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摘要：本文结合闸北区406地块的工程实例，根据工程特有情况选择针对性的深基坑降水技术方案， 工程实践表明， 该方案保证了相邻建筑的安全，同时降水效果良好，可为同类工程提供参考借鉴。
关键词：高层建筑；深基坑；降水；设计；施工工艺
一、工程概况
项目位于上海市闸北区，恒丰路以东，共和路以南，民立路以西，汉中路以北，地块红线内占地面积约为16064m2，建筑主要由1栋25层高层办公楼，1栋10层商业用房及3层地下车库构成，小区总建筑面积为123555.35m2，其中地上建筑面积为95446.53m2，地下建筑面积28108.82m2。
本项目基坑开挖总面积9851m2，结合施工筹划及地下室结构布置划分为一区、二区、三区。其中一区开挖深度14.3m和13.8m；二区开挖深度13.8m；三区开挖深度10m。
二、降水目的
降低基坑内和坑底下土体的含水量，提高坑内土体水平抗力，从而减少坑底隆起和围护结构的变形量。
1．加固基坑内和坑底下的土体，提高坑内土体抗力，从而减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止坑外地表过量沉降。
2．有利边坡稳定，防止纵向滑坡。
3．疏干坑内地下水，方便挖掘机和工人在坑内施工作业。
4．及时降低下部承压含水层的承压水水头高度，将其降至安全的水头高度，以防止基坑底部突涌的发生，确保施工时基坑底板的稳定性。
降水方案选择。结合施工现场情况，可供选择的降水方案有疏干井降水和减压井降水两种， 经考虑工程采用疏干井，其降水最大深度可至20m以下，且施工工艺简单，成井速度较快。同时其管井在基坑开挖中易于拆除。它改善了施工条件，提高了功效，同时也加快了工程进度。
三、基坑降水设计
（一）降水思路
根据基坑开挖深度，按照基坑水位降至基底以下1～2m的原则。初步设计疏干井井深为20.00m，井孔直径600mm，井管选择外径为φ400mm混凝土管和混凝土滤管，其中混凝土管单节长度4m，滤水管单节长度4m(孔呈梅花形布置)，每道深井由3节混凝土滤管和1节混凝土管组成(在管井底加焊1mm厚的鋼板，防止潜水泵在抽水时堵塞)。
施工时采用本工程选用鲁济干-150型工程钻机，降水井孔径为600mm，成孔采用正循环自然泥浆造浆，泥浆护壁回转钻进成孔，钻头选用带保径圈的三翼钻头，钻头直径选用550mm。
根据施工经验，使用这些钻头施工稳定性好，能确保成孔质量，能有效控制成孔中的缩径现象，为确保工程质量奠定基础。
（二）设计计算
由于井点系统涌水量以水井理论为依据，该降水井井底为不透水层且布置在两层无压力的含水层之间，所以涌水量的计算以无压完整井的理论为依据进行设计计算。渗透系数K由单井抽水试验及工程地质报告确定为0.4～2m/d，取1.6m/d。
1．影响半径
式中：R———影响半径，m；
S———水位降深，取16m；
H———含水层厚度，取21m；
K———土层渗透系数，取1.6m/d。则R=180.86m
2．引用半径
因为A/B=59/13=4.538>3
式中A———基坑长度，取59m；
B———基坑宽度，取13m；则引用半径采用公式ro=P/2π进行计算
式中P———基坑周长，取144m；
ro———引用半径，m。
所以ro=P/2π=144/2π=22.92m
3．基坑总涌水量计算
式中Q———基坑涌水量，m3/d；
K———土的渗透系数，m/d；
H———含水层厚度，m；
S———水位降低值，m
R———抽水影响半径，m；
X———基坑假想半径，m；
X=F/π，F为基坑面积。
经计算，Q=827.31m3/d。
4．单井涌水量
式中q———单井出水量，m3/d；
r———过滤管半径，m；
l———过滤管长度，m；
k———土的渗透系数，m/d；
q=65×π×0.4×4×0.41/3=240.73m3/d
5．疏干井分析计算
为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量，本工程需要疏干的层位包括①、②、③及④层上部潜水。
坑内疏干井数量按下式确定：
n=A／a井式中：
式中：n-井数(口)；
A-基坑需疏干面积(m2)；
a井-单井有效疏干面积(m2)；
根据我公司多年的基坑降水施工经验，单井有效抽水面积a lJf的经验值为150m2～250m2，本次取180m2／口。详见“疏干井及试验井及减压井井结构图”(图1)。
基坑未加固区域总面积：
A≈7050m2，
N=A／a井=7050／180≈39口
所以基坑总体布置39口疏干井及2口减压井，疏干井井深为20.00m，减压井井深30mm。
详见疏干井及减压井平面布置示意图”(图1)；井结构图详见“疏干井及减压井井结构图”(图2)。
图1 疏干井平面布置示意图
图2减压井平面布置示意图
四、降水施工工艺
（一）工艺流程
准备工作→钻机进场→定位安装→钻孔、清孔→下护口管→钻进→终孔后冲孔换浆→下井管→稀释泥浆→填砂→止水封孔→成井→下泵试抽→记录。
（二）施工技术措施
1．在定位井点位置前结合围护结构施工图，使井点的位置与基坑中架设的支撑相互避开。
2．选用鲁济干-150型工程钻机成孔，钻孔直径600mm；孔口设置钢护筒，钻至设计深度后用正循环方法清孔，施工中控制孔斜偏差小于1%。
3．探测孔深满足设计深度后按顺序下放井管。首先仔细检查滤网包扎质量(在滤管外围采用两层纱网包扎裹紧)，然后轻提慢放并使井管居中(单节管节上沿着管口对称焊有2个φ16mm的吊环，用于吊放管节)，两管连接处均有预埋铁环，铁环接缝处采用电焊焊接，确保抽水过程中不漏水。
4．当上部孔壁缩径或孔底淤塞时，管井下放时边向孔内注水边慢慢放入。禁止上下提拉或强行冲击。
5．在井壁间隙回填φ4mm～φ10mm细砾石至地面以下2.0m，孔口部分用黏土填实，回填时按照要求利用井壁上设的对中线确保井壁四周填层厚度均匀。
6．下管回填完细砾石后及时进行洗井，采用空气压缩机的方法进行洗井，至井口返出清水为止，洗井控制标准如下：
（1）洗井前后2次抽水，涌水量相差小于15%；
（2）洗井后，井内沉渣不上升；
7．试抽：应满足单井抽水量400m3/d。
8．降水过程中随着基坑内水位下降，基坑边邻近建筑物、管线及周边地表基础下水的浮力减少，使地基荷载增大，从而造成结构物的下沉，因此要加强对基坑周围布设6个观测孔的监测；洗井成功后即进入井管的降水过程。
（三）降水井封堵
根据基坑施工进度计划，在底板垫层浇筑前，坑内疏干降水井即可封闭。封井时为考虑基坑底板的安全，建议每800㎡留一口井作为泄压井以减小地下水的浮力对底板造成的危害。封井采取在井管内先填瓜子片然后注浆再灌注细石混凝土的封堵方法，基本操作顺序及有关技术要求如下：
1．当本基坑挖至设计标高后，在基坑底开挖面以上25cm处，在井管外焊一止水板，止水板外圈直径φ600mm，并在底板混凝土浇筑前封堵。
2．降水运行结束封井前，先预搅拌1.00m3左右的水泥浆，水灰比0.4～0.5。
3．井管内填入瓜子片，瓜子片的回填高度在滤水管的顶端以上1.00m左右。
4．井管内下入注浆管，注浆管的底端下入深度离瓜子片的回填高度以上1.00m左右。
5．在井管内设置一个压板，与注浆管连接并由注浆管送入井内，压板的放置深度离瓜子片的回填高度以上3.00m左右。
6．正式注浆前井管口用钢筋作支撑，将注浆管固定，然后开始注浆，注浆时要求将水泥浆通过瓜子片的空隙渗入底部滤水管的周围将滤水管的缝隙堵死，一般要将预拌的水泥浆注完。
7．注浆完毕，水泥浆达到初凝的时间后，抽出井管内压板以上的残留水，并及时观测井管内的水位深度或标高的变化情况。一般观测2～4小时后，井管内的水位无明显的升高，说明注浆的效果较好。
8．当判定已达到注浆的效果后，即向井管内灌入混凝土，混凝土的灌入高度略低于基坑底板混凝土面約10cm。混凝土灌注结束，及时观测井管内水位的变化情况，以判断封堵的实际效果。
9．待井管内混凝土的初凝能符合要求，并能确定封堵的实际效果满足要求后，即可割去所有外露的井管。
10．井管割去后，在管口要用铁板焊封，管口低于基底混凝土面以下10cm左右。
11．管口焊封后，用水泥砂浆填入孔洞抹平，封井工作完毕。
五、基坑底板稳定性分析
本工程第⑦层有承压水，本次勘察期间所侧承压水水位为7.5m。当承压水头7.5m，基坑开控深度14.9m时，C10号孔坑底开挖面以下承压水层顶板间覆盖土的自重压力Pcz与承压水压力Pwy比值等于1.19>1.10基坑不稳定。
根据上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》(DGJl08-37.2002)中11.3.3条计算判别：基坑突涌计算时按最不利条件，(承压水头3.0m)考虑，基坑开挖深度14.9m时，C10号孔坑底开挖面以下至承压水层顶板问覆盖土的自重力Pcz与承压水力Pwy比值等于0.98<1.10，基坑突涌。所以在基坑中一区需要布置两口减压井。
六、降水运行
1．基坑内的降水管井应在基坑开挖前二十天进行，做到能及时降低围护内基坑中的地下水位。
2．降水管井抽水时，潜水泵的抽水间隔时间自短至长，每次抽水井内水抽干后，应立即停泵，对于出水量较大的井每天开泵的抽水的次数相应要增多，作到勤抽勤停。
单井出水量统计方法有二：一用大口径自来水表，二可根据深井水泵额定流量（m3/h）来统计。我们根据历次降水工程实践，发现自来水表（清水表）对于含有些微泥砂的地下水无能为力。
主要是深井泵启动之瞬间，会有些微沉淀于井底的泥砂被吸入泵内，泥砂随水流出后，很快会在自来水表内淤积，使水表的转动部分逐渐失去功能，时常不转，使统计的误差加大。而根据深井水泵的额定流量（m3/h）统计，用秒表计时，简易可靠，误差小，较为可行。我们根据出水时间统计出水量。
3．降水管井的井管暴露部分随开挖进度分层分割并回收。
4．降水运行过程中对降水运行的记录，应及时分析整理，绘制各种必要图表，以合理指导降水工作，提高降水运行的效果。降水运行记录每天提交一份，对停抽的井应及时测量水位，每天1～2次。
参考文献：
[1]张永波，孙新忠．基坑降水工程[M] ．北京：地震出版社，2000．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：高层建筑；深基坑；降水；设计；施工工艺
一、工程概况
项目位于上海市闸北区，恒丰路以东，共和路以南，民立路以西，汉中路以北，地块红线内占地面积约为16064m2，建筑主要由1栋25层高层办公楼，1栋10层商业用房及3层地下车库构成，小区总建筑面积为123555.35m2，其中地上建筑面积为95446.53m2，地下建筑面积28108.82m2。
本项目基坑开挖总面积9851m2，结合施工筹划及地下室结构布置划分为一区、二区、三区。其中一区开挖深度14.3m和13.8m；二区开挖深度13.8m；三区开挖深度10m。
二、降水目的
降低基坑内和坑底下土体的含水量，提高坑内土体水平抗力，从而减少坑底隆起和围护结构的变形量。
1．加固基坑内和坑底下的土体，提高坑内土体抗力，从而减少坑底隆起和围护结构的变形量，防止坑外地表过量沉降。
2．有利边坡稳定，防止纵向滑坡。
3．疏干坑内地下水，方便挖掘机和工人在坑内施工作业。
4．及时降低下部承压含水层的承压水水头高度，将其降至安全的水头高度，以防止基坑底部突涌的发生，确保施工时基坑底板的稳定性。
降水方案选择。结合施工现场情况，可供选择的降水方案有疏干井降水和减压井降水两种， 经考虑工程采用疏干井，其降水最大深度可至20m以下，且施工工艺简单，成井速度较快。同时其管井在基坑开挖中易于拆除。它改善了施工条件，提高了功效，同时也加快了工程进度。
三、基坑降水设计
（一）降水思路
根据基坑开挖深度，按照基坑水位降至基底以下1～2m的原则。初步设计疏干井井深为20.00m，井孔直径600mm，井管选择外径为φ400mm混凝土管和混凝土滤管，其中混凝土管单节长度4m，滤水管单节长度4m(孔呈梅花形布置)，每道深井由3节混凝土滤管和1节混凝土管组成(在管井底加焊1mm厚的鋼板，防止潜水泵在抽水时堵塞)。
施工时采用本工程选用鲁济干-150型工程钻机，降水井孔径为600mm，成孔采用正循环自然泥浆造浆，泥浆护壁回转钻进成孔，钻头选用带保径圈的三翼钻头，钻头直径选用550mm。
根据施工经验，使用这些钻头施工稳定性好，能确保成孔质量，能有效控制成孔中的缩径现象，为确保工程质量奠定基础。
（二）设计计算
由于井点系统涌水量以水井理论为依据，该降水井井底为不透水层且布置在两层无压力的含水层之间，所以涌水量的计算以无压完整井的理论为依据进行设计计算。渗透系数K由单井抽水试验及工程地质报告确定为0.4～2m/d，取1.6m/d。
1．影响半径
式中：R———影响半径，m；
S———水位降深，取16m；
H———含水层厚度，取21m；
K———土层渗透系数，取1.6m/d。则R=180.86m
2．引用半径
因为A/B=59/13=4.538>3
式中A———基坑长度，取59m；
B———基坑宽度，取13m；则引用半径采用公式ro=P/2π进行计算
式中P———基坑周长，取144m；
ro———引用半径，m。
所以ro=P/2π=144/2π=22.92m
3．基坑总涌水量计算
式中Q———基坑涌水量，m3/d；
K———土的渗透系数，m/d；
H———含水层厚度，m；
S———水位降低值，m
R———抽水影响半径，m；
X———基坑假想半径，m；
X=F/π，F为基坑面积。
经计算，Q=827.31m3/d。
4．单井涌水量
式中q———单井出水量，m3/d；
r———过滤管半径，m；
l———过滤管长度，m；
k———土的渗透系数，m/d；
q=65×π×0.4×4×0.41/3=240.73m3/d
5．疏干井分析计算
为确保基坑顺利开挖，需降低基坑开挖深度范围内的土体含水量，本工程需要疏干的层位包括①、②、③及④层上部潜水。
坑内疏干井数量按下式确定：
n=A／a井式中：
式中：n-井数(口)；
A-基坑需疏干面积(m2)；
a井-单井有效疏干面积(m2)；
根据我公司多年的基坑降水施工经验，单井有效抽水面积a lJf的经验值为150m2～250m2，本次取180m2／口。详见“疏干井及试验井及减压井井结构图”(图1)。
基坑未加固区域总面积：
A≈7050m2，
N=A／a井=7050／180≈39口
所以基坑总体布置39口疏干井及2口减压井，疏干井井深为20.00m，减压井井深30mm。
详见疏干井及减压井平面布置示意图”(图1)；井结构图详见“疏干井及减压井井结构图”(图2)。
图1 疏干井平面布置示意图
图2减压井平面布置示意图
四、降水施工工艺
（一）工艺流程
准备工作→钻机进场→定位安装→钻孔、清孔→下护口管→钻进→终孔后冲孔换浆→下井管→稀释泥浆→填砂→止水封孔→成井→下泵试抽→记录。
（二）施工技术措施
1．在定位井点位置前结合围护结构施工图，使井点的位置与基坑中架设的支撑相互避开。
2．选用鲁济干-150型工程钻机成孔，钻孔直径600mm；孔口设置钢护筒，钻至设计深度后用正循环方法清孔，施工中控制孔斜偏差小于1%。
3．探测孔深满足设计深度后按顺序下放井管。首先仔细检查滤网包扎质量(在滤管外围采用两层纱网包扎裹紧)，然后轻提慢放并使井管居中(单节管节上沿着管口对称焊有2个φ16mm的吊环，用于吊放管节)，两管连接处均有预埋铁环，铁环接缝处采用电焊焊接，确保抽水过程中不漏水。
4．当上部孔壁缩径或孔底淤塞时，管井下放时边向孔内注水边慢慢放入。禁止上下提拉或强行冲击。
5．在井壁间隙回填φ4mm～φ10mm细砾石至地面以下2.0m，孔口部分用黏土填实，回填时按照要求利用井壁上设的对中线确保井壁四周填层厚度均匀。
6．下管回填完细砾石后及时进行洗井，采用空气压缩机的方法进行洗井，至井口返出清水为止，洗井控制标准如下：
（1）洗井前后2次抽水，涌水量相差小于15%；
（2）洗井后，井内沉渣不上升；
7．试抽：应满足单井抽水量400m3/d。
8．降水过程中随着基坑内水位下降，基坑边邻近建筑物、管线及周边地表基础下水的浮力减少，使地基荷载增大，从而造成结构物的下沉，因此要加强对基坑周围布设6个观测孔的监测；洗井成功后即进入井管的降水过程。
（三）降水井封堵
根据基坑施工进度计划，在底板垫层浇筑前，坑内疏干降水井即可封闭。封井时为考虑基坑底板的安全，建议每800㎡留一口井作为泄压井以减小地下水的浮力对底板造成的危害。封井采取在井管内先填瓜子片然后注浆再灌注细石混凝土的封堵方法，基本操作顺序及有关技术要求如下：
1．当本基坑挖至设计标高后，在基坑底开挖面以上25cm处，在井管外焊一止水板，止水板外圈直径φ600mm，并在底板混凝土浇筑前封堵。
2．降水运行结束封井前，先预搅拌1.00m3左右的水泥浆，水灰比0.4～0.5。
3．井管内填入瓜子片，瓜子片的回填高度在滤水管的顶端以上1.00m左右。
4．井管内下入注浆管，注浆管的底端下入深度离瓜子片的回填高度以上1.00m左右。
5．在井管内设置一个压板，与注浆管连接并由注浆管送入井内，压板的放置深度离瓜子片的回填高度以上3.00m左右。
6．正式注浆前井管口用钢筋作支撑，将注浆管固定，然后开始注浆，注浆时要求将水泥浆通过瓜子片的空隙渗入底部滤水管的周围将滤水管的缝隙堵死，一般要将预拌的水泥浆注完。
7．注浆完毕，水泥浆达到初凝的时间后，抽出井管内压板以上的残留水，并及时观测井管内的水位深度或标高的变化情况。一般观测2～4小时后，井管内的水位无明显的升高，说明注浆的效果较好。
8．当判定已达到注浆的效果后，即向井管内灌入混凝土，混凝土的灌入高度略低于基坑底板混凝土面約10cm。混凝土灌注结束，及时观测井管内水位的变化情况，以判断封堵的实际效果。
9．待井管内混凝土的初凝能符合要求，并能确定封堵的实际效果满足要求后，即可割去所有外露的井管。
10．井管割去后，在管口要用铁板焊封，管口低于基底混凝土面以下10cm左右。
11．管口焊封后，用水泥砂浆填入孔洞抹平，封井工作完毕。
五、基坑底板稳定性分析
本工程第⑦层有承压水，本次勘察期间所侧承压水水位为7.5m。当承压水头7.5m，基坑开控深度14.9m时，C10号孔坑底开挖面以下承压水层顶板间覆盖土的自重压力Pcz与承压水压力Pwy比值等于1.19>1.10基坑不稳定。
根据上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》(DGJl08-37.2002)中11.3.3条计算判别：基坑突涌计算时按最不利条件，(承压水头3.0m)考虑，基坑开挖深度14.9m时，C10号孔坑底开挖面以下至承压水层顶板问覆盖土的自重力Pcz与承压水力Pwy比值等于0.98<1.10，基坑突涌。所以在基坑中一区需要布置两口减压井。
六、降水运行
1．基坑内的降水管井应在基坑开挖前二十天进行，做到能及时降低围护内基坑中的地下水位。
2．降水管井抽水时，潜水泵的抽水间隔时间自短至长，每次抽水井内水抽干后，应立即停泵，对于出水量较大的井每天开泵的抽水的次数相应要增多，作到勤抽勤停。
单井出水量统计方法有二：一用大口径自来水表，二可根据深井水泵额定流量（m3/h）来统计。我们根据历次降水工程实践，发现自来水表（清水表）对于含有些微泥砂的地下水无能为力。
主要是深井泵启动之瞬间，会有些微沉淀于井底的泥砂被吸入泵内，泥砂随水流出后，很快会在自来水表内淤积，使水表的转动部分逐渐失去功能，时常不转，使统计的误差加大。而根据深井水泵的额定流量（m3/h）统计，用秒表计时，简易可靠，误差小，较为可行。我们根据出水时间统计出水量。
3．降水管井的井管暴露部分随开挖进度分层分割并回收。
4．降水运行过程中对降水运行的记录，应及时分析整理，绘制各种必要图表，以合理指导降水工作，提高降水运行的效果。降水运行记录每天提交一份，对停抽的井应及时测量水位，每天1～2次。
参考文献：
[1]张永波，孙新忠．基坑降水工程[M] ．北京：地震出版社，2000．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。