余 小 國

(武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430070)

?

武漢某大廈深基坑降水設(shè)計(jì)分析

余 小 國

(武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430070)

以武漢某大廈深基坑工程為例，結(jié)合其場地地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)了基坑降水方案，分析了降水井的成孔工藝和技術(shù)要求，并評(píng)估了降水對(duì)周邊地面沉降的影響，結(jié)果證明，該設(shè)計(jì)方案達(dá)到了預(yù)期的降水目標(biāo)。

深基坑，降水方案，地面沉降，地質(zhì)條件

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類社會(huì)需要的增長，地下空間得到大量的開發(fā)。在地下水位較高的地區(qū)進(jìn)行基坑開挖施工，極易產(chǎn)生流砂、管涌、坑壁土體坍塌等工程事故。為了保證此類地區(qū)的基坑施工安全和工程質(zhì)量，必須進(jìn)行基坑降水[1]。

1 工程概況

項(xiàng)目位于武漢市建設(shè)大道745號(hào)，該項(xiàng)目由1棟38層～55層塔樓及5層商業(yè)裙房(帶3層地下室)組成，主樓設(shè)4層地下室。基坑內(nèi)裙樓區(qū)開挖深度為-19.2 m，主樓區(qū)開挖深度為-21.2 m。地下室平面基本形狀為方形，面積約10 655 m2。

本項(xiàng)目四周高樓大廈林立，還有高壓線，燃?xì)夤艿溃斔芫€，人行道等建筑設(shè)施。根據(jù)實(shí)際工程需求，地下室區(qū)及裙樓區(qū)基坑開挖至坑底時(shí)，承壓水頭需降至-19.2 m以下，主樓區(qū)基坑開挖至坑底時(shí)，承壓水頭需降至-21.2 m以下。

2 場地地質(zhì)條件

2.1 地層條件

2.2 水文地質(zhì)條件

3 降水方案設(shè)計(jì)

3.1 概述

基坑周邊環(huán)境非常復(fù)雜，要求降水引起的地表沉降控制在允許范圍內(nèi)，以保證周邊建筑及管線的安全。為了減輕對(duì)周邊建筑物的影響，基坑先采用地下連續(xù)墻加三軸攪拌樁加高壓旋噴樁的形式圍護(hù)，然后再合理的計(jì)算涌水量、管井?dāng)?shù)及分布。

3.2 水文地質(zhì)參數(shù)的選取及計(jì)算

根據(jù)抽水試驗(yàn)資料，場地承壓含水層概化滲透系數(shù)K=15 m/d。影響半徑根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式確定：

(1)

其中，R為影響半徑，m；S為管井中水位降深，9 m；K為承壓含水層滲透系數(shù)，取15 m/d。計(jì)算得R≈348 m。

3.3 基坑涌水量的估算

基坑涌水量用大井法計(jì)算，承壓非完整井公式如下：

(2)

R0=r0+R

(3)

其中，Q為基坑涌水量,m3/d；M0為含水層厚度，取24 m；S為基坑設(shè)計(jì)水位降深，取9 m(基坑深度皆取主樓的21.7 m)；r0為引用半徑，取61 m(基坑概化為規(guī)則的方形，r0=0.59a，邊長a≈103 m)；R0為含水層的引用補(bǔ)給半徑，m。計(jì)算得Q≈10 693 m3/d。

3.4 單井最大允許出水量的估算

根據(jù)場地水文地質(zhì)條件，降水井應(yīng)深入地下S2f的砂巖中，完整井深為38 m，過濾器進(jìn)水部分長度為16 m。管井的單井最大允許出水量可按下列規(guī)定確定：

(4)

其中，q為單井最大允許出水量，m3/d；D為過濾管直徑，取0.273 m；l為過濾器進(jìn)水部分長度，取16 m。計(jì)算得q≈1 098 m3/d。

管徑數(shù)量和井間距按下式初步確定：

(5)

(6)

其中，n為管井?dāng)?shù)量；L為基坑周長，取412 m；α為基坑間距，m。代入式(3)，式(4)計(jì)算結(jié)果，n≈12，α=34 m。假設(shè)管井沿基坑邊緣均勻布置，則組成的承壓干擾完整井群對(duì)基坑中心點(diǎn)的降深可用如下公式計(jì)算：

(7)

其中，Ssum為基坑中心總降深，m；ri為管井到基坑中心點(diǎn)的距離，m。經(jīng)驗(yàn)算，Ssum≈9.1 m，滿足設(shè)計(jì)水位降深要求。井位的布置情況如圖1所示。

3.6 降水井需滿足的技術(shù)要求

1)采用沖擊成孔，避免使用濃泥漿，防止泥漿堵塞濾水通道。鉆機(jī)到位后，要安裝穩(wěn)正，鉆孔開鑿圓、正、直，井身傾斜度不超過1°。2)井管壁厚不得小于5 mm，濾水段開孔φ18 mm，開孔率不小于20%，包三層80目濾網(wǎng)，井管連接段密封可靠，井管居中，偏差不大于1 cm。3)濾料規(guī)格為1.0～3.0連續(xù)級(jí)配石英砂，動(dòng)水投濾料，投放濾料時(shí)應(yīng)沿井管連續(xù)均勻填入，要求密實(shí)。投粘土球止水應(yīng)搗實(shí)，不架空，發(fā)現(xiàn)中間卡塞時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，并測量記錄其位置和數(shù)量，以保證填封密實(shí)。4)自下而上逐段洗井，至水清砂凈?；又苓吔邓纳罹梅胖蒙疃燃s25 m。5)抽水30 min(穩(wěn)定流)取水樣，含砂量控制在1/50 000以下。如抽水超過3個(gè)月時(shí)含砂量應(yīng)小于1/100 000。成井完后，應(yīng)立即采用活塞洗井，保證水位變化靈敏。 降水井結(jié)構(gòu)圖見圖2。

4 降水引起地表沉降估算

基坑開挖及降水后，承壓水位降低使周邊土層產(chǎn)生附加荷載而導(dǎo)致相應(yīng)的沉降[2]，從而引起周邊建筑的變形破壞。根據(jù)規(guī)范，承壓水引起的最大沉降可用下式估算：

(8)

其中,Sω為降水引起的地面沉降值，cm；Ms為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取經(jīng)驗(yàn)值0.30～0.90；Δσi為水位下降引起的各地層有效應(yīng)力增量,kPa；Δhi為受降水影響的各地層厚度,cm；Esi為各地層的壓縮模量,MPa；n為計(jì)算的地層層數(shù)。

用理正軟件通過式(8)計(jì)算得周邊水位下降引起建筑物各點(diǎn)最大沉降量4.1 cm，最小沉降量2.9 cm。經(jīng)大量武漢工程實(shí)踐表明：在粘性土層中，降水時(shí)間達(dá)180 d，其固結(jié)度不超過20%，其沉降量在降水啟動(dòng)后，沉降滯后效應(yīng)非常明顯，在合理的降水設(shè)計(jì)和良好的施工質(zhì)量的前提下，降水引起的地面沉降量一般小于預(yù)測計(jì)算值，且沉降比較均勻[3]。因此，在基坑開挖過程中，降水應(yīng)遵循“按需降水，分層降水”的原則，并切實(shí)監(jiān)視地下水位和地面沉降、地面變形，以便作出應(yīng)急反應(yīng)。

5 結(jié)語

基坑工程是系統(tǒng)工程，基坑降水設(shè)計(jì)需要結(jié)合場地各種地質(zhì)環(huán)境條件。后期群井降水3 d后達(dá)到預(yù)期降水目標(biāo)，說明本次基坑降水設(shè)計(jì)基本滿足工程要求。通過本文研究，總結(jié)以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：1)管井降水在長江邊上砂土含水層中有較好的效果，可為該地區(qū)基坑降水設(shè)計(jì)提供參考。2)管井降水設(shè)計(jì)合理性的前提是地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確的地質(zhì)資料提供準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)參數(shù)，故地質(zhì)勘察是后續(xù)工作的基礎(chǔ)。3)合理的概化計(jì)算模型是降水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本次基坑降水設(shè)計(jì)中將含水層概化為均值各向同性，基坑概化為方形，基坑深度皆取以主樓為準(zhǔn)，沉降量計(jì)算中將壓縮模量相近的粘土層合并。 4)基坑降水引起地面沉降是不可避免的，需要采取相應(yīng)的措施及應(yīng)急預(yù)案。本次設(shè)計(jì)中采取地下連續(xù)墻止水帷幕，然后再布置管井抽水。抽水過程中隨時(shí)監(jiān)測水位降深及周邊地面沉降，隨時(shí)調(diào)整抽水措施。

[1] 王 蓉.西安地鐵五路口車站基坑降水設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2009,35(27):111-112.

[2] 金小榮，俞建霖.基坑降水引起周圍土體沉降性狀分析[J].巖土力學(xué)，2005,26(10):1575-1581.

[3] 何 爽，馮曉臘.長江隧道深基坑降水技術(shù)的應(yīng)用[J].山西建筑，2007,33(34):24.

[4] 張永波，孫新忠.基坑降水工程[M].北京:地震出版社，2000.

Dewatering design analysis of a deep foundation pit of a building in Wuhan

Yu Xiaoguo

(Wuhan Geological Survey Foundation Engineering Limited Company, Wuhan 430070, China)

According to the geological condition of a deep foundation pit of a building in Wuhan, and the dewatering scheme of foundation pit is designed. Analyzed the precipitation wells into hole process and technology, and the influence of dewatering on the surface settlement is also evaluated. The results show that the design meets the expected goals of dewatering precipitation.

deep foundation pit, dewatering scheme, surface settlement, geological condition

1009-6825(2016)34-0060-02

2016-09-27

余小國(1974- )，男，碩士，高級(jí)工程師

TU463

A