楊冬雪， 李志虎

(北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048)

管井降水是一種設(shè)備簡(jiǎn)單、排水效率高的降水方法，在地下工程的施工中有廣泛的應(yīng)用。在拉薩鄰近河岸的京藏交流中心基坑工程中，通過(guò)實(shí)際抽水試驗(yàn)驗(yàn)算修正相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以實(shí)際施工效果結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，合理對(duì)施工工藝和管理進(jìn)行優(yōu)化，以增強(qiáng)降水方案的科學(xué)性，提高降水效率。

1 工程概況及水文地質(zhì)條件

1.1 工程概況

拉薩鄰近河岸的京藏交流中心工程，基坑西側(cè)酒店區(qū)域開(kāi)挖深度為6.202～7.206 m，基坑?xùn)|側(cè)住宅及公寓區(qū)域開(kāi)挖深度為4.685～7.040 m，場(chǎng)地東南側(cè)鄰近拉薩河，最近距離約45.4 m。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地位于拉薩河I級(jí)階地，為河流沖(洪)積地貌，地形單一，整體較為平坦，部份場(chǎng)地已平整。擬建場(chǎng)地主要為人工填土、中砂、圓礫及卵石土。

人工填土(Q4ml)，灰色，主要成分為砂土和卵礫石，結(jié)構(gòu)松散，干，卵礫石粒徑5～90 mm，占30%～45%，砂含量占20%～30%，為新近回填。

填土下方均為卵石土底層，灰色，稍濕-飽和，松散，主要成分為卵石夾中粗砂，卵石母巖成分為花崗巖、石英砂巖。卵石磨圓度較好，分選性和級(jí)配中等，厚度在0.5～6.1 m。

勘察場(chǎng)地的地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水，以徑流、排泄、蒸發(fā)及滲透等方式進(jìn)行循環(huán)。松散巖類孔隙水主要賦存于第四系沖(洪)積地層中，富水性較好，透水性較強(qiáng)，與拉薩河貫通?？辈炱陂g處于相對(duì)平水期，沒(méi)有到達(dá)最高的汛期水位，勘察時(shí)地下水位埋深為3.25～4.35 m，地下水位高程為3654.160～3654.210 m。

2 降水方案初步設(shè)計(jì)

2.1 降水方案確定

基坑開(kāi)挖受地下水影響，需將孔隙潛水水位降低至基坑槽底以下0.5～1.0 m。本項(xiàng)目基坑面積約為52637 m2，擬采用管井降水方案。根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際條件及土建工程，本次設(shè)計(jì)按整體降水考慮，降水井布置沿基坑外側(cè)封閉布置。降水井直徑0.6 m，井間距為8 m。

2.2 勘察建議設(shè)計(jì)參數(shù)取值

根據(jù)場(chǎng)區(qū)勘察報(bào)告，地下水類型為潛水，且含水層深厚，勘察報(bào)告給出滲透系數(shù)建議值為120～150 m/d。考慮到本項(xiàng)目鄰近河岸的工程特點(diǎn)，地下水位補(bǔ)給較快，基坑涌水量難以準(zhǔn)確估計(jì)，為確保水量計(jì)算準(zhǔn)確和降水施工效率，需在正式施工前進(jìn)行抽水試驗(yàn)，以對(duì)水文參數(shù)進(jìn)行修正。

3 抽水試驗(yàn)及降水優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 抽水試驗(yàn)

3.1.1 抽水試驗(yàn)的目的

場(chǎng)地的地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水，主要賦存于第四系沖(洪)積地層中，富水性較好，透水性較強(qiáng)，與拉薩河貫通。由于基坑開(kāi)挖過(guò)程中需揭穿潛水，因此能否成功控制地下水是該工程順利完成施工的關(guān)鍵。為此，針對(duì)該層需進(jìn)行專門的水文地質(zhì)試驗(yàn)，需要利用滲透系數(shù)K值計(jì)算地下水涌水量，從而為基坑降水設(shè)計(jì)中的井點(diǎn)位置、井?dāng)?shù)和降水井間距提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)依據(jù)。

3.1.2 抽水試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正式施工前，首先進(jìn)行單井抽水試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)的目的、設(shè)計(jì)要求，結(jié)合場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件，在深入分析含水層的巖性、厚度、透水性等特性的基礎(chǔ)上，抽水試驗(yàn)針對(duì)孔隙潛水含水層布置了1眼抽水井和不同距離的2眼觀測(cè)井。抽水試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 抽水試驗(yàn)井平面布置圖

3.1.3 抽水試驗(yàn)結(jié)果

抽水試驗(yàn)共進(jìn)行了穩(wěn)定流量的兩個(gè)落程試驗(yàn)。第一落程延續(xù)約9 h，穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間超過(guò)7 h，涌水量76.31 m3/h；第二落程延續(xù)約9 h，穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間超過(guò)7 h，受水泵質(zhì)量限制，涌水量為94.11 m3/h。

抽水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)如表1所示。

3.1.4 水文參數(shù)修正

表1 抽水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)

根據(jù)本次試驗(yàn)實(shí)際情況，兩次降深均為定流量、穩(wěn)定降深抽水過(guò)程，完全符合穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)原理，可依據(jù)裘布衣公式原理進(jìn)行求參數(shù)。

參數(shù)計(jì)算采用了穩(wěn)定流非完整井公式，公式選擇以《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50027-2001)及《供水水文地質(zhì)手冊(cè)》為依據(jù)，選用2個(gè)觀測(cè)井時(shí)，將相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入后進(jìn)行求參數(shù)。

式中：H——井底至初始水位高度，m；Q——主井出水量，m3/d；r1、r2——分別為主井距觀測(cè)井1、2的距離，m；S1、S2——分別為觀測(cè)井1、觀測(cè)井2的水位降深，m；l——過(guò)濾器工作段長(zhǎng)度，m。

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)結(jié)果，利用上述公式計(jì)算出含水層滲透系數(shù)，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

(1)本次試驗(yàn)為潛水含水層，其巖性主要為卵石②1層～②3層，2016年7月勘察期間觀測(cè)水頭標(biāo)高3654.210 m(埋深3.79 m)，根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，滲透系數(shù)為246.2～261.5 m/d。

(2)經(jīng)綜合分析，本場(chǎng)區(qū)潛水含水層滲透系數(shù)推薦值K=260 m/d。

3.2 降水優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)勘察資料及結(jié)構(gòu)資料，場(chǎng)地東南側(cè)鄰近拉薩河，本次設(shè)計(jì)采用“岸邊降水”計(jì)算模型進(jìn)行基坑涌水量計(jì)算，并分別以潛水非完整井和潛水完整井兩種方法計(jì)算，對(duì)計(jì)算結(jié)果比對(duì)分析[3]。

3.2.1 “岸邊降水”潛水非完整井計(jì)算

式中：Q——基坑涌水量，m3/d；K——滲透系數(shù)，m/d；S——基坑水位降深，m；b——基坑中心到岸邊的距離，m；r0——基坑等效半徑，m；l——過(guò)濾器長(zhǎng)度，m。

基坑涌水量計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 基坑涌水量計(jì)算參數(shù)

3.2.2 “岸邊降水”潛水完整井計(jì)算

由于地下水含水層巨厚，可將含水層厚度修正后，采用“岸邊降水”潛水完整井計(jì)算模型，公式如下：

式中：Q——基坑涌水量，m3/d；K——滲透系數(shù)，m/d；H——潛水含水層厚度，m；S——基坑水位降深，m；b——基坑中心到岸邊的距離，m；r0——基坑等效半徑，m；R——降水影響半徑，m。

基坑涌水量計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3。

根據(jù)兩種水量計(jì)算方法所得的基坑涌水量，結(jié)合降水井的布置數(shù)量，得出降水的泵量分別為10和80 m3/h。根據(jù)場(chǎng)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的抽水試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合既有施工經(jīng)驗(yàn)，以完整井計(jì)算所得的較大的水量和泵量為降水設(shè)計(jì)依據(jù)。

4 降水施工重點(diǎn)問(wèn)題及對(duì)應(yīng)措施

降水施工各步驟需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及施工組織要求規(guī)范施工，并建立相應(yīng)的聯(lián)系制度，以保證降水和基坑開(kāi)挖的順利進(jìn)行。結(jié)合本工程項(xiàng)目特點(diǎn)和降水施工過(guò)程中遇到的難點(diǎn)，為保證降水工程的圓滿完成，也為總結(jié)本工程降水實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將工程中遇到的重點(diǎn)問(wèn)題及對(duì)應(yīng)措施總結(jié)如下。

(1)拉薩雨期降雨時(shí)間集中、降水量大，造成拉薩河水位上漲迅速，地下水位抬升較快的情況。實(shí)際汛期施工過(guò)程中，拉薩河水位上升近1 m，基坑底水位標(biāo)高回漲。針對(duì)此種情況，為確保汛期基坑靜水位也在基坑集水坑和電梯井結(jié)構(gòu)底板以下，對(duì)降水方案進(jìn)行如下補(bǔ)充設(shè)計(jì)。

①對(duì)基坑?xùn)|側(cè)的11眼降水井采取將80 m3/h水泵更換為200 m3/h水泵進(jìn)行抽水維護(hù)，確保汛期基坑靜水位在基坑集水坑和電梯井結(jié)構(gòu)底板以下；

②對(duì)要進(jìn)行換泵處理的降水井采取逐個(gè)處理的原則；

③對(duì)計(jì)劃要換泵的降水井，將新泵需要的電纜和啟動(dòng)柜安排到現(xiàn)場(chǎng)固定位置，并與一級(jí)配電箱相連接妥當(dāng)；

④現(xiàn)場(chǎng)對(duì)要更換水泵的降水井采取停泵措施，并利用現(xiàn)場(chǎng)塔吊和吊車將水泵提出，進(jìn)行水泵更換，泵管組裝，相關(guān)操作程序完成后，合閘正常抽水維護(hù)。

(2)基坑周圍建筑物較多，與基坑的距離相對(duì)比較近，部分建筑的基礎(chǔ)埋深較淺，實(shí)施降水工程，如果相關(guān)措施不當(dāng)，質(zhì)量控制不到位，可能會(huì)造成原有建筑物地基產(chǎn)生不均勻沉降現(xiàn)象，達(dá)到一定程度從而會(huì)影響建筑物的使用安全。為保證周邊建筑物的安全采取如下措施。

①用降水方案時(shí)，管井施工優(yōu)先采用反循環(huán)鉆機(jī)或旋挖鉆機(jī)，采用旋挖鉆機(jī)時(shí)，應(yīng)注意根據(jù)地層變化控制泵量，防止因泵量過(guò)大造成孔壁坍塌；

②做好施工準(zhǔn)備和組織工作，應(yīng)做到鉆孔、成井、洗井連續(xù)順暢完成；

③正式抽水前對(duì)相應(yīng)的降水井逐一進(jìn)行含砂量檢測(cè)，含砂量超標(biāo)的應(yīng)做回填和注漿加固處理，分析原因后移位重新施工井；加強(qiáng)維護(hù)期降水管理，控制動(dòng)水位在設(shè)計(jì)要求的位置，不應(yīng)有抽降過(guò)大或降深不滿足要求的情況發(fā)生；

④合理安排抽水工期，盡量減少抽水時(shí)間，縮短地層固結(jié)沉降時(shí)間；

⑤加強(qiáng)對(duì)相鄰建(構(gòu))筑物沉降監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)向相關(guān)單位反饋監(jiān)測(cè)信息，根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)預(yù)警，及時(shí)分析原因并采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

(3)降水過(guò)程中必須保持抽水的連續(xù)性，防止因停電、機(jī)械故障等事故，導(dǎo)致水位上升發(fā)生突涌、基底隆起等基坑事故。本項(xiàng)目工程量大，對(duì)電力能力要求較高，基坑所在區(qū)域電力供應(yīng)不穩(wěn)定，降水工程中經(jīng)常出現(xiàn)停電等現(xiàn)象，為保證持續(xù)抽排水，應(yīng)對(duì)停電現(xiàn)象，采取措施如下。

①在施工現(xiàn)場(chǎng)配置備用電源，共10臺(tái)350 kW的發(fā)電機(jī)，并配備充足燃料和應(yīng)急人員，時(shí)刻保證發(fā)電機(jī)處于優(yōu)良的狀態(tài)，保證現(xiàn)場(chǎng)在停電后能順利執(zhí)行備用發(fā)電機(jī)降水的應(yīng)急預(yù)案；

②降水過(guò)程中，必須有足夠的備用泵，方便在降水過(guò)程中調(diào)換；

③必須有專門人員做好降水監(jiān)測(cè)管理工作，隨時(shí)查看地下水位變化情況。

(4)本基坑降水抽水量巨大，降水井排水管線采用明排方案，管線以明鋪為主，局部受場(chǎng)地限制需埋入地下時(shí)，也可采用暗埋方式處理。排水口初步選擇基坑北側(cè)、西側(cè)的市政道路下方的雨水井及東南側(cè)的拉薩河，考慮到市政雨水設(shè)施在雨季排水的需要，本工程的主要排水口以拉薩河為主，市政雨水井為輔，共設(shè)置兩個(gè)排入拉薩河的集中排水口。降水過(guò)程中注意保護(hù)排水系統(tǒng)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

①設(shè)備和車輛要遠(yuǎn)離排水管線，防治碾壓破壞排水管線；

②排水管線要做防銹處理和冬季保溫措施；

③對(duì)開(kāi)挖引起的排水系統(tǒng)的變形破壞，要及時(shí)檢查修復(fù)。

5 降水效果

降水方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇了抽水試驗(yàn)算得的滲透系數(shù)，進(jìn)行水量?jī)?yōu)化計(jì)算，經(jīng)與實(shí)際施工情況復(fù)核，水量計(jì)算基本與實(shí)際相符，方案優(yōu)化確保了工程的有效實(shí)施。本方案的降水設(shè)計(jì)合理可靠，滿足施工要求。

降水施工過(guò)程中，充分考慮了項(xiàng)目的特點(diǎn)和地域特點(diǎn)，將降、排水方案等盡量?jī)?yōu)化，建立了一套完善的應(yīng)急保障機(jī)制，降低了降水工程風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，降水效果良好，保證基坑開(kāi)挖安全的同時(shí)，也避免了對(duì)周邊建筑的影響和水資源的浪費(fèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)本工程屬于鄰河降水，基坑涌水量較大，水位恢復(fù)能力強(qiáng)，且降水施工過(guò)程中遇到汛期，降雨量增大，河水水位上漲，都對(duì)降水工程增加了難度。由于本方案設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了這些難點(diǎn)，針對(duì)性的進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，并對(duì)水量計(jì)算方法進(jìn)行比選，最終計(jì)算得到的計(jì)算參數(shù)和涌水量與實(shí)際施工相符，降水設(shè)計(jì)配泵滿足施工要求，達(dá)到了降水的效果。

(2)本基坑南側(cè)鄰近建筑物，降水過(guò)程不可避免的會(huì)造成地層沉降，施工過(guò)程中，采取了一系列措施，保證降水施工順利進(jìn)行的同時(shí)，盡量減少了降水工程對(duì)周邊建筑的影響。

(3)結(jié)合項(xiàng)目的自身特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)條件，在施工過(guò)程中，有針對(duì)性的提出了對(duì)于備用電源儲(chǔ)備、排水系統(tǒng)管理保護(hù)等施工組織管理方案，使降水施工合理高效地進(jìn)行，達(dá)到了降水目的，滿足基坑開(kāi)挖、地下結(jié)構(gòu)施工的要求。

總之，本工程降水面積大，抽排水量巨大，鄰近河岸，地下水補(bǔ)給速度快，經(jīng)過(guò)降水方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)與依照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行施工管理，穩(wěn)定、高效、成功地控制了地下水位，為后續(xù)類似工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)施提供了寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。