路志南 李瑩萍

(1.甘肅省建筑科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730070; 2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司甘肅分公司，甘肅 蘭州 730070)

基坑開(kāi)挖時(shí)，若地下水位高于基坑坑底，則需提前對(duì)該地下水位進(jìn)行降水措施，以保證坑內(nèi)水位低于基坑坑底，保證正常的施工干作業(yè)[1]?；咏邓?jì)算根據(jù)水位及地質(zhì)條件不同分為潛水完整井、潛水非完整井、承壓水完整井、承壓水非完整井4種涌水量計(jì)算模型，甘肅地區(qū)水位基本位于潛水層卵石層中，涉及的計(jì)算主要為潛水完整井與潛水非完整井，后者計(jì)算依據(jù)相關(guān)基坑涌水量計(jì)算公式所得降水井?dāng)?shù)量基本能滿足實(shí)際降水需要，而對(duì)于當(dāng)淺水層厚度較小的基坑降水設(shè)計(jì)計(jì)算中，一般僅僅計(jì)算基坑涌水量除以單井流量計(jì)算出的降水井?dāng)?shù)經(jīng)常不滿足設(shè)計(jì)降深要求，需要綜合考慮基坑涌水量后計(jì)算基坑內(nèi)各點(diǎn)的實(shí)際降深，通過(guò)上述連續(xù)試算后最終確定該項(xiàng)目所需降水井個(gè)數(shù)、間距等以滿足實(shí)際降水要求。

1 工程概況

甘肅某棚戶區(qū)改造安置小區(qū)項(xiàng)目基坑降水項(xiàng)目，該基坑整體形狀為矩形，長(zhǎng)約280 m，寬約210 m，開(kāi)挖深度約6.3 m～9.8 m，開(kāi)挖基底標(biāo)高1 862.6 m～1 864.6 m。該基坑南北側(cè)為道路，東西兩側(cè)為單層～三層民房區(qū)。依據(jù)該項(xiàng)目地勘報(bào)告從上至下土層分布為：

④層砂質(zhì)泥巖(N)：棕紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層中含砂量較大，薄層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)。礦物成分主要以黏土礦物(如高嶺石、水云母、蒙脫石等)組成，次為碎屑礦物(石英、長(zhǎng)石、云母等)。成巖作用較差，所見(jiàn)巖芯呈短柱狀或散狀，干時(shí)堅(jiān)硬，遇水?dāng)_動(dòng)或暴露地表極易軟化或風(fēng)化崩解，擾動(dòng)后易破碎，屬極軟巖，頂部1 m～2 m為強(qiáng)風(fēng)化，其下為中風(fēng)化。該層最大勘察層厚為11.1 m(未揭穿)，層面埋深4.7 m～12.0 m，層頂面高程為1 861.65 m～1 866.73 m。

場(chǎng)地地下水類(lèi)型屬孔隙潛水，主要賦存于第四系卵石層中，流向東北，勘察期間水位高程1 863.69 m～1 865.4 m。

根據(jù)JGJ 120—2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程及主體施工要求，現(xiàn)場(chǎng)水位降至坑底0.5 m，即本次降水后設(shè)計(jì)水位標(biāo)高為1 862.6 m-0.5 m=1 862.1 m。場(chǎng)地地下水主要賦存于卵石層與砂巖層中，降水分為大量抽排基坑內(nèi)卵石層中的地下水和有組織疏排基坑內(nèi)滲出的地下水。該項(xiàng)目基坑平面圖如圖1所示。

2 降水設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目現(xiàn)狀水位標(biāo)高為1 863.69 m～1 865.4 m，高于坑底標(biāo)高1 862.6 m～1 864.6 m，采用基坑周邊布置降水管井+坑底設(shè)置截排水明溝、降水井進(jìn)行降水。

2.1 計(jì)算參數(shù)取值

卵石層滲透系數(shù)：K=50 m/d。

含水層厚度：H=1 865.4-1 860.4=5.0 m。

基坑設(shè)計(jì)水位降深：Sd=1 865.4-(1 862.6-0.5)=3.3 m(降至坑底0.5 m)。

井水位降深：Sw=Sd+r0×1/15=3.3+134.73×1/15=12.282>含水層厚度。

此處取Sw=H=5.0 m。

根據(jù)JGJ 120—2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程，計(jì)算降水影響半徑時(shí)，Sw不足10.0 m按10.0 m計(jì)算，故降水影響半徑：

2.2 降水計(jì)算

場(chǎng)地地下水類(lèi)型屬孔隙潛水，主要賦存于第四系卵石層中，底部砂巖層為相對(duì)隔水層，故采用潛水完整井計(jì)算基坑涌水量。

降水管井的單井出水能力q0計(jì)算：

按干擾井群計(jì)算的第j個(gè)降水井的單井流量qj通過(guò)求解下列線性方程組計(jì)算：

其中，Swk為第k口井的井水位設(shè)計(jì)降深，m；rkj為第j口井中心至第k口井中心的距離，m；當(dāng)j=k時(shí)，取降水井半徑rw；當(dāng)rkj>R時(shí)，取rkj=R，具體關(guān)系如圖3所示。

該項(xiàng)目11口降水井聯(lián)立方程組如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

聯(lián)立以上11元1次方程組可得：

q1=301.87,q2=288.72,q3=295.03，q4=256.39,q5=278.74,q6=275.52，q7=283.27,q8=312.96,q9=252.06，q10=253.17,q11=312.18。

水位降深S0按下式計(jì)算：

將各降水井流量q代入計(jì)算公式，對(duì)基坑中間及周邊點(diǎn)位進(jìn)行降深計(jì)算，可得出：采用基坑周邊布置降水管井降水形式，基坑內(nèi)實(shí)際降深最淺位置并不在基坑中部，而在基坑周邊某兩降水井連線之間中點(diǎn)處，如圖3所示：基坑內(nèi)中點(diǎn)實(shí)際降深為2.21 m，最小降深出現(xiàn)在基坑西北角，1號(hào)降水井與11號(hào)降水井中間位置，降深為1.84 m。

由此可見(jiàn)經(jīng)涌水量計(jì)算布置的降水井?dāng)?shù)量最小降深為1.84 m<3.3 m，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)降深要求，根據(jù)甘肅地區(qū)以往卵石層項(xiàng)目降水經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整降水井按20.0 m間距布置約47口降水管井如圖4所示。

聯(lián)立方程組：

(12)

(13)

(14)

? ? ?

(47)

解得：

q1= 115.82,q2=96.35，q3=87.42,q4=83.05，??q44=89.36,q45=104.49，q46=139.74,q47=162.26。

各單井出水量相加可得降水井總出水量：

q總=q1+q2+q3+…+q47=4 469.52 m3/d>Q=2 874.39 m3/d，涌水量滿足設(shè)計(jì)要求。

再驗(yàn)證基坑內(nèi)各點(diǎn)實(shí)際水位降深：

基坑中點(diǎn)水位降深為3.72 m，最小降深位置為西北角46號(hào)降水井與47號(hào)降水井連線中間，為3.16 m，如圖5所示，略小于設(shè)計(jì)降深3.3 m，可通過(guò)局部設(shè)置排水明溝、集水井進(jìn)行降水基本可滿足要求。

3 結(jié)論與建議

采用基坑周邊布置降水管井降水形式，基坑內(nèi)實(shí)際降深最淺位置并不在基坑中部，而在基坑周邊某兩降水井連線之間中點(diǎn)處，對(duì)于潛水含水層厚度較薄的情況下可采用以下降水措施：

1)大量抽排基坑內(nèi)卵石層中的地下水：采用沿基坑周邊布置管井井點(diǎn)降水，通過(guò)每個(gè)井點(diǎn)降水井內(nèi)的抽水，使地下水位降至砂巖層面以下一定深度。

對(duì)于潛水完整井降水設(shè)計(jì)計(jì)算中，當(dāng)潛水水位較薄不大于5.0 m時(shí)，所需整體降水量不大情況下，單純通過(guò)基坑涌水量與單井出水量計(jì)算降水井個(gè)數(shù)一般間距較大，雖可滿足基坑整體涌水量要求，但各點(diǎn)實(shí)際降深均無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要配合各點(diǎn)實(shí)際降深公式進(jìn)行計(jì)算，可結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)多次試算后最終試算出可以滿足設(shè)計(jì)要求的最優(yōu)降水井個(gè)數(shù)。

通過(guò)兩次計(jì)算可知基坑周邊布置封閉管井降水情況下，基坑內(nèi)降深最小點(diǎn)不在基坑中點(diǎn)，而在基坑邊兩降水井中間位置。

2)基坑底部二次排水。

有組織疏排基坑內(nèi)滲出的地下水：由于管井井點(diǎn)降水存在一定的間距，砂巖層面存在起伏以及砂巖層具有一定的隔水性，基坑周邊分布的降水井無(wú)法排干凈砂巖內(nèi)及砂巖層面降水井滲出的地下水，為防止?jié)B出的地下水浸泡基坑底板下的地基砂巖，在卵石層底與砂巖層面附近設(shè)置泄水孔，疏排地下滲水，然后有組織收集并集中疏排至基坑外。

在基坑下沿和建筑外墻外挖明溝寬0.3 m，溝深0.3 m；在基坑中心部位挖小溝將水引至明溝，坡度為10%或在基坑中心挖集水坑，用排污泵將水排出；基坑四周和周邊設(shè)置集水坑，深度低于基坑底板-1.0 m。

3)基坑坡頂排水措施。

基坑坡頂上口線外設(shè)置一圈排水主管，主管可采用鋼管，匯集坑內(nèi)降水井中水后經(jīng)沉淀池處理后排入市政排水管網(wǎng)。

根據(jù)基坑平面大小及市政雨水口位置設(shè)置沉淀池，該項(xiàng)目沉淀池長(zhǎng)3 m，寬1.5 m，高1.5 m。沉淀池具體位置根據(jù)市政下水口位置確定。

基坑四周支護(hù)范圍內(nèi)的地表應(yīng)加以修整，采用混凝土硬化地面，并設(shè)置適宜的坡度和排水排洪措施，避免地表雨水向下浸入基坑周?chē)馏w，影響基坑土質(zhì)力學(xué)性質(zhì)從而影響基坑安全?；悠马攽?yīng)適當(dāng)加高做成倒坡，便于逕流遠(yuǎn)離邊坡。

4)預(yù)防措施。

基坑開(kāi)挖前提前施工降水管井進(jìn)行降水，降水井運(yùn)行一段時(shí)間出水穩(wěn)定后，核對(duì)降水井單井出水量是否滿足設(shè)計(jì)要求，降水井單井出水量不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)可在基坑中部根據(jù)主體集水坑、電梯井等位置增加適當(dāng)降水井，增加基坑總涌水量以滿足設(shè)計(jì)要求。

降水井降水運(yùn)行初期，部分土粒會(huì)隨水泵抽水流出坑外，應(yīng)量測(cè)排水過(guò)程中泥沙含量，采取增加過(guò)濾網(wǎng)或減小水泵功率、降低抽水速度等措施減小泥沙含量滿足相關(guān)要求，避免大量泥沙帶出導(dǎo)致影響周邊環(huán)境。