周德祿徐 凱孫怡清趙茂浪蔡江東，*

1淮陰工學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（223001）2江蘇興華基礎(chǔ)工程公司（223003）

0 前言

大體量建筑物施工需要跨越較長(zhǎng)的時(shí)段。盡管在施工組織設(shè)計(jì)安排上，技術(shù)人員可設(shè)法避開多種不利氣候條件的影響（如選擇合適的開工時(shí)間、回避在冬雨季的土方開挖等），然而由于近幾十年來(lái)氣象變化的復(fù)雜性，仍有部分地區(qū)基坑工程會(huì)經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)降雨或多時(shí)段暴雨侵襲等不利因素的影響（如2020年華東、華南地區(qū)遭受持續(xù)降雨影響）。以某地區(qū)深大基坑降水設(shè)計(jì)與施工為例，通過(guò)對(duì)氣象預(yù)測(cè)資料充分利用，對(duì)該地區(qū)持續(xù)降水滲入量進(jìn)行估算，在施工初期就調(diào)整了原降水方案（包括重新計(jì)算后增設(shè)降水井?dāng)?shù)量，增加地表引排和坑底排水保護(hù)措施），最后順利保障長(zhǎng)時(shí)段降雨期間基坑的安全，使得后續(xù)施工按計(jì)劃順利進(jìn)行。

1 基坑降水方案設(shè)計(jì)

基坑降水方案設(shè)計(jì)以滿足施工要求又不構(gòu)成對(duì)周邊環(huán)境不利影響為前提。此外，需考慮必要的應(yīng)急方案、控制手段以應(yīng)付可能出現(xiàn)的意外情況，如大的平面及豎向位移、局部坍塌、整體失穩(wěn)等。此外，持續(xù)性降雨、界外水流入等也都屬于這類情形。

某地區(qū)深大基坑工程，基坑平面尺寸約110 m×100 m、平均開挖深度10.2 m。初步方案:基坑采用止水帷幕和雙排樁支護(hù)形式（雙排樁通過(guò)冠梁和聯(lián)系梁連接）。建設(shè)場(chǎng)地地層以透水性能較好的粉土為主，地下水水位隨季節(jié)變動(dòng)，平均埋深約地表下1.6～1.8 m。設(shè)計(jì)要求水位降到基坑底板下0.5～1.0 m。按平均水頭線計(jì)算平均降深9.0 m左右?；咏邓醪皆O(shè)計(jì)按地區(qū)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合裘布依不完全井理論進(jìn)行，根據(jù)計(jì)算結(jié)果場(chǎng)內(nèi)擬計(jì)劃布深井82口、井徑300 mm，平均深度18 m、井距13 m。基坑帷幕外側(cè)施工回灌井兼觀測(cè)井8口（井徑300 mm）。但根據(jù)有關(guān)部門對(duì)天氣趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，施工所在區(qū)域很可能出現(xiàn)歷史上持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)、雨量較大的降雨，并且會(huì)形成洪澇災(zāi)害。為此，施工單位在收集地區(qū)降水資料、同類型工程施工經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，接受氣象部門的信息服務(wù)（主要是降雨量的預(yù)測(cè)），在原降水設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)降水方案進(jìn)行重新計(jì)算與調(diào)整。

2 考慮大量雨水補(bǔ)給時(shí)的降水驗(yàn)算

降雨對(duì)基坑降水的影響主要來(lái)自兩個(gè)方面:①地面匯水流向基坑；②雨水滲透入地下后對(duì)土層孔隙水進(jìn)行補(bǔ)給，從而提升地下水位線。工程所在區(qū)域由于下墊面條件很好（地表植被綠化好），中等以下的降雨特別是持續(xù)性小雨會(huì)充分滲入地表以下，對(duì)該區(qū)域地下水形成補(bǔ)給，而粉土透水性優(yōu)于黏性土，因此該地區(qū)基坑工程降水必須對(duì)這些情況予以充分考慮。

施工單位在設(shè)計(jì)基坑降水方案時(shí)借鑒該地區(qū)近些年來(lái)類似工程經(jīng)驗(yàn)，在確定降水形式的同時(shí)（必要時(shí)局部輔以輕型井點(diǎn)），還根據(jù)基坑影響范圍內(nèi)雨水對(duì)地下水補(bǔ)給情況進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)算，修正原有的設(shè)計(jì)，最終得到了一個(gè)合理的降水方案并付諸實(shí)施。

2.1 雨水補(bǔ)給范圍調(diào)查

區(qū)域內(nèi)地下水位是水平線，但地表有起伏。施工前對(duì)場(chǎng)地周邊環(huán)境的調(diào)查，除考慮地形坡度引起的排水方向外，還重點(diǎn)了解了場(chǎng)區(qū)道路、植被、地下管網(wǎng)分布、雨污管道通淤情況等，最終確定基坑周邊地表徑流匯水面積約400 m×430 m，并據(jù)此結(jié)合氣象部門數(shù)據(jù)計(jì)算降雨量（折算成t）。

2.2 雨水補(bǔ)給量計(jì)算

根據(jù)氣象部門信息服務(wù)資料，2020年該區(qū)域很大概率會(huì)受到持續(xù)降雨影響，雨量級(jí)別較大，多時(shí)段暴雨將是常態(tài)。根據(jù)市政基礎(chǔ)設(shè)施情況調(diào)查和推算，該地區(qū)往年有85%～90%的強(qiáng)降水經(jīng)地表徑流、雨水排泄系統(tǒng)排到影響區(qū)域外。剩余部分滲入地下土層。由于預(yù)估降水期很長(zhǎng)[1]，因此認(rèn)定雨季影響下，基坑施工影響區(qū)域內(nèi)土層始終處于飽和狀態(tài)，在一定時(shí)段形成較為穩(wěn)定的地下水補(bǔ)給源。因此，區(qū)域降水導(dǎo)致的基坑地下水補(bǔ)給量W可按下式計(jì)算:

其中:W——場(chǎng)區(qū)范圍降水補(bǔ)給量，t；D——降雨量,t；P——場(chǎng)地排水量,t；P0——土層持水量,t。

降水量D根據(jù)氣象資料按照平均降水量和場(chǎng)地匯水面積求解。根據(jù)概率推算降雨平均強(qiáng)度55～70 mm/24 h,取中值設(shè)計(jì)、按大值計(jì)算。場(chǎng)地排水量指地表徑流流出量、地下管線排水等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和觀測(cè)情況推算。土層持水量可以按照?qǐng)龅赝翆訔l件由平均飽和度達(dá)到完全飽和時(shí)計(jì)算求解。勘察報(bào)告中土層平均飽和度Sr=0.67、降雨滲透后平均飽和度按Sr=1.00計(jì)。此外，根據(jù)土工試驗(yàn)，持續(xù)降雨后場(chǎng)區(qū)土的由21.7%變?yōu)?6.2%。依據(jù)土的三項(xiàng)體系理論[2]，按下式計(jì)算土中含水增加值Δw:

式中，Δw——降雨入滲后土層含水量增加值，t；w0、w1——分別為降雨前和雨水入滲后的土層含水率；ρ0、ρ1——分別為降雨前和雨水入滲后的土層密度，kN/m3。

如果設(shè)定場(chǎng)地90%降水通過(guò)徑流或雨水系統(tǒng)排走，并考慮區(qū)域內(nèi)受影響土層厚度（4.5 m），則降雨使土體增加的水量為230 t。事實(shí)上，降雨后不同觀測(cè)點(diǎn)測(cè)得地下水位平均上升0.26 m，即降深需要增加0.3 m?；佑克客ǔ０聪率接?jì)算:

式中，Q——總涌水量，m3/d；k——滲透系數(shù)，m/d；H——含水層厚度，m；sd——降深，m；R——影響半徑，m；r0——基坑等效半徑。

根據(jù)場(chǎng)地土層滲透條件，以降深9.3 m計(jì)，代入計(jì)算參數(shù)，得基坑涌水量Q=6 280 t。單井出水量q=則計(jì)算可得需布井90口。按地區(qū)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)（氣象條件為降水量偏多年份），并參照當(dāng)?shù)仡愃乒こ坛晒Φ慕邓┕し桨福ň畯?00 mm、影響半徑6 m、扣除基坑坑角附近2 m距離），按下式計(jì)算降水井?dāng)?shù)量:

其中，A——基坑面積，R——單井影響半徑，這一結(jié)果與本設(shè)計(jì)理論計(jì)算結(jié)果基本相當(dāng)。

結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)并參考理論計(jì)算結(jié)果[3]，本工程最終降水方案：坑內(nèi)布井90口，但在基坑四邊各增設(shè)一口觀測(cè)井，以備必要時(shí)降低止水幕墻外側(cè)附近水位，以緩解疏干井的壓力或進(jìn)行回灌糾正。增設(shè)降水井方案順利通過(guò)專家論證，并且確實(shí)保證了基坑在持續(xù)降雨季的正常施工。

2.3 持續(xù)降雨時(shí)的施工保障

基坑工程施工應(yīng)避免在雨季進(jìn)行，無(wú)法避開時(shí)就必須對(duì)降雨量和周邊匯、排水條件進(jìn)行調(diào)查，做出合理的降水設(shè)計(jì)和排水方案。

2.3.1 做好坑腳排水與防護(hù)

墊層施工好的基坑，應(yīng)該對(duì)基坑范圍內(nèi)（包括護(hù)坡）的降水及時(shí)引排，在坑腳設(shè)置排水溝，按匯水面積和有效距離設(shè)置積水坑，以防坑腳經(jīng)受積水浸泡。

2.3.2 地表截?cái)嘁?/p>

基坑附近地表除做滲水防護(hù)外，還要設(shè)置截水溝和排水溝，必要時(shí)可加設(shè)邊溝。截水溝布置按截?cái)鄨?chǎng)地外來(lái)水和場(chǎng)地周邊水為原則。排水溝尺寸可以按匯流面積和雨量計(jì)算，要求排水順暢，且能及時(shí)引排。設(shè)置的截水溝和邊溝，在平時(shí)需要加蓋以確保場(chǎng)地平整、安全。降雨時(shí)可以按間隔距離翻起上蓋以觀察，掌握溝內(nèi)水流情況。

2.3.3 加大坑內(nèi)深井排水

重力水的一個(gè)重要特點(diǎn)是從高處向低處運(yùn)動(dòng)，基坑作為區(qū)域負(fù)地形其匯水作用顯著，降雨顯然會(huì)加重深井排水負(fù)擔(dān)，因此降雨期間需要加大坑內(nèi)深井排水量，做好深井泵的維護(hù)工作。

2.3.4 加強(qiáng)對(duì)觀測(cè)井的監(jiān)視

基坑止水帷幕外側(cè)的觀測(cè)井可以反映深井降水效果和止水帷幕的作用，必要時(shí)還可以利用觀測(cè)井實(shí)施回灌，以削弱基坑降水對(duì)周圍環(huán)境的影響。在雨季觀測(cè)并比較基坑周邊回灌井水位及其變化情況可以獲得很多有效信息，利于掌握降水區(qū)域全局情況[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

基坑工程降水受環(huán)境條件影響較為顯著，施工中應(yīng)考慮一定的安全儲(chǔ)備和應(yīng)對(duì)方案。特別是在受梅雨季節(jié)影響的地區(qū)，區(qū)域性持續(xù)性降水會(huì)成為地下水補(bǔ)給源，而強(qiáng)降水導(dǎo)致的地表水匯流也會(huì)對(duì)基坑安全構(gòu)成威脅，因此全面強(qiáng)化排水措施和根據(jù)補(bǔ)給增量確定的降水方案會(huì)有助于基坑工程的順利施工。