图4所示。有图可见，混合群井抽水的影响半径150m。该结果同计算确定的影响半径非常接近，也与本地降水工程采用的经验值一致，因此本次降水方案可行。
图3. 排水管路施工工艺流程图图4. 基坑降水曲线图
结束语
近年来，随着我国经济建设的迅猛发展，我国城市轨道交通得到了飞速的发展。西安市地铁一号线一期沿万寿路车站场地地表一般均布有厚度不均的全新统人工填土（Q4ml）；其下为上更新统风积（Q3eol）新黄土、（Q3el）古土壤，再下为中更新统（Q2eol）老黄土、冲积（Q 2al）粉质黏土、冲积粗砂等。场地地下水属潜水类型，稳定水位埋深25.50～26.50m，相对高程397.96～398.77m。水位年变化幅度2m左右。潜水赋存于冲积粉质黏土及其砂夹层中。主要含水层为中更新统冲积粉质黏土2层中砂夹层，该层透水性好，赋水性强。其周边环境对施工干扰大，施工场地周围临近房屋、地下管线繁杂、交通繁忙，周围环境对施工及场地布置干扰大，增加了施工难度。论文详细介绍了该工程湿陷性黄土地区基坑施工降水控制技术，达到安全可靠、质量优良、确保工期、效益明显和环水保达标的目的，并为今后湿陷性黄土地区基坑的降水设计和施工积累宝贵的经验，指导地铁施工。
参考文献
郭德友. 北京地铁14 号线防水施工技术[J]．中国建筑防水，2012．21（29）
朱祖熹. 上海地铁一号线工程防水得失谈[J]. 中国建筑防水, 1994
上海市市政工程管理局. 市政工程施工及验收技术规范[ S ] , 1993.
郑怀洲．北京地铁东四站地表沉降监测数据分析[J]．铁路标准设计，2006，(4)：60-62．
王振信，上海地铁的土木工程，土木工程学报[J]． 1988，21（3）：1-12
董云德等.多层刚柔结合法进行单层地下连续墙体建地站的漏及防，地下工程与隧道[J]．1995(6）63-66
【关键词】基坑工程、降水施工、湿陷性黄土、控制技术
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：
黄土是一种区域性特殊土，在我国西北等地区有广泛分布。随着我国社会和经济的快速持续发展，特别是国家西部大开发建设的实施。在西部黄土区域城市的建筑物和人口密集区进行的地下空间的开发和利用已经成为目前社会发展的重要趋势，如地下铁路、建筑物地下室、地下车库等，对岩土工程深基坑工程提出许多新问题。其中主要包括基坑开挖和降水可能引起的基坑侧壁的稳定性問题和周边环境的稳定与变形。这些年这方面的工程事故很多，深基坑工程的安全已经成为土木工程行业安全监管的重点。
我国的黄土分布面积较广、厚度较大、层次较齐全，并具有特殊成分和特定工程性质特性。在特殊的自然条件和地质构造背景下，黄土区基坑形成了源、梁、筛、阶地等地形地貌。西安地区主要分布为黄土，而梁洼地貌较多。在西安许多基坑工程都需要进行降水，但一般民用建筑基坑工程降水的降深不会超过10米，降水难度不大，降水所引起的地面和周边建筑物的沉降也不大。在近几年进行的西安地铁工程中，有些地铁车站基坑深度在30米左右，降水的降深有超过20米的，二00七年西安地铁二号线陆续开工后，降水工程遇到诸如基坑涌水、涌砂、坑壁坍塌等多种困难，影响施工安全和进度，因而急需对大幅度降水可能遇到的问题和进行探讨研究。
1. 湿陷性黄土地区穿越浐河阶地基坑工程概况
西安市从20世纪90年代初开始筹划、研究发展城市快速轨道交通。经过多年努力，《西安市城市快速轨道交通建设规划》已经报国家批复。2006年9月，地铁二号线试验段开工建设。由于地铁的修建投资大、周期长、技术要求高，西安地区之前没有地铁深大基坑的设计施工经验。西安市地铁一号线一期穿越浐河三级阶地地貌基坑施工场地地表一般均分布有厚度不均的全新统人工填土（Q4ml）；其下为上更新统风积（Q3eol）新黄土、（Q3el）古土壤；再下为中更新统（Q2eol）老黄土、冲积（Q 2al）粉质黏土、冲积粗沙等。场地钻探揭露的场地地下水属潜水类型，2008年6月车站工程勘察钻孔内量测到稳定水位埋深25.50~26.50m，相对高程397.96~398.77m。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。水位年变化幅度2m左右。
西安市地铁一号线一期土建工程沿万寿路路中布置，万寿路为西安市东西方向的交通主干道，交通繁忙、车流量大。因此，该工程施工技术难度大、风险高，工程处理措施费用高，施工中处理不当社会影响大。
2. 湿陷性黄土地区超深基坑施工降水控制技术
2.1 基坑降水简介
在基坑工程施工中，经常会遇到需要降低地下水位的情况。降水的设计、施工以及降水所引起的其他岩土工程问题，对基坑工程和周边环境的安全至关重要，因此基坑降水时一项复杂的工程项目。首先，基坑降水之前应该了解场地工程地质与水文地质条件。重点了解和分析潜水含水层、弱透水层和隔水层以及承压含水层，同时了解各层的厚度、渗透系数、地层颗粒级配及含水层的水力联系和边界条件，并了解地下水位的位置。其次，通过降水的目的含水层的位置和要求降水达到的目标和一些水文地质条件选择合适的降水方法。
基坑降水中采常用的方式是明沟排水和井点降水。明沟排水：明沟排水就是在基坑内或基坑外设置排水沟和集水井，再用抽水设备将地下水从集水井从排出。即当基坑开挖到接近地下水位时，沿坑底四周挖排水沟，再在排水沟内设置集水井，当挖土面挖到排水沟底附近时，再加深排水沟和集水井。此方法施工简便，用具简单，费用低，当土层是含薄层粉砂的粉质黏土、黏质粉土、砂质粉土、粉细砂等且基坑开挖不深、渗透系数为1×10-7cm/s～2×10-4cm/s时都可以使用，所以在施工现场应用较为普遍。井点降水：井点降水是在基坑内或者基坑外设置井，通过井把地下水位降低到所要求的水位。井点降水常用的由四种方法：电渗井点法、轻型井点法、喷射井点法和深井（管井）井点法。
（1）电渗井点法：电渗井点降水是利用粘性土的电渗现象达到降水目的的，适用于渗透系数很小的细粒土，如黏土、淤泥质黏土和粉质黏土等，渗透系数小于1×10-7cm/s。电渗井点需要与轻型井点或者喷射井点结合使用，降低水位的深度决定于轻型井点或者喷射井点。由于电渗井点在降水过程中必须对电压、电流密度和耗电量等进行量测并做好记录，因此工作比较繁琐，所以一般井点很难达到的降水目的的时候才使用此方法。
（2）轻型井点法：轻型井点降水是国内外使用最为普遍的一种降水方法，它比其他降水方法施工简便、安全且经济，适用于基坑面积不大，降水深度不大且土层为含薄层粉砂的粉质黏土、黏质粉土、砂质粉土和粉细砂等的工程。轻型井点降水单级井点降水一般适用于降水深度小于6m的工程，二级或多级井点降水一般适用于6m～10m，并且适用于渗透系数为1×10-7cm/s～2×10-4cm/s的工程，当渗透系数较小时，需要在井点管顶部用粘土封顶和保证井点个连接系统气密性较好等措施来提高整个系统的真空度，以提高降水效果。该降水系统可以根据基坑的形状和要求来确定井的布置形式。
（3）喷射井点法：喷射井点是在井点管内有装抽水装置的喷射器和高压水泵等组成的一个抽水系统。此方法不但具有轻型井点所具有的安装迅速、方便的优点，且降水效果比较好。此方法适用于降水深度为8m～20m，渗透系数为1×10-7cm/s～2×10-4cm/s的工程且适用于含薄层粉砂的粉质黏土、黏质粉土、砂质粉土和粉细砂等含细颗粒的土层。
（4）深井（管井）井点法：深井井点是在基坑内或者基坑外布置井，每个井都用潜水泵或者深井泵抽水来达到降水的目的。对深井降水工程，深井井点是工程中应用比较多的降水方法，其优点是排水量大、降水范围大和降水深度大等。深井井点降水适用于渗透系数大于1×10-6cm/s的含薄层粉砂的粉质黏土、砂质粉土、各类砂土、砾砂和卵石等土层中，降水深度一般大于10m。在实际降水设计中使用管井降水的工程也非常多，它不仅用于承压水的降压降水，也用于潜水的疏干降水，既可以用于砂类土中也可以用于黏性类土中，不过在黏性类土中使用要加真空，降水效果非常显著并且已经普遍被采用。用于降水目的的管井叫做将水管井，用于降低潜水地下水位的叫做疏干井，一般较浅，用于降低承压含水层水头的称之为降压井。
2.2湿陷性黄土地区基坑降水设计
以该工程某车站为例，该车站工程影响范围内为地下潜水。本车站场地地面平坦，地貌属浐河三级阶地。钻探揭露的场地地下水属潜水类型，2008年6月车站工程勘察钻孔内量测到稳定水位埋25.50~26.50m，相对高程397.96~398.77m。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。水位年变化幅度2m左右。该车站场地潜水赋存于冲积粉质黏土及其砂夹层中。主要含水层为中更新统冲积粉质黏土2层中砂夹层，该层透水性好，赋水性强。潜水补给主要是大气降水等地表水渗入补给。潜水主要流向NE（东北）。潜水排泄方式为迳流、人工开采及蒸发消耗等。该车站里程全长135.6m，基坑标准段宽度20.9m。本工程采用钻孔灌注桩围护。基坑开挖深度在26.9m～27.2m，局部最深处29.7m。根据以上分析，选取场地渗透系数15m/d。常水位标高：YDK25+936.8～YDK26+002常水位标高398.508m，车站基底标高396.118。
根据地下水类型、基坑形状及含水层构造等特点，采用《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》(GB50307-1999)第8.5.8条中的“大井法”，公式如下：
（1）
式中：H含水层厚度或静止水位至含水层底板的距离，考虑水位年变幅2.0m，H：该车站主体取17m。=2×6.2×=198（m）；R为降水影响半径（m），影响半径，取R=110m；k:渗透系数，取k=15m/d；S为基坑水位降深（m）；H为含水层厚度（m）H取17m。
设计水位降深，现地下水位平均高程398.807m，考虑年变化幅度2.0m，水位降至设计基底下1.5m，则降幅S＝398.807＋2-（396.118-1.5）＝6.20m；基坑等效半径为η（B+L）/4,B=20.9m,L=135.6m, η=1.16,计算得ro＝45.385m。带入数据经计算：
（2）
Q为基坑涌水量（m3/d）；K為渗透系数（m/d），取15m/d；R为影响半径（m）取110m；H为含水层厚度（m），17m；S为降深（m），取6.20m；L为基坑长度（m），取135.6m；B为基坑平均宽度（m），取20.9m。
单井最大出水量计算如下：
== 453.25m3/d （3）
式中：q为单井最大出水量；R为过滤管直径，取0.60m；K为渗透系数（m/d），取15m/d；
该车站降水井井点数的确定如下：拟布井点个数：
n=1.15×Q/q=1.15×6607.4/453.25=16.8 （4）
考虑基坑降水效果，进行适当加密，增加1口井，故取整18口井。根据地质详勘资料及我标段的水文地质资料，对基坑的降水井做如下布置：（1）车站西端地下常水位标高高于基坑基底标高2.384m，车站东端段地下常水位标高高于基坑基底标高2.863m；（2）降水井布置形式为在围护桩外侧距围护桩中心2.5m，沿基坑方向每15m左右布置一口降水井，降水井在基坑两端盾构井段适当加密。标准段井深为41m，井径Ф700mm，井管孔径Ф600mm，壁厚为50mm。考虑基坑两端盾构井位置开挖深度大，局部加深29.7米，故在两端盾构井处降水井加深道45米，1号、7号、10号、17号降水井兼作观测井，随时观测水位情况。具体情况见图1车站基坑降水井布置图所示。
2.2湿陷性黄土地区基坑降水井构造及设备投入
根据本工程的特点、基坑降水深度的要求、渗透系数、设备条件、经济比较，拟采用0.7米井径，直径600mm无砂管井管坑外降水。大口井降水井在围护结构中心线2.5米处设置，深水泵强制抽水，水管集中排放的方法。降水井直径选用Φ600mm（壁厚50mm）无砂管作为管井，根据基坑开挖深度及降水深度，本工程万寿路车站主体降水井井深选用41m和45m两种，共布设18口井。其降水井用料见表1所示。降水采用重力降水办法用深井泵抽水。深井降水在土方开挖前开始进行，在主体结构施工完后停止降水。每口深井配深井泵一台。深井泵抽水则不连续进行，设置自动控制开关，当水位高于设定水位时自动抽水，低于设定水位时则停止抽水。降水井构造如下：（1）井孔开挖直径为700㎜，井管选择直径为600㎜的无砂管，壁厚为50mm,管外回填豆石至地面以下1.5米，上侧孔口部分用粘土填实。降水井底部使用1米滤料封底。回填时利用井管上设的对中线确保井壁四周填层厚度均匀。图2给出了降水井管构造见图。（2）深井泵：选用QJ63-50深井水泵，扬程50m。每井一台，并带吸水胶管，并配上一个控制井内水位的自动开关，并配有4台备用泵。（3）集水井与排水明沟：井管内抽出的地下水抽至地面至排水总管，再通过排水明沟接通附近下水道。
图1. 车站基坑降水井布置图 图2. 降水井管构造图
表1.降水井机械材料一览表
2.3湿陷性黄土地区基坑降水施工方法
降水井施工工艺流程如下：测放井位－安装钻机－钻进成孔－下井管－回填滤料－安泵试抽－正常排水。
降水施工中，按一下步序进行：（1）测放井位，根据明挖段深井井点平面布置图测放井位，当布设的井点受地面障碍物或施工条件的影响时，现场可作适当调整。（2）安装钻机，旋挖钻机停靠稳定，钻头对准钻孔中心，保证钻杆竖直，保证钻进平稳对机体无扰动。（3）钻进成孔，成孔孔径为700mm。施工时在水位线以上直接干钻，人工清理土方，到含水层后，加入适量清水，将水头提高，高出地下水位4米，保证钻进时不塌孔。钻进过程要保持连续，一次成孔。井颈误差不超过20mm，垂直度误差≤1%，井深满足设计井深要求。（4）下井管，管材进场后，应检查无砂管是否有损坏。下管前必须测量孔深，孔深符合设计要求后，开始下井管。用底托将井管托住，每节井管间用竹条及铁丝在空口绑扎，依次下放，直至井底。井口应高出地面0.5m，并覆盖。（5）回填虑料，井管下好后，填虑料。虑料为2mm—5mm圆砾石，滤料含泥量（含石粉量）≤3%，填料时，滤料沿井管外四周均匀填入，保持连续，避免填料速度过快或不均与造成虑管偏移及滤料在孔内形成架桥现象，填至常水位标高以上2m，洗井后滤料下沉，及时补充滤料，要求实际填料量不小于95%的理论计算量，待下料完成后上面可用黄粘土回填至井口。（6）安泵试抽，下管、填滤料完成后立即进行洗井，特殊情况下，成井—洗井时间间隔不能超过24小时，井管安装完成后进行安泵试抽。注意水泵电缆与管道系统在抽水过程中不被损坏，现场要在这些设备上进行标识。抽水与排水系统安装完毕，即可开始试抽水。（7）排水，降水运行时应用管道排水，直接将水排入场外市政管道中。（8）降水运行，首先进行试运行，试运行之前，准确测定各井口和地面标高、静止水位，然后开始试运行，以检查抽水设备、抽水与排水系统能否满足降水要求。在降水井的成井施工阶段应边施工边抽水，即完成一口投入降水运行一口，在基坑开挖前，将基坑内地下水降到基坑底开挖面以下1.00m深。开始抽水时，因出水量大，为防止排水管网排水能力不足，可以间隔的逐一启动水泵，抽水开始后，逐井检查单井出水量和出水含砂率。抽水含砂率控制：为防止因抽地下水带出底层细颗粒物质而造成地面下沉，抽出水的含砂率必须保证，粗砂含量＜1/50000，中砂含量＜1/20000，细砂含量＜1/10000。当含沙量过大，可将水泵上提，若含沙量仍然较大，重新洗井。降水运行，基坑内降水应在基坑开挖前进行，做到能在基坑开挖前降低基坑内的地下水位；降水运行期间，现场实行24小时值班制，；利用回水阀，保证抽水连续性，值班人员应认真做好各项记录，做到准确齐全。降水运行过程中对降水运行的记录，应及时分析整理，并提交降水运行记录。（9）降水观测，降水期间对地下水动态进行观测，并对地下水动态变化进行及时分析，当地下水位急剧变化时，及时分析原因（如水泵损坏，地下含水构筑物突然破裂漏水，区域地下水位上升等），及时采取相应处理措施。（10）质量检验，施工质量检验主要执行《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）与《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999），其内容见表2所示。
表2. 降水井管井施工质量验收标准
2.4湿陷性黄土地区基坑排水管路施工
车站排水管路施工工艺流程图3所示，其施工方法如下：（1）管沟底部开挖宽度，除管道结构宽度外，还要增加工作面宽度，工作面宽度按规范确定执行。（2）挖沟时将挖出来的土堆放在沟边一侧，土堆底边距沟边保持0、6.1m的距离，管沟的开挖及回填连续进行，尽快完成。如不能及时回填，管沟两侧需采取防护措施，防止雨水流入管沟内，以免边坡塌方或基土遭到破坏。（3）槽内下入φ50塑料管2～4束，与2～4眼抽水井相接。（4）抽水井以及机动车便道上的引渗井井室用机制红砖和水泥砂浆衬砌，底部做110mm厚C10混凝土基础，上部井圈浇筑C20混凝土，盖承重井盖，与路面平齐。绿地及人行便道上的引渗井用700×700×250mm的钢筋混凝土块保护井口，井口底部做110mm厚C10混凝土基础，周边砌砖。（5）供电电缆敷设及配电系统安装。抽水井的供电电缆，在排水管沟回填之前置于排水管的一侧，与排水管合槽敷设。电缆周围填充细砂，厚度为0.2m。电缆经由线路，地面上每隔20m左右设露出0.5m高的标志桩。由动力配电箱引出的电缆到潜水泵之间电缆长度除留有适量的长度外，其它剩余量一律剪除，并排列整齐。电缆两端，配统一编号的标志环各一环。电缆敷设路径如遇过路或穿越其它建筑物时，穿厚度为2mm以上的护电套管加以保护。供、配电系统用的电力开关柜、动力配电箱安放要牢固稳妥。为保证降水工程连续运行，需备足25%用电设备配件，以便及时换修用电设备。电力开关柜及动力配电箱要上锁，应做好防雨、防砸等防护工作，并须安装围栏，并在围栏不同方向悬挂警示标志，其放置地点要安全、平整，周围无杂物堆放。供、配电系统设有三级保护装置。电力开关柜中设有过流、短路、过热保护的自动开关。动力配电箱中设有过流、漏电保护的自动开关。所有电缆设计为三相五线制双零线。用电器具作好接零保护。
2.5 降水预测效果
降水初期，基坑涌水量等于疏干基坑含水层内的水与基坑外侧侧向径流之和，等基坑内水位达到稳定降深后，基坑内的水已经疏干，井群的出水量主要是依靠基坑外的侧向径流，同时随着时间的延续，影响半径不断扩大。计算基坑降水影響半径的第一种方法是将基坑等代为一大井，利用潜水完整井稳定流理论，对抽降初期（基坑内水位为11～12.5m时）混凝土管群井，钢管群井和混和群井分别按照以上计算式计算群井抽水的影响半径。降水中利用了观测孔对降水效果进行分析，降水效果见图4所示。有图可见，混合群井抽水的影响半径150m。该结果同计算确定的影响半径非常接近，也与本地降水工程采用的经验值一致，因此本次降水方案可行。
图3. 排水管路施工工艺流程图图4. 基坑降水曲线图
结束语
近年来，随着我国经济建设的迅猛发展，我国城市轨道交通得到了飞速的发展。西安市地铁一号线一期沿万寿路车站场地地表一般均布有厚度不均的全新统人工填土（Q4ml）；其下为上更新统风积（Q3eol）新黄土、（Q3el）古土壤，再下为中更新统（Q2eol）老黄土、冲积（Q 2al）粉质黏土、冲积粗砂等。场地地下水属潜水类型，稳定水位埋深25.50～26.50m，相对高程397.96～398.77m。水位年变化幅度2m左右。潜水赋存于冲积粉质黏土及其砂夹层中。主要含水层为中更新统冲积粉质黏土2层中砂夹层，该层透水性好，赋水性强。其周边环境对施工干扰大，施工场地周围临近房屋、地下管线繁杂、交通繁忙，周围环境对施工及场地布置干扰大，增加了施工难度。论文详细介绍了该工程湿陷性黄土地区基坑施工降水控制技术，达到安全可靠、质量优良、确保工期、效益明显和环水保达标的目的，并为今后湿陷性黄土地区基坑的降水设计和施工积累宝贵的经验，指导地铁施工。
参考文献
郭德友. 北京地铁14 号线防水施工技术[J]．中国建筑防水，2012．21（29）
朱祖熹. 上海地铁一号线工程防水得失谈[J]. 中国建筑防水, 1994
上海市市政工程管理局. 市政工程施工及验收技术规范[ S ] , 1993.
郑怀洲．北京地铁东四站地表沉降监测数据分析[J]．铁路标准设计，2006，(4)：60-62．
王振信，上海地铁的土木工程，土木工程学报[J]． 1988，21（3）：1-12
董云德等.多层刚柔结合法进行单层地下连续墙体建地站的漏及防，地下工程与隧道[J]．1995(6）63-66