大锚锭超深基坑降水施工关键技术及监测分析

周乐木， 孙开武， 殷 源， 李 瑶， 谭玉林， 吴小翠， 李 杰

(湖北路桥集团有限公司， 湖北 武汉 430056)

棋盘洲长江公路大桥南锚碇目前为亚洲同类型锚碇基础工程中开挖深度及设计水头差最大的工程，具有周围居民密集、水文地质条件复杂、持力层岩面起伏大，承压水头高、联通水系与长江水系密切联系、距离抗洪大堤距离近等施工重难点。对于临江高水位基坑，保证基坑成功降水，是确保基坑工程能够顺利进行的关键。本文中的工程属于重点项目，基坑支护采用地下连续墙的方式，并且采用井点降水和分段抽水对该基坑进行降水，并实时监测地下连续墙结构的水平和竖向位移、基坑内外水位及周边建筑物沉降。另外，通过对监测得到的数据进行分析，可以发现本工程所采用的分段式抽水方案降水效果较好，且能够有效地控制周边建筑物的沉降量，为今后其他相关大型基坑工程提供参考。

1 工程概况及工程地质条件

1.1 工程概况

棋盘洲长江公路大桥南锚锭位于长江中下游长江南岸大堤东湖村内，周边民房密集，距离长江大堤(阳新干堤)堤脚250 m。南锚锭基坑在开挖时使用一种圆形地下连续墙加筋混凝土内忖作为支护结构。基坑顶离场地标高约2.5 m，基坑开挖深度为52.0 m，基坑深度为49.5 m。

基坑开挖采用分层开挖土体的方式进行，每层开挖深度为3 m，开挖面积约为2923 m2，采用中心岛式开挖法进行土体开挖。

1.2 工程地质条件

本工程区域上覆地层主要为第四系全新统冲洪积(Q4al+ql)粉质黏土、淤泥质粉质黏土、细砂、中砂、卵石等。各地层具体情况如表1所示。

表1 工程地质情况

1.3 水文地质条件

基坑址附近1998年发生管涌，水力线与长江连通。此处地下水可分为基岩裂隙水和松散岩类孔隙水两类：孔隙潜水位一般埋深0.0～8.3 m，直接受气象的影响。孔隙承压水埋伏于冲洪积平原区深部，范围较广，与潜水含水层相连。基坑处的岩层埋置深度较大[1]，其上部是厚厚的一层砂卵石，这使得它的透水性很显著，而且基坑距离长江较近，江水与地下水直接连通，所以其含水量比较大，需要进行有效的降水设计。

2 基坑降水设计

2.1 基坑降水难点分析

由于基坑总面积较大，需要降承压水的范围比较广；本工程基坑开挖深达52 m，且根据水文地质报告可知，基坑距离长江较近，江水与地下水直接连通，所以其含水量比较大，在基坑开挖后，存在基坑涌水的可能性；基坑外管线分布较多，临近一主要线路且周边房屋较多，环境要求高。

2.2 基坑降水设计

本基坑采用深井降水措施，规范中对于基坑降水管井的布置要求如下：

管井出水量q为：

(1)

式中：rs为过滤器半径(m)，取0.20 m；l为过滤器进水部分长度(m)，取28 m；k为渗透系数(m/d)，取k=4.29。

降水井数量n为：

(2)

式中：Q为单侧基坑总涌水量(m3/d)；q为设计单井出水量(m3/d)。

本基坑采用地下连续墙的支护形式[2～5]，地下连续墙的内径达到61 m，墙壁厚度为1.5 m， 另外根据地质勘察报告可知，该地下连续墙嵌入中风化岩层最深至标高-50.0 m处。为了防止基坑内出现渗水等不利现象，故沿地下连续墙底部设置灌浆帷幕。

经上述计算后可知，基坑共布置6口降水井，其平面布置见下图1。

图1 降水井布置/mm

本设计中，降水井深度为54 m，降水井井径400 mm，降水井成井管径为325 mm，沉淀管长4 m，滤水管长度为28 m，实管长度为23 m。

降水过程中，为了实时观测基坑内外水位[6]，需要在基坑内外布置足够多的水位观测井，详细布置内容见下节。

2.3 基坑降水施工与抽水试验

2.3.1 基坑降水施工

依据上述降水井布置图进行降水井施工， 降水管井内安置一台扬程大于60 m、抽水量大于60 m3/h的井用潜水泵。孔底回填50 cm厚粗砂作垫层，沉放长40 m 规格为Φ325钢管(含过滤管)，井管下沉完成后用1～3 mm的专用石英砂砾料回填至井管和井壁的周围。

在完成降水井成井施工后，及时安装水泵清洗降水井，清除钻孔泥浆对含水层的封闭，疏通含水层，保证降水路径的通畅。

2.3.2 抽水试验

根据规范，抽水试验需要等待地连墙槽段施工完成并达到设计强度后开始进行。采用基坑内的6口降水井进行抽水试验，开始降水时，先将基坑内水位降低20 m，在确认封水效果达到要求后，进行后续抽水试验。试验抽水分三个阶段进行[7]，每个阶段分别抽水至h/3，2h/3，h(h为设计最大水头高度)的深度，每个阶段在抽水达到相应的深度后，稳定12～24 h，然后对施工监控的水位变化、抽水量、地连墙应力和变形、坑外水位和土体变形等数据进行计算分析，经分析后再进行下一阶段的抽水试验[8]。

抽水试验结束后，利用坑内的6口降水井(兼作回灌井)对基坑内进行回灌，回灌用水同样采用坑外的深井水，坑外抽水时注意对周围土体及构造物的基础沉降影响。最终回灌至第一层开挖面以下1～1.5 m处。

3 监测布置及数据分析

3.1 监测点布置方案

3.1.1 布置原则

(1)综合考虑工程量大小、工程的环境条件、基坑的施工规程、工艺特点等，来确定观测点类型和数量；

(2)为及时反馈基坑水位信息，指导施工，测点的布设按照规程要求，并结合实际情况，在最不利截面以及在相同工况下最先施工的部位进行布置；

(3)监测点的布置要尽量满足时间和地点的同步，使在相同的时间点，能同时得到监测点的不同的物理量，通过分析数据得到他们之间的联系和规律；

(4)监测点的位置要求能够实时观测基坑周围的变形特点，同时要确保测点的稳定与安全，且方便观测；

(5)监测点应在施工前布置好，然后通过测量得到一个稳定的初始值；

(6)在施工过程中，如果有监测点丢失，应该立刻在原来的位置将测点补上，以确保观测结果的连续性和完整性。

3.1.2 监测项目

结合工程特点、现场情况及设计要求等多方因素，监测项目主要包含内容如表2所示。

表2 深基坑施工监测项目

3.1.3 监测点布置

考虑到项目周边环境复杂，且项目重要等级较高，需保证坑内降水始终满足要求。故此，针对基坑降水的监测项目为地下水位监测和周边地表变形监测[9,10]。

(1)地下水位监测

本工程中地连墙内利用降水井共布设4个监测点，墙外设6个监测点，采用水位观测管进行地下水位监测。

图2 地下水位监测点布置

(2)周边地表变形监测

深基坑开挖时，周边场地的地表水平和竖向变形情况可以综合反映场地水位变化。通过全站仪和水准仪可以测得地下连续墙周围土体的水平和竖向位移，实际监测时，设置了2个监测剖面，每个监测剖面从地连墙开始向外延伸布置监测点，其中距离地连墙最近的测点为 30 m，再依次向外侧分别延伸30，60，120 m。

图3 周边地表变形监测点布置

3.2 监测数据分析

基坑周边地下水位变化曲线及基坑周边地表变形沉降变化曲线如图4，5所示[11]。

图4 基坑周边地下水位变化曲线

图5 基坑周边地表变形沉降

从监测曲线图中可以看出，自2017年12月开始，基坑周边水位降低，说明此时坑内抽水效果达到预期，直至2018年2月，基坑内部开始回填，基坑周边水位回升。同时，通过监测基坑周边地表变形沉降可看出，基坑周边建筑物未受基坑内抽水的影响，处于较为平稳的状态。

4 结 论

本文以棋盘洲长江公路大桥南锚锭基坑项目为背景，根据基坑复杂的周围环境和地质情况，提出了大锚锭深基坑的降水施工措施及注意事项，然后对监测得到的数据进行了分析，验证了降水施工效果。

总结以上内容，主要得出以下结论和启示：

(1)地下连续墙的支护结构型式，对于临江高水位深基坑具有较好的止水防水效果，有效地保证了基坑的安全性。

(2)采用井点降水和分段抽水结合的新型降水方式，能够大大减小基坑内外突然产生的水压差，保证了基坑降水的顺利进行及降水效果。

(3)监测结果表明，采用本降水方案能较好地满足规范中对基坑降水的各方面控制要求，对今后同类型基坑施工提供宝贵经验及参考。