馮 雨 張少立

（機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 西安 710000）

0 引言

近年來，隨著城市建設(shè)空間逐漸向地下過渡，高層建筑物與大型地下空間體的涌現(xiàn)伴隨著大規(guī)模的深基坑開挖支護(hù)問題。當(dāng)在地下水埋深較淺的地區(qū)進(jìn)行基坑工程時(shí)，地下水的存在不但影響施工環(huán)境，也增加了支護(hù)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。對(duì)此，目前工程實(shí)踐逐漸形成一致結(jié)論，必須預(yù)先降低地下水位，消除其不利影響。就一般的粉土、黏性土而言，降水過程是土體中滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的相互作用過程，靜水位下降，土體中孔隙水壓力消散，在總應(yīng)力不變的情況下，有效固結(jié)應(yīng)力增加，土體固結(jié)，宏觀上表現(xiàn)為沉降產(chǎn)生，周圍建筑物隨之沉降。假設(shè)在無限邊界條件下的均質(zhì)土層中設(shè)置一單井降水，抽水后產(chǎn)生的水位面呈以井體為中心的漏斗形，在土層同一深度處，不同水平位置的固結(jié)程度存在差異，距離越遠(yuǎn)，水位面越高，沉降越小，導(dǎo)致周圍建筑物不同位置沉降不同步，不均勻沉降可能引起其傾斜甚至倒塌。當(dāng)以群井的形勢(shì)降低地下水對(duì)基坑的影響時(shí)，合理設(shè)計(jì)降水井位置及工作時(shí)間，可以調(diào)節(jié)地層中有效固結(jié)應(yīng)力變化情況，滿足基坑施工對(duì)地下水位要求的同時(shí)控制周圍建筑物變形。

1 工程概況

擬建工程場(chǎng)地位于陜西省漢中市南鄭縣。距離漢江垂直距離為800m。地貌單元系漢江右岸Ⅰ級(jí)階地。地形平坦，地面高程介于 505.24～505.6m?；娱_挖底標(biāo)高為-7.62 m，±0.00=506.12m。降水后基坑內(nèi)的水位應(yīng)低于坑底0.5m，基坑內(nèi)水位應(yīng)低于-8.12m即498.00m。基坑開挖影響深度范圍內(nèi)地層如下：①雜填土:灰褐色、棕黃色，主要成分為粉質(zhì)粘土，含少量煤渣砂石、舊房基礎(chǔ)等，稍濕-濕，松散，層厚1.0～2.0m；②粉質(zhì)粘土：褐黃色，棕黃色，偶見植物根系及鐵錳質(zhì)氧化物，干強(qiáng)度中等，韌性中等，稍濕，可塑狀態(tài)。層厚1.8～4.0m；③粗砂：灰黃色、灰褐色，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，其次為云母和暗色礦物，級(jí)配良好，較濕，稍密，層厚1.0～3.5m；④卵石:雜色，主要巖性成分為石英巖、花崗巖、灰?guī)r等，卵石直經(jīng)一般4～9cm，含量50～55%，粗礫砂充填，飽和，中密，未揭穿局部夾有圓礫透鏡體，均為細(xì)砂。勘察場(chǎng)地地下水類型屬第四系松散堆積層中的孔隙潛水，勘察期間地下水位埋深5.7～6.5m，高程499.8～499m。靜止水位5.5m，高程500.00m。主要補(bǔ)給來源為大氣降水，年變化幅度在2.0～3.0m左右?；又苓叴嬖谂R建建筑。

2 降水設(shè)計(jì)及分析

2.1 滲透系數(shù)的選取

本工程巖土勘察報(bào)告中地層滲透系數(shù)為120m/d，由于未見到勘察報(bào)告中提及抽水試驗(yàn)或其他方法來計(jì)算得到滲透系數(shù)，所以該滲透系數(shù)應(yīng)為勘察人員對(duì)該地區(qū)地層滲透系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)取值。本文進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地取樣，測(cè)定滲透系數(shù)，其中圓礫為既有降水井濾料，砂礫、礫砂為地層土。砂礫層滲透系數(shù)為12～15 m/d，該滲透系數(shù)表現(xiàn)的是局部礫砂試樣的滲透性質(zhì)，并不是本工程真實(shí)地層的透水性。根據(jù)我單位在陜西西安、安康及漢中等地的降水工程經(jīng)驗(yàn)，該砂卵石層地層的滲透系數(shù)為60～80m/d，本工程設(shè)計(jì)擬采用滲透系數(shù)70 m/d。

2.2 井?dāng)?shù)估算

場(chǎng)地平均水位為501.20m，設(shè)計(jì)水位498.00m，具體基坑參數(shù)見下表。

基坑參數(shù)

?

潛水含水層降水井影響半徑：R=2 sw=220.78m，其中sw為井水位降深，當(dāng)其小于10m時(shí)按10m計(jì)，k為滲透系數(shù)，H 為潛水含水層厚度。

按潛水完整井考慮涌水量：

單井涌水量：

其中rs取 0.25m，l=4.0m，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，單井流量確定為

2.3 滲透破壞分析

滲透破壞-管涌發(fā)生須同時(shí)滿足地層條件和水力條件。地層條件：顆粒大小比值差別較大，往往缺少某種粒徑，磨圓度較好，孔隙直徑大而互相連通，細(xì)粒含量較少，不能全部充滿孔隙；水力條件：地層中因降水引起的水力比降大于可產(chǎn)生管涌的允許水力比降J允許，具備以上條件則可能發(fā)生管涌。

本工程采用的滲透系數(shù)為70m/d=0.08cm/s，其介于0.5～0.025 cm/s ,根據(jù)《水力水電工程地質(zhì)手冊(cè)》中的《允許水力比降J允許經(jīng)驗(yàn)值表》，其對(duì)應(yīng)的允許水力比降 J允許=0.1 .0.2。為了控制水力比降小于J允許，對(duì)單井、群井采取如下措施：①單井控制措施（按照降水深度控制），采用將水泵下至不同深度來控制比降，讓地下水緩慢下降，使在附近住宅樓下方形成的水力比降盡量降低，防止比降過大，產(chǎn)生涌砂現(xiàn)象；②群井控制措施（按照梯級(jí)分階段控制），采用整體規(guī)劃、分階段分區(qū)域來降水的措施，將群井開啟對(duì)已有建筑物下方形成的水力比降盡量降低，防止比降過大，產(chǎn)生涌砂現(xiàn)象。

2.4 降水設(shè)計(jì)效果模擬

為了分析該實(shí)施方案的降水效果及對(duì)沉降、水力比降的控制能力，利用理正巖土7.0進(jìn)行模擬試驗(yàn)。根據(jù)基坑內(nèi)、基坑外的水位降深等值線圖，水位降深隨著距基坑邊線的距離增大而減小，坑內(nèi)降深介于 3.257m～3.57m之間，滿足基坑底3.2m水位降深要求。對(duì)降水影響最嚴(yán)重的臨建建筑物（東北角6層住宅樓）分析，降水引起的建筑物角點(diǎn)最大沉降0.821cm，不均勻沉降0.047‰，均小于規(guī)范限值，該方案對(duì)臨建建筑物的影響控制合理有效。

3 其他措施

該基坑降水工程還需輔以其他措施:

（1）靜水位以上選用混凝土實(shí)管，靜水位以下選用無砂混凝土濾水管，直徑500mm，其孔隙率不小于30%，濾水管接頭采用60密目網(wǎng)包封。井管與孔壁之間采用粒徑5～8mm磨圓度好的圓礫充填。

（2）成井應(yīng)采用托盤式下管法，井底用預(yù)制混凝土底座封閉，并填入 0.5m厚礫石。下入井管填完濾料后應(yīng)采用排污泵洗井，洗井結(jié)束后，含砂量不得大于萬分之一。

4 結(jié)論

本文通過復(fù)雜條件下的具體工程實(shí)例降水設(shè)計(jì)研究，可得主要結(jié)論如下:

（1）基坑降水設(shè)計(jì)基本流程包括：明確基坑及周邊環(huán)境概況、計(jì)算降水井?dāng)?shù)目并布置、降水關(guān)鍵措施評(píng)價(jià)（包括井中濾料選擇、滲透破壞、沉降控制）、調(diào)整并確定方案。

（2）粉土、粘土類土層中，降水滲流涉及水的動(dòng)力特性，室內(nèi)滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果并不能真實(shí)反應(yīng)實(shí)際滲流狀況，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)小規(guī)模抽水試驗(yàn)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)判斷，得到合理的滲透系數(shù)取值，本文試驗(yàn)得卵石層中有砂礫填充的土層滲透系數(shù)為12～15m/d，實(shí)際取70m/d。

（3）降水井設(shè)計(jì)不但要保證滿足降水深度的要求，同時(shí)要控制由此引起的臨建建筑物沉降和防止?jié)B流破壞，軟件計(jì)算表明，合理安排降水措施分階段降水可有效減小由此引起的水力比降和不均勻沉降。