馬元宏,王亞軍

(西北有色地質(zhì)勘查局713總隊(duì),陜西商洛 726000)

密集井點(diǎn)小泵量基坑降水技術(shù)的應(yīng)用

馬元宏,王亞軍

(西北有色地質(zhì)勘查局713總隊(duì),陜西商洛 726000)

介紹了在水源補(bǔ)給充分、水位降深較大的基坑施工中,采用密集井點(diǎn)小泵量連續(xù)抽水控制地下水位,使降水漏斗曲面平緩,減小基坑周?chē)孛娉两档娘L(fēng)險(xiǎn)的方法,以及取得的良好的降水效果。

基坑降水;密集井點(diǎn);地面沉降

1 工程概況

擬建陜西省離休干部興慶休養(yǎng)所A座住宅樓,設(shè)計(jì)地上24層,地下人防設(shè)施1層,樁筏基礎(chǔ)。基坑長(zhǎng)51.5 m,寬26.5 m,最大開(kāi)挖深度6.59 mm,場(chǎng)地地下水位2.0～2.1 mm。該場(chǎng)地位于西安市興慶公園東門(mén)對(duì)面,距興慶湖直線(xiàn)距離100 m左右。擬建建筑物西側(cè)距既有建筑物(4層磚混結(jié)構(gòu))3.27 m,基坑開(kāi)挖線(xiàn)距離建筑物1.65 mm,南側(cè)距既有建筑物(3層磚混結(jié)構(gòu))3.31 m,基坑開(kāi)挖線(xiàn)距建筑外墻2.16 m,最小距離0.78 m,東側(cè)和北側(cè)距建筑物9.5 m。基坑支護(hù)西側(cè)、南側(cè)采用排樁支護(hù),東、北側(cè)采用土釘墻支護(hù)。基坑降水采用管井降水方案,根據(jù)論證擬布設(shè)10口降水井,如圖1所示(不含增1號(hào)井)。設(shè)計(jì)要求先施工2個(gè)井進(jìn)行抽水試驗(yàn),確定降水井所需的相關(guān)參數(shù),再調(diào)整降水井?dāng)?shù)量。

圖1 基坑降水設(shè)計(jì)平面圖

2 工程地質(zhì)情況及地下水情況

2.1 工程地質(zhì)情況

擬建場(chǎng)地地貌單元屬黃土梁洼區(qū),地層由人工填土、第四紀(jì)全新世沖洪積黃土狀土,殘積古土壤、沖洪積粉質(zhì)粘土組成,基坑開(kāi)挖降水深度范圍內(nèi)地層自上而下為:

①雜填土,厚度0.3～1.4 m左右,稍濕,松散;

②黃土狀土Q4al+pl,厚度1.4～2.1 m左右,軟～可塑狀態(tài),中壓縮性土,大孔發(fā)育;

③黃土Q3eol,厚度8 m左右,流塑狀態(tài),中偏高壓縮性土,孔隙發(fā)育;

④古土壤Qel,厚度4 m左右,可塑～軟塑狀態(tài),中壓縮性土;

⑤黃土Q3eol,厚度11 m左右,可塑～軟塑狀態(tài),中壓縮性土。

2.2 地下水情況

擬建場(chǎng)地地下水屬潛水類(lèi)型,主要由大氣降水和地下徑流及興慶湖側(cè)向補(bǔ)給,以自然蒸發(fā)和地下徑流排泄為主。地下水位埋深2.0 m,滲透系數(shù)8 m/24 h。

3 降水目的及降水設(shè)計(jì)

3.1 降水目的

本次降水目的主要為開(kāi)挖擬建建筑物深基坑時(shí)進(jìn)行支護(hù)、施工坑內(nèi)鉆孔灌注樁及基礎(chǔ)和地下室時(shí),保證坑內(nèi)正常施工作業(yè)。同時(shí)防止基坑外的地下水位下降對(duì)周?chē)ㄖ?、管線(xiàn)、道路的危害。

3.2 降水設(shè)計(jì)

由于基坑面積比較小,按照西安市常規(guī)降水方法,選擇坑外管井降水方案。因勘察報(bào)告未做場(chǎng)地抽水試驗(yàn),無(wú)法提供準(zhǔn)確的降水設(shè)計(jì)參數(shù),只提供了常規(guī)的滲透系數(shù)參考值。所以設(shè)計(jì)時(shí),結(jié)合場(chǎng)地地下水位較高(距地表2.0～2.1 m,西安地區(qū)通常在離地表6～8 m)、西側(cè)距興慶湖較近,水源補(bǔ)給充分且擬開(kāi)挖坑內(nèi)地層為流塑狀黃土,壓縮性偏高等實(shí)際情況,將坑底水位曲面控制的最高點(diǎn)定為距基坑底面≥1.5 m(常規(guī)0.5～1.0 m處),由此確定水位降深≥6 m,見(jiàn)圖2。

根據(jù)上述降水條件,初步確定采用小間距布設(shè)降水井,降水井間距為15 m左右(西安地區(qū)常規(guī)25～30 m)。共布設(shè)10口井,降水井設(shè)計(jì)參數(shù)為:井深25 m,管井內(nèi)徑300 mm,采用“500 mm無(wú)砂細(xì)石混凝土井管,外填石子濾料,厚度100 mm,做為濾水層,井底托盤(pán)封閉。

圖2 基坑降水?dāng)嗝鎴D

降水井完成后,要求在北側(cè)先選用2個(gè)井做抽水試驗(yàn),以確定相關(guān)參數(shù),獲得基坑中心到降水井的水位差、相鄰降水井的水位差等數(shù)據(jù)并選擇合適泵量的抽水設(shè)備。

4 降水施工試驗(yàn)、設(shè)計(jì)調(diào)整及泵量選擇

4.1 抽水試驗(yàn)

降水井按設(shè)計(jì)施工完成后,基坑西、南兩側(cè)距建筑物很近。首先在北側(cè)先用9、10號(hào)井進(jìn)行抽水試驗(yàn)。試驗(yàn)泵量首選為20 m3/h,沿著基坑中心線(xiàn)東西方向按10 m間距布監(jiān)控觀(guān)測(cè)孔3個(gè),孔深10 m,以準(zhǔn)確掌握降水場(chǎng)內(nèi)不同泵量坑內(nèi)水位變化情況和水躍值的變化。

經(jīng)過(guò)24 h連續(xù)抽水,2口井內(nèi)水位降至10.6 m和11.0 m后穩(wěn)定。擬開(kāi)挖基坑場(chǎng)地中心觀(guān)測(cè)孔距9、10號(hào)井16 m?？變?nèi)水位經(jīng)測(cè)量只下降2 m,水躍值6.6。經(jīng)分析后將泵量換為25 m3/h,又繼續(xù)抽水12 h,實(shí)測(cè)降水井內(nèi)水位深11.5 m,觀(guān)測(cè)孔水位下降0.2 m。實(shí)驗(yàn)表明,勘察報(bào)告提供的滲透系數(shù)基本是合理的,繼續(xù)抽水12 h,井內(nèi)水位不變,觀(guān)測(cè)孔內(nèi)水位下降0.3 m。隨后采用間隔抽水再行試驗(yàn),觀(guān)測(cè)孔內(nèi)水位變化不大。針對(duì)此情況,又在1、3、5、7號(hào)井內(nèi)分別下入20 m3/h的泵,保持9、10號(hào)井內(nèi)泵量不變,連續(xù)抽水16 h,降水井內(nèi)水位降到15 m深,觀(guān)測(cè)孔水位又下降0.5 m,結(jié)果仍不能滿(mǎn)足降水要求。將降水井內(nèi)水泵深度從18 m深下降到22 m深,繼續(xù)抽水16 h,此時(shí),井內(nèi)水位降到17～19 m不等,只有1號(hào)井內(nèi)水位只下降到13.8 m,但觀(guān)測(cè)孔內(nèi)水位只下降了0.8 m,離施工要求基底下水位還差2.2 m,差距較大。停泵后水位上升較快,除3、5號(hào)井內(nèi)水位上升率為1.1 m/h外,其余井均為1.8 m/h。

分析認(rèn)為3、5號(hào)井水位上升慢的原因,主要是由于南面距基坑50 m處有一高層建筑,地下室2層,基底深度距地面11.6 m,阻擋了水的滲透途徑所致。如果采用現(xiàn)在的降水措施,要達(dá)到設(shè)計(jì)降深,還必須加大降水井中水泵的深度,這樣做的后果,不利于周?chē)ㄖ锇踩?盡管基坑西側(cè)和南側(cè)采用了排樁支護(hù),但基礎(chǔ)下地層為中偏高壓縮性土,且厚度較大,在水位下降過(guò)大的情況下,沉降量必然較大,因此不宜繼續(xù)抽水,必須依據(jù)現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)降水方案進(jìn)行調(diào)整。

4.2 降水方案的調(diào)整及泵量選擇

有了上述試驗(yàn)數(shù)據(jù),綜合分析了水躍值、井內(nèi)水位變化和觀(guān)測(cè)孔內(nèi)水位變化關(guān)系,基坑周?chē)h(huán)境及臨近建筑物安全現(xiàn)狀后,認(rèn)為密集井點(diǎn)、小泵量降水對(duì)該基坑降水是適宜的,并根據(jù)幾個(gè)井內(nèi)水位的變化情況的不同,在基坑西北方向再增加一口降水井增1號(hào)井,如圖1所示,使相鄰降水井間距減小為10 m。11口降水井內(nèi)全部下入水泵同時(shí)抽水,泵量在5～10 m3/h不等。具體泵量可在抽水時(shí)調(diào)整,包括泵的下入位置。原則是在滿(mǎn)足降水深度的前提下,盡量減小水躍值,防止長(zhǎng)期連續(xù)抽水引發(fā)地面沉陷而引發(fā)事故。

5 設(shè)計(jì)修改后的降水效果

本次降水設(shè)計(jì)方案調(diào)整后,經(jīng)對(duì)各試驗(yàn)井抽水量的水位降、停泵后水位上升情況計(jì)算后,在1、2、7、9、增1號(hào)井內(nèi)下入10 m3/h的抽水泵,6、8、10號(hào)井內(nèi)下6 m3/h的抽水泵,3、4、5號(hào)井內(nèi)下5 m3/h的抽水泵。經(jīng)過(guò)36 h連續(xù)抽水,井內(nèi)水位深度下降到12.3～13.8 m不等,觀(guān)測(cè)孔內(nèi)水位在7.2 m左右。隨后對(duì)基坑進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)。經(jīng)過(guò)10天施工至坑底時(shí),地層含水量高,依然為流塑狀,分析認(rèn)為,基坑開(kāi)挖期間,由于連續(xù)抽水,有4個(gè)井內(nèi)水位降太大,有過(guò)3次間隔停泵,停泵后井內(nèi)水位上升快,導(dǎo)致基坑底水位反復(fù)升高所致。開(kāi)啟后井內(nèi)水位迅速下降,但坑內(nèi)水位變化不大,不能滿(mǎn)足施工要求,再增加降深,風(fēng)險(xiǎn)較大。考慮西安地區(qū)近幾年出現(xiàn)的降水事故,均是由于大間距、大降深,形成降水曲面陡,間隔停泵不當(dāng)?shù)仍斐?經(jīng)對(duì)本場(chǎng)地水位降曲面分析,井內(nèi)水位下降快、坑內(nèi)水位下降慢,若間隔停泵水位上升快的特點(diǎn),應(yīng)減小泵量,連續(xù)抽水,又對(duì)泵量進(jìn)行調(diào)整,保持10、9、6、8、1、2號(hào)井泵量不變,將增1、7號(hào)井變?yōu)? m3/h,3、4、5號(hào)井變?yōu)? m3/h。調(diào)整后連續(xù)抽水3天,井內(nèi)水位在12.6～13.8 m不等,坑內(nèi)水位7.4 m,再連續(xù)抽水3天后,井內(nèi)水位基本沒(méi)變,坑內(nèi)水位降到7.8 m左右,滿(mǎn)足了預(yù)期要求,按照此方法降水,歷時(shí)8個(gè)月,只有少數(shù)時(shí)間個(gè)別井內(nèi)水位降較大時(shí),停泵待水位上升一定高度后再開(kāi)泵抽水,其余均為連續(xù)抽水。

降水試驗(yàn)及降水期間,在西南兩側(cè)建筑物上設(shè)沉降變形觀(guān)測(cè)點(diǎn)8個(gè),東北兩側(cè)地面設(shè)沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)6個(gè),經(jīng)跟蹤監(jiān)測(cè),沉降量很小,不構(gòu)成安全威脅,達(dá)到了降水和安全施工的目的。

6 降水的經(jīng)濟(jì)性

本次降水若采用大泵量間隔抽水方案,每次抽水水量較大,而且現(xiàn)場(chǎng)與市政管道相接部分管徑較小,必須進(jìn)行管路改造,該項(xiàng)投資約需資金20萬(wàn)元。采用小泵量連續(xù)抽水,則原管道滿(mǎn)足排水要求,不需改造下水管道,節(jié)約了費(fèi)用。其次,小泵量抽水也降低了耗電量,該項(xiàng)目經(jīng)過(guò)對(duì)比計(jì)算,可節(jié)約資金5萬(wàn)余元。因此,小泵量連續(xù)抽水的經(jīng)濟(jì)性較好。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)在對(duì)土質(zhì)差、壓縮性高、水源補(bǔ)給充分的基坑施工,為達(dá)到降水目的,采用密集井點(diǎn)、小泵量抽水法是有效的、可行的。

(2)在建筑物密集區(qū),安全要求高的區(qū)內(nèi)降水施工,采用密集井點(diǎn)、小泵量連續(xù)降水,降水漏斗曲面平緩,從而使水躍值大大減小。在沒(méi)有回灌的條件下,可有效防止地面沉降,利于安全施工。

(3)確定合理的基坑降水方案,需根據(jù)擬建場(chǎng)地地下水位、水源、滲透系數(shù)、地層情況、周邊條件、周?chē)h(huán)境綜合考慮,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析,方能得出最佳方案。

(4)密集井點(diǎn),小泵量降水節(jié)約能源,減小浪費(fèi)。

(5)本次降水成果值得類(lèi)似項(xiàng)目參考借鑒。

[1] JGJ/T 111-98,建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 林宗元,等.巖土工程治理手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

[3] 姚謹(jǐn)英,等.建筑施工技術(shù)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2006.

Application of Foundation Pit Dewatering by Small Pumping Amount in M ultiple W ell Po ints

MA Yuan-hong,WANG Ya-jun(NO.713 General Team,North West Mining and Geological Exploration Bureau for Non-ferrous Metals, Shangluo Shaanxi 726000,China)

The paper introduced the groundwater level control by continuous small pumping amount in multiple well points for the foundation pit construction with fullwater recharge and large drawdown,which made the curved surface of dewate2 ring funnel flat,reduced the land subsidence around the foundation pit and obtained good dewatering result.

foundation pit dewatering;multiple well points;land subsidence

TU46+3

A

1672-7428(2010)04-0075-03

2010-01-06

馬元宏(1969-),男(漢族),河南鞏義人,西北有色地質(zhì)勘查局713總隊(duì)工程師,土木工程專(zhuān)業(yè),從事巖土工程、樁基工程的現(xiàn)場(chǎng)施工及管理工作,陜西省商洛市東關(guān),myhshl@163.com。