1 引言

在建筑工程中，基坑开挖是方便地下结构施工的重要环节，而基坑降水和基坑支护是基坑开挖工程中的重要问题，如何防止基坑开挖期间坑内突涌和坑外沉降，学者们进行了多方面研究。项宝等^[1]对基坑降水开挖对邻近铁路高架桥的影响区进行了研究，提出了在仅考虑基坑降水开挖时，桥梁墩顶水平位移比竖向位移更容易超限；朱启^[2]对船闸深基坑开挖支护与降水施工进行了分析，认为船闸深基坑开挖期间采取截渗、支护、降排水等措施可保证土体结构的稳定性；李志义^[3]对软土深基坑内超前疏干降水对地下墙受力变形的影响进行了研究，认为基坑内采用分步按需疏干降水方案，可削弱或消除基坑内超前疏干降水卸荷产生的不利影响；胡新达等^[4]对软土地下深基坑减压降水成槽技术进行了研究，认为在较小井间距条件下，减压降水可显著提高成槽质量和槽壁稳定性；何书杰^[5]对建筑施工中基坑降水施工技术进行了分析，提出采取真空深井+全封闭式止水挡土围护的方式进行基坑降水，可保障基坑的安全施工。

以上学者研究了基坑降水对邻近建筑的影响，并对基坑开挖的施工效果进行了分析，本文参考以上学者的研究结论，以综合管廊工程为例，对工程深基坑降水设计和开挖施工技术进行了研究，并对深基坑降水方法和深基坑开挖支护方案进行了分析。

2 工程概况

本工程为某市IT大道（清水河～绕城高速）综合管廊工程，该工程起点位于IT大道东部，终点至绕城高速内侧500m绿带内（图1），全长约5830m。本工程里程为0+00～39+40，采用明挖法施工，全长3890m，标准段结构净宽分别为8.75m、9.35m、9.85m，开挖深度为10m～15m，围护结构采用钻孔灌注桩，支撑采用钢管内支撑。基坑开挖前15天进行降水，本工程共设置降水井535口。

图1 管廊工程平面图

根据钻探勘察，工程所在地区属于冲积层地带，按照岩土层层序，第一层为人工填筑土，人工填筑土的上部为杂填土，表层厚度为15cm～30cm的沥青路面，下部为粉质黏土，厚度为0.5cm～9.6cm。第二层为冲积层，主要由粉质粘土、粉土、粉砂层和卵石层组成。冲积层的上部为粉质粘土，在场地内普遍分布，其层顶埋深0.50m～5.8m，层顶标高513.97m～571.09m，层厚0.1m～8.70m。粉质粘土下方依次为粉土，在场地内局部分布，其层顶埋深0.50m～6.2m，层顶标高513.40m～568.15m，层厚0.20m～3.40m。粉土下方依次为粉沙，在场地内局部分布，其层顶埋深4.60m～10.00m，层顶标高512.04m～567.04m，层厚0.20m～3.00m。最下面是卵石层，经过现场勘测，大部分地区卵石含量约占卵石层总体积1/2，局部地区占卵石层总体积3/4，该层卵石粒径大部分为18mm～75mm。根据该地区卵石的总含量和分布情况，将卵石依次分为松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密实卵石、中砂，共5个亚层，其中，中砂呈透镜体状分布于卵石中。

3 深基坑降水方案设计

3.1 深基坑降水方法分析

根据综合管廊布置和管廊的降水范围，通过对施工区进行地质勘测，并对地下水分布进行了分析，按照降水工程施工规范，工程决定采用深管井点降水方案，沿管廊两侧设两排降水井，呈梅花型布置（图2），土方开挖前15天开始降水，降水深度不小于基坑底1m。降水期间应严格控制降水井出砂率，以减少地面沉降。

图2 降水井平面布置示意图

管廊施工期间采用管井降水，降水井成孔直径为0.8m，井管直径为0.3m。井管由实管、过滤管、沉砂管组成。降水深度不小于基坑底1m，井管嵌入基坑底不小于8.5m，其中沉砂管长2.5m，过滤管7.5m～12.5m，实管根据井管长度进行配置。实管与井壁间填充粘土，滤水管与沉砂管四周填充砾石，砾石高度从井底至过滤管以上2.5m，砾石规格为3mm～7mm,过虑管包缠2层60目尼龙网。井口处用砾石封井，暗井井口用混凝土砌井，井管离井口0.5m，上盖重型钢制井盖。深井井点构造图如图3所示。

图3 管井井点构造图

3.2 深基坑降水计算

本工程拟采用明挖法施工，根据对工程施工现场进行地质勘测，并对地下岩土层的结构进行了分析。根据分析结果，地下第二层为冲积层，上面为粉土层，下面为卵石层，卵石层内空隙较大，其渗透系数相对较大，孔隙中充满了地下水，水流在卵石间能较好的运动，因此有较大的给水能力，而上粉土层，渗透系数较小，土层内存在少量地下水，水量较小。因此基坑开挖的涌水量主要就是基坑在卵石及砂土中的涌水量。本次涌水量计算水位埋深按5m考虑，基坑开挖深度按12m考虑，管廊底板位于卵石层。

根据本工程设计的基坑开挖方案，管廊共分8个作业面进行施工，平均每段基坑长L=450m，宽B=15m,基坑面积A=6750m²，管廊底板位于卵石层。根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）的规定，将群井简化为非完整大井，其基坑涌水量采用潜水非完整井公式计算，计算公式如下：

根据降水井施工图纸，一个作业面共需布置约60口降水井，当井数为n=60时，取设计降深以下过滤管工作长度l=5m，则nl=60×5m=300m，大于Q/q（109.56m）,过滤器需要的长度符合要求。

根据工程设计方案，降水井数量n=535，降水井深度为25m，沿管廊两侧布置，受管线和附属结构影响，部分降水井间距进行稍微调整，降水井参数如表1所示。

表1 降水井参数

3.3 深基坑降水井施工方法

管廊施工期间采用管井降水，根据土质条件和孔深，选择旋挖钻成孔，成孔直径为0.8m，井管直径为0.3m。机械施工前，人工先挖取3m深探坑，确认地下无各种管线后方可施工，并保持井径误差±20mm，垂直度误差≤1%。在井管下放入成孔前，需清除孔内的泥浆，泥浆清除后，再注入清水，防止孔内的泥浆堵塞井管。将孔内的沉渣清除后，再测量孔深，然后放入井管，井管采用混凝土制成。在放入井管前，先将井管放置在预制混凝土管斜面上，然后将下水位以下的井管用尼龙网包缠2层，再将井管缓慢放入井内。当放入的井管高出井口250mm时，接下一根井管，两根井管间需采用焊接方式进行连接，接头处需用尼龙网包缠2层，防止泥沙进入井管内，堵塞井管。当进管下入井内后，在井管周边填入砂粒和砾石作为过滤材料，砂粒和砾石的形状需保持磨圆状态，并符合设计的配比要求，过滤材料中泥沙的含量不大于3%，且砂粒和砾石的粒径保持在3mm～7mm范围内。在对井管周边填充砂粒和砾石时，需使用铁锹人工填充，采用四周同时填充的方法，并保持连续填入，防止过快的填充引起井管偏移设定的位置和出现井内砾石架空的情况。根据施工要求，保证填充的砂粒和砾石的数量大于96%的理论计算量。管井填充完成后，然后对井管进行洗井，保证成井和洗井间隔时间不超过8小时。因管井的施工采用旋挖钻成孔的方式，因此可采用潜水泵抽水的方式进行洗井，并且进行反复抽洗，直至抽出的水流为清水，在洗井过程中保证含水层中水流运行畅通，同时密切关注出水量和水位的变化。

采用抽水设备降水过程中，应定期取样测试含砂量，抽出的水含砂总量必须保证小于1/100000，当第一口降水井施工完成后，进行抽水试验，并收集相关参数，确保出水量、水位下降值满足降水设计的要求。

4 深基坑开挖施工技术

4.1 深基坑开挖围护桩支护方案

工程深基坑开挖前采用围护桩进行支护，围护桩采用旋挖钻机钻孔，并用清水加膨润土制备护壁稳定液，然后吊装钢筋笼，再采用导管法灌注水下砼成桩。施工时，为减少对邻桩的干扰，保证成桩质量，采用隔一打一的办法施工（即每隔一根桩施工一根桩），以桩间距4000mm为例，钻孔桩施工方法示意图如图4所示。

图4 钻孔桩施工方法示意图（单位：mm）

桩位测定经复核后，方可埋设护筒，护筒采用厚度10mm的钢板制作，内径较桩径大20cm，长度3m左右。钢护筒的焊缝密实，无孔洞不漏水，钢护筒在浇筑砼后立即拔除，以便下个桩位重复使用。护筒埋设完成后，采用十字校核法，再次核定桩中心位置。

钻孔过程中，泥浆制拌用制浆机加入清水、膨润土等制浆，泥浆比重控制在1.15～1.2左右，泥浆粘度控制在18～24S左右，根据地层情况调整护壁液浓度，护壁液使用后回收重复使用。

钻机开钻前，确定钻孔的位置，防止偏差，保证位置在设计范围内。钻机开始钻孔前，先缓慢进行，当钻机钻至护筒下1.0m位置时，再按照施工正常速度进行。在钻土过程中，将调配好的稳定液放下钻井内，保证稳定液的水位始终高于地下水1.0m，确保稳定液对平衡孔壁起到有利作用。当钻孔至设计标高后，按照规范要求检测孔的深度、直径和钻孔垂直度，检测合格后，对钻孔进行清孔，并保持孔内稳定液高度不变，以保护孔壁。在清孔过程中，保持孔内水头低于护筒，防止清孔过程中钻孔坍塌。清孔完成后，提取孔底以上50cm位置的泥浆进行检测，直至清孔达到要求。

钢筋笼严格按照设计加工，做好定位筋、加强圈焊接，主筋分布均匀。在钢筋笼放入钻孔内时，需进行一次性吊装，在起吊钢筋笼时，采用扁担起吊的方式，在钢筋笼顶部和底部1/3的位置设置起吊点，起吊点的位置应设置在钢筋笼强度较大的位置，即加强筋和主筋的连接处，防止钢筋笼在起吊过程中变形。在钢筋笼放入过程中，应对准孔位，在垂直方向上缓慢的放入孔内，禁止旋转放入。钢筋笼放入完成后，核实钢筋笼的对位情况，并采用拉十字线方法进行检测，钢筋笼安装深度允许偏差为±50㎜。

钢筋笼放入井孔并检测完后，在进行混凝土灌注前对孔内的沉渣进行检测，检测合格后用清水温润料斗，然后再进行水下混凝土灌注。在混凝土封底阶段，采用拔塞法进行封底，封底的阀门采用钢板制作，直径较导管大10cm左右，且密封导管口，钢板上焊接挂钩，便于提升阀门。灌注开始后，要连续进行，并尽量缩短拆除导管的间隔时间。在灌注过程中，将混凝土从漏斗口的侧面滑入导管内，并且保持连续进行，不可一次全部放满，防止混凝土内部产生气囊，影响施工质量，并且施工过程中要防止井孔坍塌。

4.2 深基坑开挖土方施工方案

本工程深基坑土方开挖施工采取挖掘机梯级传递的方式进行挖土，即采用拉槽形式分层开挖，开挖与支撑相互配合，边开挖边支撑，直至满足施工要求。具体开挖分4个步骤完成，先进行第1个步骤，当开挖到第一道钢支撑底部下0.5m后，及时施工钢支撑，第一道钢支撑作用于冠梁上。开挖过程中，先开挖中间拉槽，后开挖两侧土体，拉槽深度为支撑下4.0m，两侧土体开挖至第一道支撑下0.5m（图5（a））。开挖完成后，然后进入第2个步骤，当端头第一层支撑安装完成后，第二层开始开挖，先将上层两侧土体挖除，再开挖中间拉槽，拉槽深度为支撑下4.0m，两侧土体挖至第二道钢支撑下0.5m，第二道钢支撑位于结构顶板上方50cm（图5（b））。第2个步骤中第二道钢支撑安装完毕后，进行第3个步骤中第三层开挖，先将上层两侧土体挖除，再中间拉槽，拉槽深度为基底以上0.3m，两侧土体挖至第三道钢支撑下0.5m，第三道钢支撑位于结构中板上方0.3m（图5（c））。第3个步骤中第三道钢支撑安装完毕后，进行第4个步骤，先挖除两侧土体，再进行第三层桩间网喷支护找平，人工进行基底清理，之后施工垫层（图5（d））。

图5 土方开挖示意图

根据施工设计及地勘报告，设计土方开挖包括砂石约有25万m³，待进行管廊结构顶部回填时，将开挖后放置空地的砂石用于回填使用。

5 结论

本文以综合管廊工程为例，对工程深基坑降水设计和开挖施工技术进行了研究，并对深基坑降水方法和深基坑开挖支护方案进行了分析，可得如下结论。

（1）通过在工程区域的地质和水文分析，根据降水施工规范，工程采用深管井点降水方案，并沿管廊两侧设两排降水井。根据深基坑涌水量标准公式，对深基坑的降水进行了设计，并计算了降水井的深度，验证了管井过滤器的总长度符合施工要求。

（2）管廊施工期间采用管井降水，根据土质条件和孔深，选择旋挖钻成孔方法对管井进行施工，在降水井施工完成后，进行抽水试验，并在降水过程中，确保出水量、水位下降值满足降水设计的要求。

（3）工程深基坑开挖前采用围护桩进行支护，围护桩采用旋挖钻机钻孔，并用清水加膨润土制备护壁稳定液，然后吊装钢筋笼，再采用导管法灌注水下砼成桩。深基坑土方开挖采取挖掘机梯级传递的方式进行挖土，即采用拉槽形式分层开挖，具体开挖分4个步骤完成，并且开挖与支撑相互配合，边开挖边支撑，直至满足施工要求。

参考文献：

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[2]朱启.船闸深基坑开挖支护与降水施工分析[J].珠江水运,2023,No.576(08):103-105.

[3]李志义.软土深基坑内超前疏干降水对地下墙受力变形的影响[J].中国市政工程,2023,No.227(02):83-87+90+112.

[4]胡新达,董建宁,陈高升.软土地下深基坑减压降水成槽技术研究[J].工程技术研究,2023,8(08):41-44.

[5]何书杰.建筑施工中基坑降水施工技术分析[J].建筑技术开发,2023,50(04):77-80.