李 瑞

(山西華晉巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030021)

0 前 言

本文研究項(xiàng)目所在地為山西省省會(huì)太原市，作為山西省政治、經(jīng)濟(jì)、文化和國(guó)際交流中心，太原市的發(fā)展可謂是日新月異，一座座標(biāo)志性建筑物如雨后春筍快速建立，而這些超高層建筑背后的各項(xiàng)技術(shù)成為工程安全與質(zhì)量的考驗(yàn)。太原市市中心某超高層建筑物(高度約300 m)，基坑深度約24 m。該工程重要性等級(jí)為一級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，基坑安全等級(jí)為一級(jí)，基坑深度范圍內(nèi)存在多層含水層，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。勘察工作是設(shè)計(jì)施工的首要步驟，為保證勘察工程質(zhì)量，為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與降水工程設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確可靠的參數(shù)，同時(shí)兼顧施工進(jìn)度與成本，本工程水文地質(zhì)評(píng)價(jià)抽水試驗(yàn)采用穩(wěn)定流法。

1 工程概況

某工程建筑位于山西省太原市迎澤區(qū)，為人口密集的市中心區(qū)域，占地面積約為20 000 m3，由主樓、商業(yè)裙房及地下車庫(kù)組成，主樓地上約70層；設(shè)有裙房地上9層；整個(gè)場(chǎng)地建筑地下4層，是集甲級(jí)辦公樓、酒店、住宅、商業(yè)及純地下車庫(kù)等多種配套服務(wù)功能于一體的綜合性建筑，建成后必將成為山西省標(biāo)志性建筑物之一。該工程基坑深度約24 m，因此，本勘察工程提供的滲透系數(shù)、地下水埋藏深度、含水層豎向分布規(guī)律對(duì)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及降水工程施工有較大影響，必須引起重視。

2 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地地貌單元屬汾河?xùn)|岸Ⅱ級(jí)階地，勘察深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地地基土自上而下依次為：第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q42ml)，第四系全新統(tǒng)中早期沖洪積層(Q41al+pl)，第四系上更新統(tǒng)沖洪積層(Q3al+pl)，第四系中更新統(tǒng)沖洪積層(Q2al+pl)，地層右上而下主要為：人工填土層，粉土層，粉細(xì)砂層，粉質(zhì)黏土層，中細(xì)砂層，圓礫，粗砂層。

本次勘探深度范圍內(nèi)共揭露8層地下水，地下水情況見(jiàn)表1。

表1 地下水情況一覽表

第1層地下水補(bǔ)給主要以大氣降水垂直滲入及側(cè)向徑流補(bǔ)給方式為主，以側(cè)向徑流為主要排泄方式。

第2層及以下的地下水補(bǔ)給主要以側(cè)向徑流補(bǔ)給方式為主，以側(cè)向徑流為主要排泄方式。

3 抽水試驗(yàn)

本工程最淺水位埋深3.0～7.0 m，基坑深度約24 m，降水工程及基坑支護(hù)工程是地下工程施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本工程采用“一抽兩觀”，多孔抽水試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得基坑深度范圍內(nèi)土層滲透系數(shù)。

3.1 抽水孔和觀測(cè)孔的設(shè)計(jì)

根據(jù)建設(shè)單位委托，本次共布置抽水試驗(yàn)2組，每組抽水孔設(shè)置一條觀測(cè)線，每條觀測(cè)線上布置2個(gè)觀測(cè)孔。

1)成孔。抽水孔和觀測(cè)孔均采用工程鉆機(jī)成孔，反循環(huán)施工工藝清水鉆進(jìn)。抽水孔成孔直徑為150 mm，觀測(cè)孔成孔直徑為110 mm。

2)井管的制作。抽水孔的井管采用Φ=127 mm的鋼管，觀測(cè)孔的井管采用Φ=50 mm PVC管。濾水管：根據(jù)每個(gè)含水層的厚度制作相應(yīng)長(zhǎng)度的濾水管，濾水管透水孔按照梅花形排列，孔隙率20%左右，管外包濾網(wǎng)。

3)下管。清理孔底沉淀物，復(fù)測(cè)井深，準(zhǔn)備工作完成后，安裝井管，鋼管采用絲扣連接，PVC管采用管箍和PVC膠水連接。安裝時(shí)孔內(nèi)井管上口保持水平，吊裝在井孔的中心，并在井管上分段設(shè)扶正木，防止井管碰撞井壁造成井管損傷事故。現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖1。

4)填礫、止水。濾料粒徑為2～4 mm，計(jì)算每米用濾料，濾料備有余量。填濾料時(shí)，沿井管周邊均勻連續(xù)投入，填料速度為3～5 m3/h左右。抽水孔止水材料采用海帶，并提前綁扎于鋼管上。

5)洗井。抽水孔管井下完后，采用泵抽洗井，直至水清砂凈，達(dá)到含砂量要求。洗井后單孔涌水量增大不超過(guò)5%，動(dòng)水位下降不超過(guò)水位下降值的1%。

6)抽水試驗(yàn)工藝流程。鉆孔—井管制作—下管—填礫、止水—洗井—試抽—正式抽水試驗(yàn)。

抽水孔和觀測(cè)孔的安裝記錄詳見(jiàn)表2～3。

表2 抽水孔安裝記錄一覽表

表3 觀測(cè)孔安裝記錄一覽表

3.2 試驗(yàn)方法

抽水試驗(yàn)采用穩(wěn)定流法，抽水采用小口徑潛水泵，水泵型號(hào)為90QJD4-40/10和90QJD4-52/12，水量用量筒和三角堰配合測(cè)量，水位測(cè)量采用萬(wàn)用表水位計(jì)，抽水孔和觀測(cè)孔的水位在量測(cè)前分別對(duì)各個(gè)觀測(cè)尺進(jìn)行校核，現(xiàn)場(chǎng)由專人負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)和發(fā)布觀測(cè)指令，抽水孔和觀測(cè)孔的各次觀測(cè)同一時(shí)間進(jìn)行，基本消除時(shí)間差造成的誤差。在抽水孔出水管外界增加一測(cè)管，保證測(cè)管強(qiáng)度，管徑、垂直度，以保證電測(cè)深能夠順利測(cè)定水位。

1)水位降深。每個(gè)抽水孔進(jìn)行三次降深，三次降深按次序從小到大分別為S1≈1/3S3、S2≈2/3S3、S3(S1為第一次降深，S2為第二次降深)。三次降深的延續(xù)時(shí)間分別不小于24、12、12 h，穩(wěn)定時(shí)間分別不小于12、8、8 h。

2)觀測(cè)頻率。

(1)靜止水位觀測(cè)：試驗(yàn)前對(duì)自然水位要進(jìn)行觀測(cè)。一般地區(qū)每小時(shí)測(cè)定一次，三次所測(cè)水位值相同，或4 h內(nèi)水位差不超過(guò)2 cm者，即為靜止水位。

(2)水位觀測(cè)時(shí)間一般在抽水開始后第5、10、15、20、25、30、45、60 min進(jìn)行觀測(cè)，以后每隔30 min觀測(cè)一次，穩(wěn)定后可延至1 h觀測(cè)一次。水位讀數(shù)應(yīng)準(zhǔn)確到厘米(cm)，抽水孔和觀測(cè)孔同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)。

(3)恢復(fù)水位觀測(cè)：一般在抽水試驗(yàn)結(jié)束后或中途因故停抽時(shí)，均應(yīng)進(jìn)行恢復(fù)水位觀測(cè)，通常停泵后應(yīng)立即觀測(cè)恢復(fù)水位，觀測(cè)時(shí)間間隔1、3、5、10、15、30、45、60 min進(jìn)行觀測(cè)，以后每隔30 min觀測(cè)一次。若連續(xù)3 h水位不變，連續(xù)4 h內(nèi)每小時(shí)水位變化不超過(guò)1 cm，或者水位升降與自然水位變化相一致時(shí)，即可停止觀測(cè)。觀測(cè)精度要求同靜止水位的觀測(cè)。

3)穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間和穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)

(1)穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間一般為8～24 h，穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間是指某一降深下，相應(yīng)的流量和動(dòng)水位趨于穩(wěn)定后的延續(xù)時(shí)間。

(2)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：在穩(wěn)定時(shí)間段內(nèi)，涌水量波動(dòng)值不超過(guò)正常流量的5%，主動(dòng)水位波動(dòng)值不超過(guò)水位降低值的1%。

4)抽水試驗(yàn)時(shí)對(duì)排水安排。為防止抽出的水滲入到抽水層，根據(jù)地形坡度，地下水流向和地表滲透性能等因素確定合理的排水方向和排水距離，并使排水通暢。

3.3 參數(shù)計(jì)算

第①、②層含水層抽水井為潛水完整井，抽水試驗(yàn)采用穩(wěn)定流法，參數(shù)計(jì)算采用潛水完整井公式計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)滲透系數(shù)，計(jì)算公式如下：

式中，K為滲透系數(shù)，m/s；Q為出水量，m3/d；S為觀測(cè)孔水位下降值，m；H為自然情況下潛水含水層厚度，m；r為觀測(cè)孔距抽水孔的距離，m。

第③層含水層抽水孔為承壓水完整井，抽水試驗(yàn)采用穩(wěn)定流法，參數(shù)計(jì)算采用承壓水完整井公式計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)滲透系數(shù)，計(jì)算公式如下：

式中，M為承壓含水層厚度，m。

3.4 小 結(jié)

根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算，第①、②和③層含水層的滲透系數(shù)如下：K1=2.2×10-4cm/s、K2=1.7×10-4cm/s、K3=3.2×10-3cm/s。

本次對(duì)基坑深度范圍內(nèi)③層粉土(第1含水層)和④層粉土(第2含水層)進(jìn)行了室內(nèi)滲透試驗(yàn)(垂直)，滲透系數(shù)分別為4.2×10-6、6.7×10-7cm/s。

通過(guò)室內(nèi)滲透試驗(yàn)得出的滲透系數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)得出的滲透系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)得出的滲透系數(shù)偏大，這是由于土層一般呈水平層理，均夾有粉細(xì)砂薄層，增加了透水能力，而室內(nèi)滲透試驗(yàn)則受取土質(zhì)量、試驗(yàn)邊界條件的限制，故現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出的滲透系數(shù)相對(duì)準(zhǔn)確。本深基坑工程建議支護(hù)與隔水(降水)工程一體化設(shè)計(jì)、施工，可采用管井或噴射井點(diǎn)降水方式。在基坑外適當(dāng)布置觀測(cè)井及回灌井，以及時(shí)觀測(cè)降水效果和周邊水位變化幅度?；娱_挖及降水的同時(shí)應(yīng)在基坑周邊設(shè)置觀察點(diǎn)，對(duì)基坑變形和周圍建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4 結(jié) 語(yǔ)

地下水對(duì)基坑開挖、基槽作業(yè)、支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有直接影響。現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行抽水試驗(yàn)，順從土層的水平層理分布，極小地改變土層水文地質(zhì)環(huán)境，能得到更為準(zhǔn)確可靠的參數(shù)，因此，改進(jìn)抽水試驗(yàn)中成孔、過(guò)濾、封堵等過(guò)程，保證試驗(yàn)質(zhì)量、提高試驗(yàn)效率是今后發(fā)展的必經(jīng)之路。

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