傍河深基坑降水技術研究

李 芳，王文明

(首鋼地質(zhì)勘查院北京愛地地質(zhì)勘察基礎工程公司，北京100144)

基坑降水是地下工程為避免施工過程及使用期間因地下水影響而無法正常運行所采取的工程措施。目前，基坑降水技術雖已取得了長足的發(fā)展，但由于基坑降水受建筑物的基礎特點、場地水文地質(zhì)條件、場地周邊環(huán)境等諸多因素影響，因降水不到位導致基坑失穩(wěn)事故屢見不鮮。因此安全、有效的基坑降水對工程建設的順利進行具有重要的意義。

1 工程概況

首鋼遷鋼生活小區(qū)2、4號基坑降水工程位于河北省遷安市遷安鎮(zhèn)的蘇各莊和凌莊區(qū)域內(nèi)，基坑長約90 m，寬約65 m，基礎埋深約8.0 m，局部為9.8 m。場地地層巖性從上到下依次為①層耕地、②層粉土、②1層粉細砂、③層卵石、③1層中粗砂、③2層圓礫、④層卵石。

場地地下水有一層，為第四系孔隙潛水，水位埋深4 m左右，主要存在于③層卵石、③1層中粗砂、③2層圓礫、④層卵石中，含水層厚度＞30 m。以接受大氣降水入滲、河流及地下徑流補給為主，以蒸發(fā)、地下滲流及人工開采為主要排泄方式。此外，在場地附近1 km的人工湖對該區(qū)地下水位有一定的影響，起補給作用。

2 基坑降水方案的確定

基坑降水方法有輕型井點法、管井法、電滲井點法、噴射井點法、深井井點法等等。此外也可以采用止水帷幕技術達到對地下水控制的目的。無論采用何種方法，都需要對場地的水文地質(zhì)條件，場地環(huán)境進行全面細致的分析。在考慮降水方案在技術上的可行性、安全性、可靠性時，還需要考慮施工難度及經(jīng)濟上的合理性。

首鋼遷鋼生活小區(qū)2、4號基坑降水工程，基坑控制范圍內(nèi)的主要含水層為③層卵石，滲透系數(shù)達到600 m/d，且50 m深度范圍內(nèi)全部為卵石層，是一個典型的含水層滲透性強，厚度大的基坑降水工程。根據(jù)本工程場地地層巖性、水文地質(zhì)特性及建筑物基礎埋深、基坑面積及降水各種方法的有效性，綜合考慮，確定采用管井降水方法，基底局部輔助明溝排水。為了防止基坑降水引起周邊建筑的沉降，在基坑和建筑物之間布設了止水砂樁和回灌井。

3 基坑降水設計

3.1 基坑涌水量計算

基坑降水設計首先要對基坑涌水量進行準確的計算，根據(jù)地下水的類型確定計算公式，本工程基坑范圍內(nèi)主要為潛水。選擇潛水非完整井計算基坑涌水量:

式中:r0——基坑等效半徑，m;a、b——基坑長寬，m;H——潛水層厚度，hm=(H+h)/2;R——降水影響半徑滲透系數(shù)。

傍河深基坑含水層滲透系數(shù)的取值是否合理直接決定著基坑降水的成敗。因此需要根據(jù)現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，結合鄰近場地的已有經(jīng)驗確定含水層滲透系數(shù)。在本工程的基坑涌水量計算中，依據(jù)以上原則，確定卵石層的滲透系數(shù)為600 m/d，基坑總涌水量計算結果為14.2×104m3/d，這一計算結果在降水初期與現(xiàn)場實測結果基本一致，在基坑降水至基槽以下穩(wěn)定后基坑涌水量略微減少。

3.2 井間距及深度確定

井點間距及深度的確定不是由單個井點的出水能力所決定，而是綜合考慮降水方法、地層含水層的滲透特性、基礎深度、水文地質(zhì)情況和類似降水工程施工經(jīng)驗數(shù)據(jù)及工程類比確定。在遷鋼生活小區(qū)2、4號基坑降水中確定合理的管井間距迎水面為6 m，其余為8 m。設計降水管井終孔井深為22.0 m，回灌井井深為10.0 m。降水管井距基坑上口線以外2.0～3.0 m，沿基坑周邊封閉布設。

3.3 管井結構設計

管井結構設計綜合考慮降水方法、基坑涌水量、抽水設備的能力、水文地質(zhì)情況。在遷鋼生活小區(qū)2、4基坑降水工程中，降水管井設計開孔口徑600 mm，一徑至終孔深度，后下入400 mm水泥濾水管。降水管井安裝水泥濾水管400 mm，地表以下2 m內(nèi)安裝水泥壁管。礫料選擇2～3 mm，四周均勻投礫，填至距地表2.0 m時用粘土封井止水。濾水管外包裹透水性較好的尼龍過濾網(wǎng)。成井后應及時洗井，并抽至水清砂凈，確保含水層的暢通。降水井(回灌井)剖面如圖1所示。

根據(jù)涌水量計算流量，平均單井出水量約64.3 m3/h，所以水泵選擇QX120－22－5.5與QX80－22－3干式下泵型單相潛水電泵。

3.4 地面排水系統(tǒng)設計

在降水井軸線外，設置集水總管，水力坡度1%，根據(jù)斷面大小分為3級，三級集水總管(400 mm，排水能力為0.12 m3)匯集不超過10口井的水，排入二級集水總管中，二級集水總管(630 mm，排水能力為0.41 m3)連通一級總管及三級集水管。一級集水總管選用2根820 mm的管及一條深1.5 m、寬1.0 m的明溝。通過設在集水總管線路上的沉淀池沉淀后，清水通過甲方指定的排水口，排入灤河，從而減少了對河流的影響。

圖1 降水井(回灌井)剖面

4 抽水試驗

基坑降水方案確定后，需要進行抽水試驗，以檢驗滲透系數(shù)的選取是否合理，水泵型號選取是否合適。同時，根據(jù)抽水試驗的結果對降水的效果做出較準確的預測，以便及時調(diào)整方案，確保降水成功。在遷鋼生活小區(qū)降水方案確定后，在工程場地進行了群井抽水試驗，在對抽水試驗結果充分分析后，確認降水方案設計中水文地質(zhì)參數(shù)選取合理，井距、井深確定合適，降水方案合理可行。

5 降水井主要施工技術

管井施工工藝流程為:井位放線→鉆機就位→鉆井成孔→驗孔→下管填礫→洗井→鋪排水管道→水泵安裝→電力安裝→抽水運行。

在鉆進施工時，井孔應保持圓正垂直，要經(jīng)常采用抽桶清理鉆渣。井管下入前注入清水置換全井孔內(nèi)泥漿，為防止井管上下節(jié)錯位，將井管依井方向立直，吊放井管要垂直，并保持在井孔中心。礫料沿井管外四周均勻填入，保持連續(xù)，將稀泥漿擠出井孔。成井后應及時洗井，洗井過程中應觀測水位及出水量變化情況。安裝并接通電源，做到單井單控電路，并檢查水位及電制動抽水裝置和漏電保護系統(tǒng)。嚴格控制集水管的封閉性和傾斜方向，保證集水總管的長期穩(wěn)定。聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一抽降后應連續(xù)抽水，不應中途間斷，需要維修更換水泵時，應逐一進行。開始抽水時，因出水量大，為防止排水管網(wǎng)排水能力不足，可以間隔的逐一啟動水泵。抽水開始后，應逐一檢查單井出水量、出水含砂量。當含砂量過大，可將水泵上提，如含砂量仍然較大，應重新洗井。

6 應急保障措施

傍河深基坑降水由于基坑涌水量大，一旦停止運行基坑內(nèi)水位會在幾分鐘內(nèi)迅速抬升。因此，首先必須保證供電系統(tǒng)絕對有保障，在降水井運行期間配備了3臺120 kW的柴油發(fā)電機，并備足相應的燃料及人員，同時，確保發(fā)電機處于良好狀態(tài)，以保證降水開始后不能停止。其次，降水用電采用雙路供電，一旦停電，備用電源隨時啟動，做到萬無一失。再次，降水開始后，準備足夠的備用泵，初期可用大型號的水泵，正常運行期部分可換用較小型號的水泵。最后，降水井運行后，應安排專人負責管理運行，觀測地下水位。

7 降水引起周邊建筑物沉降及控制措施

基坑降水，一方面將使周邊土層產(chǎn)生附加荷載而導致相應的沉降，另一方面將使周邊地基土中部分砂土帶入井中，給周邊建筑物地基造成影響，因此，降水會對周圍建筑物構成不同程度的危害。

根據(jù)降水影響地面沉降大小的主要因素，即:土體本構、降水維持時間、承壓水的降深和降水井施工質(zhì)量等因素，本工程結合現(xiàn)場實際情況，在基坑和已有建筑物中間布設了一排止水砂樁，以防止基礎下部卵石層中的砂土進入降水井，給已有建筑物地基造成嚴重影響。同時，采用信息化施工，在已有建筑物周邊布設了一排回灌井，持續(xù)監(jiān)測建筑物的變形，若建筑物變形超出容許范圍立即展開降水井回灌，以避免周邊建筑物的地面嚴重沉降。

本工程從開始觀測至結束，在7個多月時間內(nèi)，對已建建筑物的24個觀測點連續(xù)進行了20次沉降觀測，結果累計最大沉降值5.39 mm，最小值0.11 mm，平均值1.93 mm，從觀測數(shù)據(jù)顯示，通過采取相應的技術措施后，基坑降水對周圍建筑物沉降影響不大。最后一次的觀測數(shù)據(jù)也表明，建筑物沉降已趨于穩(wěn)定。已建建筑物A2號點與A21號點的沉降量曲線圖見圖2。

8 降水對地下水的影響及預防措施

圖2 沉降量曲線圖

在河流地下水側向補給兩側含水層的地段，傍河深基坑的降水會對下游排泄區(qū)的地下水位產(chǎn)生較大的影響。同時，由于傍河深基坑含水層通常滲透系數(shù)比較大，大量抽取地下水會對周邊地下水徑流產(chǎn)生較大的影響，并且影響范圍較大。因此，在降水前需要評估降水對周邊地下水的影響，包括影響范圍、影響深度等做出判斷，并解決由此帶來的問題。

在遷鋼生活小區(qū)降水過程中，根據(jù)勘察報告和現(xiàn)場抽水試驗確定含水層滲透系數(shù)為600 m/d。在綜合考慮基坑形狀和涌水量后，對基坑降水對地下水的影響做出了準確的評估并采取了相應的措施。一方面將基坑降水排出的水通過市政管道排向灤河，以減少對河流的影響，另一方面通過計算準確的預測了地下水的影響范圍和下降幅度，對影響范圍內(nèi)由于地下水位下降引起周邊居民水井干涸給予提供供水和補償，比較合理的解決了降水對周邊居民生活、生產(chǎn)用水的影響。

9 結語

傍河深基坑由于其靠近補給源，具有含水層厚度大、滲透系數(shù)大，涌水量大，地下水位恢復能力強等特點，導致此類基坑降水難度大、成本高。遷鋼生活小區(qū)2、4號基坑降水工程，通過選取合理的參數(shù)，設計出可行的降水、排水方案，建立了完善的應急保障體系，從而有效的降低了工程風險。變形觀測表明，該基坑降水對周圍建筑物未造成不良影響。此外，通過影響范圍評價，準確的評估出降水對周邊居民生活、生產(chǎn)用水的影響，為后期解決擾民問題提供了科學的依據(jù)。從該工程中可以總結出在傍河深基坑降水時應注意以下幾點:

(1)在選擇降水方案時，要綜合考慮場地地層巖性、含水層滲透性、基坑深度及形狀、場地的水文地質(zhì)情況及附近場地的類似降水工程的經(jīng)驗后確定。

(2)因含水層的滲透性直接決定著涌水量計算的準確性，因此需要依據(jù)準確的勘察報告，并根據(jù)實踐經(jīng)驗準確選取。對于復雜的場地應進行抽水試驗，根據(jù)抽水試驗結果進一步檢驗滲透系數(shù)取值的準確性，以確保降水的成功。

(3)在準確計算基坑涌水量的基礎上，合理布置降水井，選取適當?shù)谋眯?，制定有效的排水方案?/p>

(4)由于傍河深基坑地下水位恢復速度很快，因此必須做好應急處置方案，用以應對停電等突發(fā)事故可能造成的重大損失。

總之，該工程創(chuàng)造了該區(qū)域排水量最大，卻地下水位控制最為準確穩(wěn)定的成功案例，可為該區(qū)域乃至類似工程場地的降水工程提供寶貴的借鑒經(jīng)驗。

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