淮安市區(qū)某深基坑水文地質(zhì)參數(shù)的確定與降水方案設(shè)計(jì)

洪迪思，王　亮

(江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，江蘇 淮安 223005)

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淮安市區(qū)某深基坑水文地質(zhì)參數(shù)的確定與降水方案設(shè)計(jì)

洪迪思，王亮

(江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，江蘇 淮安 223005)

結(jié)合淮安市區(qū)某深基坑工程實(shí)例，介紹抽水試驗(yàn)井設(shè)計(jì)、抽水試驗(yàn)情況和試驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)不同的計(jì)算方法得出含水層的滲透系數(shù)、影響半徑等水文地質(zhì)參數(shù)。基于抽水試驗(yàn)的結(jié)果，提出了深基坑開(kāi)挖降水的設(shè)計(jì)方案，采用管井井點(diǎn)降水法進(jìn)行深基坑降水，根據(jù)基坑降深情況下的影響半徑、涌水量等確定降水井的數(shù)量。同時(shí)分析了降水對(duì)周邊環(huán)境的影響程度。

深基坑降水；水文地質(zhì)參數(shù)；抽水試驗(yàn)；淮安市區(qū)

在深基坑工程施工中，在地下水位以下、透水性土層(粉土、砂土)中進(jìn)行基坑開(kāi)挖，需基坑降水為基坑開(kāi)挖創(chuàng)造無(wú)水條件，降水形成的坑內(nèi)外水位差，易引起流砂、管涌、突涌和潛蝕等現(xiàn)象，從而引起邊坡失穩(wěn)影響周邊建(構(gòu))筑物的安全，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)?zāi)芸陀^實(shí)際的獲得含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，為基坑降水方案的提出提供重要的依據(jù)。

以淮安市區(qū)某商業(yè)樓深基坑為例，通過(guò)抽水試驗(yàn)來(lái)確定深基坑的水文地質(zhì)參數(shù)，并對(duì)基坑降水提出合理的設(shè)計(jì)。

圖1　抽水試驗(yàn)井和觀測(cè)井平面布置圖

1　擬建場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

1.1工程概況

淮安某擬建項(xiàng)目位于江蘇省淮安市清河區(qū)淮海廣場(chǎng)東南角，屬淮安市商業(yè)中心區(qū)，總用地面積43 398.4 m2。由1幢地標(biāo)塔樓(地上73層)、3幢住宅塔樓(地上48層)和商業(yè)裙房(地上6～7層)組成，整個(gè)場(chǎng)地下設(shè)4層地下室(1和2層為商業(yè)、3和4層為停車庫(kù))，預(yù)估地標(biāo)塔樓基坑開(kāi)挖深度25.65 m、1#～3#住宅塔樓基坑開(kāi)挖深度23.15 m、商業(yè)裙房基坑開(kāi)挖深度21.35 m，基坑面積約39 663 m2，周長(zhǎng)約822 m，屬于一級(jí)深基坑。

1.2工程和水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)區(qū)位于黃泛沖積平原區(qū)，地形平坦。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，基坑影響范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)依次為：②層黏土，層厚0.80～3.80 m；③層粉土，層厚10.50～25.20 m、層頂埋深1.00～8.50 m；③1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，層厚0.70～3.00 m、層頂埋深1.60～5.40 m；④1層細(xì)砂，層厚0.90～8.50 m；④2層粉質(zhì)黏土夾粉砂，層厚0.60～3.60 m；⑤1層黏土夾粉砂，層厚9.50～20.60 m；⑤2層細(xì)砂，層厚1.10～6.30 m；⑥1層中砂，揭露最大厚度12.00 m；⑥2層黏土，層厚0.70～5.70 m；⑦層黏土，揭露最大厚度98.10 m。

表1　各試驗(yàn)井布置和井深表

擬建場(chǎng)地共有4層地下水，分別為2層潛水和2層承壓水，潛水含水層埋深2.63～2.76 m，水位標(biāo)高11.57～11.58 m,含水層平均厚度19.71 m；承壓水含水層埋深分別為7.76～7.88 m和15.80 m，水位標(biāo)高分別為6.26～6.59 m和-1.51m,含水層平均厚度分別為2.82 m和12.0 m。③層粉土和④1層細(xì)砂具潛水性質(zhì)、⑤2層細(xì)砂和⑥1層中砂具承壓水性質(zhì)。

2　水文地質(zhì)參數(shù)確定

2.1抽水試驗(yàn)

由于基坑開(kāi)挖深度較大且平面尺寸較大、⑤2層呈透鏡體分布,因此，抽水試驗(yàn)井選擇在透水層較大且分布集中處，共布設(shè)2組試驗(yàn)井、10組觀測(cè)井，試驗(yàn)井布置見(jiàn)圖1。抽水井和觀測(cè)井均按照施工期降水井和觀測(cè)井的要求布置。

本次共布置兩組抽水試驗(yàn)井，分別對(duì)研究區(qū)各主要含水層進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)井布置和井深見(jiàn)表1。

2.2抽水試驗(yàn)方法

抽水試驗(yàn)方法采用了穩(wěn)定流試驗(yàn)方法，同時(shí)結(jié)合非穩(wěn)定流法計(jì)算要求進(jìn)行觀測(cè)，洗井及試驗(yàn)性抽水結(jié)束后，及時(shí)觀測(cè)靜止水位，抽水試驗(yàn)結(jié)束，立即進(jìn)行了恢復(fù)水位觀測(cè)，恢復(fù)水位穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)與靜止水位觀測(cè)要求相同。

2.3滲透系數(shù)的確定

對(duì)③層粉土、④1和⑤2層細(xì)砂進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，取得的水文地質(zhì)參數(shù)主要為滲透系數(shù)K、影響半徑R，利用其抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行滲透系數(shù)的計(jì)算。

1)承壓水滲透系數(shù)K

根據(jù)承壓完整井有兩個(gè)井的計(jì)算公式：

式中：K為滲透系數(shù)/(m·d-1)；Q為涌水量/(m3·d-1)；M為含水層厚度/m；S1、S2為觀測(cè)孔(或主井)降深/m；r1、r2為抽水孔至觀測(cè)孔之間的距離/m

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2　利用兩個(gè)觀測(cè)孔的滲透系數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)表

2)承壓水影響半徑R

根據(jù)兩個(gè)觀測(cè)井的承壓完整井影響半徑R計(jì)算公式：

式中：S1、S2為觀測(cè)孔降深/m；r1、r2為抽水孔至觀測(cè)孔之間的距離/m

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表3　利用主井和一個(gè)觀測(cè)孔的滲透系數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)表

表4　承壓水含水層影響半徑計(jì)算表

3)潛水滲透系數(shù)K

③層粉土與④1層細(xì)砂水力聯(lián)系密切，中間無(wú)隔水層，這兩層同為潛水。

根據(jù)潛水非完整井有兩個(gè)觀測(cè)井的公式：

計(jì)算滲透系數(shù)K的值。

式中：Q為涌水量/(m3·d-1)；S1、S2為觀測(cè)孔降深/m；r1、r2為觀測(cè)孔距主孔距離/m

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

根據(jù)潛水非完整井單孔公式：

式中：Q為涌水量/(m3·d-1)；r為抽水井半徑/m；M為過(guò)濾器長(zhǎng)度/m；S為抽水井降深/m

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表5　利用兩個(gè)觀測(cè)孔的滲透系數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)表

4)潛水影響半徑R

根據(jù)《供水水文地質(zhì)手冊(cè)》中影響半徑的經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：R為影響半徑/m；Sw為抽水井內(nèi)水位降深/m；H為潛水含水層厚度/m(取擬建場(chǎng)地范圍內(nèi)最大厚度26.6 m)；K為滲透系數(shù)/(m·d-1)

代入數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表6　單孔滲透系數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)表

表7　潛水含水層影響半徑計(jì)算表

選擇不同的數(shù)學(xué)計(jì)算方法和公式，所計(jì)算的結(jié)果存在一定的差異，但總體上講，滿足相關(guān)規(guī)范要求。剔除其中的異常值，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值及場(chǎng)地地質(zhì)條件各層水文地質(zhì)參數(shù)建議值見(jiàn)表8。

表8　各層水文地質(zhì)參數(shù)建議值

3　基坑降水設(shè)計(jì)

3.1降水方案設(shè)計(jì)

本工程基坑開(kāi)挖深度最大為25.65 m。基坑開(kāi)挖較深、平面尺寸較大、周邊環(huán)境極其復(fù)雜，且場(chǎng)地含水層厚度大、滲透性能好、地下水較豐富，采用管井井點(diǎn)降水法比較合適。取25.65 m為基底埋深深度時(shí)，則基坑內(nèi)水位應(yīng)降至26.5 m(即水位降深為23.84 m)。疏干降水時(shí)，同時(shí)疏干③層、④1層和⑤2層含水層。

1)計(jì)算基坑等效半徑r0

由于基坑為不規(guī)則形，其等效半徑可根據(jù)下式計(jì)算：

式中：A為基坑面積(39 663 m2)

計(jì)算結(jié)果為：r0=112.39 m

2)計(jì)算基坑降水的影響半徑R

當(dāng)基坑降水至設(shè)計(jì)水位26.5 m時(shí)，其深度已進(jìn)入⑤1層黏土夾砂土層內(nèi)，考慮到疏干抽水將達(dá)到⑤1層底板。含水層(上部粉土、下部細(xì)砂)，其綜合影響半徑(R)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：

計(jì)算其影響半徑。

式中：R為含水層綜合影響半徑/m；Sw為抽水孔內(nèi)的水位降深/m，取Sw=23.84 m；K為含水層滲透系數(shù)/(m·d-1)，取含水層滲透系數(shù)加權(quán)平均值K0=27.81(m·d-1)；H為靜止水位到含水層底板的距離/m，取H=39.44 m

代入數(shù)據(jù)，計(jì)算得含水層綜合影響半徑為R=1 579.08 m

3)基坑涌水量的估算

根據(jù)面狀基坑潛水完整井公式：

計(jì)算基坑涌水量。

式中：Q為基坑涌水量/(m3·d-1)；K為含水層滲透系數(shù)/(m·d-1)，取含水層滲透系數(shù)加權(quán)平均值K0=27.81 m/d；H為靜止水位至含水層底板的距離/m，取H=39.44 m；S為基坑設(shè)計(jì)水位降深值/m，取S=26.5 m；R為影響半徑/m，取R=1 579.08 m；r0為基坑等效半徑/m，取r0=112.39 m

計(jì)算結(jié)果為：Q=45 933 m3/d。

4)降水井的布設(shè)

基坑降水時(shí)，各降水井相互干擾。因此，管井(單井)的出水量計(jì)算公式在此不適用。根據(jù)場(chǎng)地的地質(zhì)條件、降水井成井質(zhì)量、施工過(guò)程中的破壞及出水質(zhì)量等因素綜合確定單井的出水量約400 m3/d。

式中：Q為基坑總涌水量(m3·d-1)；q為管井單井涌水量(m3·d-1)

計(jì)算得：

降水井?dāng)?shù)量n≈127(口)

即擬建基坑內(nèi)平均布設(shè)降水井127口左右(井深42 m、井徑300 mm)。

3.2降水對(duì)周邊環(huán)境的影響及降水效果

基礎(chǔ)驗(yàn)槽時(shí)，通過(guò)開(kāi)挖段現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，地下水位均能降至坑底以下1.5～2.0 m，通過(guò)對(duì)周邊建(構(gòu))筑物、管道和道路等巡視監(jiān)測(cè)，未發(fā)現(xiàn)明顯沉陷、裂縫等現(xiàn)象，證實(shí)抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，降水方案可行、合理，符合設(shè)計(jì)和施工要求；為預(yù)防挖掘部位地下水的降低，導(dǎo)致其周圍地區(qū)地下水位隨之下降，使土層中因失去水而產(chǎn)生壓密，設(shè)置一定數(shù)量回灌井點(diǎn)，在井點(diǎn)降水的同時(shí),將抽出的地下水通過(guò)回灌井點(diǎn)持續(xù)地再灌入地基土層內(nèi),使降水井點(diǎn)的影響半徑不超過(guò)回灌井點(diǎn)的范圍，防止不利情況的發(fā)生。

4　結(jié)語(yǔ)

(1) 場(chǎng)區(qū)平面尺寸、開(kāi)挖深度均較大、周圍環(huán)境極其復(fù)雜，潛水和承壓水穩(wěn)定性問(wèn)題不容忽視，通過(guò)抽水試驗(yàn)?zāi)塬@取較準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù)，為降水方案的選擇提供了有力的保障，消除了工程事故隱患。

(2)室內(nèi)試驗(yàn)帶有復(fù)雜邊界條件，獲取含水層的水文地質(zhì)參數(shù)很難反應(yīng)出含水層的實(shí)際條件，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)是確定帶有復(fù)雜邊界條件含水層水文地質(zhì)參數(shù)的最有效和可靠的方法，但抽水試驗(yàn)井布置、計(jì)算參數(shù)的公式必須要考慮到且能反映現(xiàn)場(chǎng)的邊界條件，計(jì)算出的參數(shù)才能更接近實(shí)際值。

[1]DL/T5213-2005水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國(guó)水利水電出版社.2005.

[2]GB50027-2001.供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社.2001.

[3]JGJ120-2012.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2012.

2016-03-08

洪迪思(1980-)，男，江蘇漣水人，工程師，主要從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘察工作。

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