商業(yè)綜合體深基坑項目群井抽水試驗的應用探討

尚立梅

（北京中鐵大都工程有限公司，北京 100162）

本文結合工程實際情況選取合理的降水方案，進行深基坑降水設計，結合有關降水理論對影響降水效果的降水設計參數(shù)進行了定量分析與研究，對于深基坑降水工程的設計及降水維持具有一定的指導意義。

圖1 基地總平面圖

1 工程概況

某商業(yè)綜合體項目分為北區(qū)住宅和南區(qū)商業(yè)綜合體兩部分，總建筑面積約46.0萬m2。北區(qū)用地面積約15800m2，設置3層地下室，1#～4#住宅±0.00以上高度100.0m以下；南區(qū)用地面積約38800m2，設置5層地下室，公寓及寫字樓±0.00以上高度約200.0m，框架核心筒結構；裙樓8層，±0.00以上高度約56.0m，擬采用剪力墻結構。

北區(qū)基坑面積約為13500m2，周長約為550m；南區(qū)基坑面積約為30500m2，周長約為787m。商業(yè)綜合體項目基地周邊環(huán)境見圖1所示。

北區(qū)基坑采用順作法設計方案，圍護結構采用鉆孔灌注樁結合止水帷幕，坑內(nèi)設置兩道鋼筋混凝土支撐，根據(jù)止水帷幕的不同型式有以下3種圍護體方案供選擇：

圍護體方案1：鉆孔灌注樁結合38m三軸水泥土攪拌樁懸掛止水帷幕；

圍護體方案2：鉆孔灌注樁結合TRD工法等厚度水泥土攪拌墻落底式止水帷幕。

圍護體方案3：鉆孔灌注樁結合28m三軸水泥土攪拌樁止水。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

2.1 工程地質(zhì)

（1）雜填土（1-1）：地表有20cm砼地坪，其下為雜填土混少量碎石組成，土質(zhì)不均。

（2）素填土（1-2）：主要由粘性土混少量石灰渣及磚渣組成，土質(zhì)不均。

（3）粉質(zhì)粘土（2）：褐黃色～黃褐色，稍濕，呈可塑～軟塑狀態(tài)，壓縮性中偏高，含氧化鐵、及少量鐵錳質(zhì)，無搖振反應，干強度高，韌性中等。

（4）粘土（3-1）：黃褐色，稍濕，呈可塑～軟塑狀態(tài)，壓縮性中偏高，含氧化鐵、及少量鐵錳質(zhì)，局部夾薄層粉土，切面光滑，無搖振反應，干強度高，韌性中等。

（5）粉質(zhì)粘土夾粉土（3-2）：褐黃～褐灰色，稍濕，呈可塑～軟塑狀態(tài)，夾少量粉土，干強度一般，韌性中等。

（6）粉砂夾粉質(zhì)粘土（4-1）：灰色，濕，粉質(zhì)粘土呈軟塑狀態(tài)，粉砂呈稍密狀態(tài)，中壓縮性，含少量云母片及少量有機質(zhì)。

（7）細砂（4-2）：灰色，飽和，中密狀態(tài)，中壓縮性，含云母片、石英等礦物，局部夾粉質(zhì)粘土透鏡體（呈軟～可塑狀態(tài)）。

（8）細砂（4-3）：灰色，飽和，中密～密實狀態(tài)，中壓縮性，含云母片、石英等礦物，局部夾粉質(zhì)粘土透鏡體（呈軟～可塑狀態(tài)）。

（9）粉質(zhì)粘土（4a）：灰色，稍濕，呈可塑狀態(tài)，中壓縮性，無搖振反應，干強度高，韌性中等。

（10）中粗砂夾礫卵石（5）：灰色，飽和，中密狀態(tài)，中壓縮性，含云母片、石英礦物，含礫卵石粒徑一般為5～30mm，，含量約5～10%左右。

（11）強風化泥巖（6-1）：灰綠色，泥質(zhì)結構，層狀構造，巖石風化呈土狀，遇水易軟化崩解，含少量中風化碎塊。屬極破碎巖體，極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為V級。

（12）中風化泥巖（6-2）：灰綠色，泥質(zhì)結構，層狀構造，巖芯呈柱狀，屬較破碎巖體，極軟巖～軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為V級。

2.2 水文地質(zhì)

（1）本場地分布的地下水主要為賦存填土中的上層滯水和埋藏于砂層中的承壓水。水位變化幅度為3.0～5.0m。

（2）根據(jù)現(xiàn)場抽水試驗測得場地承壓水位埋深為8.41m，絕對標高為14.29m。

（3）測得部分鉆孔上層滯水穩(wěn)定水位埋深為0.8～1.5m，對應標高為21.21～21.80m。

（4）北區(qū)基坑基底位于承壓含水層頂面附近，南區(qū)基坑開挖已進入承壓含水層，基坑開挖過程中需采取承壓水的處理措施確?；庸こ痰陌踩?。

土層的力學性質(zhì)綜合成果及滲透系數(shù)詳見表1：

表1 土層物理力學性質(zhì)綜合成果表

3 抽水試驗目的

由于基坑工程實施過程中需長時間抽降第④層承壓水，為了解該層承壓水水位分布及水文地質(zhì)參數(shù)（含水層的滲透系數(shù)K、導水系數(shù)T及彈性釋水系數(shù)S等參數(shù)）、該層土與相鄰土層的水力聯(lián)系情況、確定施工期間降壓井的降水施工參數(shù)和為布置降壓井提供依據(jù)、確定北區(qū)基坑止水帷幕的具體實施方案，以及分析與預測降壓降水施工過程中對周邊環(huán)境的影響，基坑工程實施之前應在本工程場地內(nèi)部針對第④層承壓水含水層進行群井抽水試驗。

4 抽水試驗設計依據(jù)［1］

（1）中機三勘巖土工程有限公司提供的《xxx項目巖土工程勘察中間資料》；

（2）本工程建筑總平面圖、剖面圖；

（3）GB50027-2001《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》；

（4）GB50296-99《供水管井技術規(guī)范》；

（5）JGJ/T111-98《建筑與市政降水工程技術規(guī)范》；

（6）CJJ/T 76-1998《城市地下水動態(tài)觀測規(guī)程》；

（7）《基坑降水手冊》，中國建筑工業(yè)出版社，2006.04；

（8）《基坑工程手冊》，中國建筑工業(yè)出版社，2009.11。

5 群井抽水試驗設計要求

（1）群井抽水試驗過程中承壓水的水位降深應不小于9.0m，降壓時間不少于14d；

（2）群井抽水試驗井應設置四口以第④1層和第④2層為降水目標層的降壓井，井點平面按正四邊形角點方位布置，井點相互之間距離根據(jù)場地水文地質(zhì)條件暫定20m，施工單位可根據(jù)其經(jīng)驗進行調(diào)整確定，群井試驗場地建議設置遠離周邊房子的區(qū)域；

（3）四口試驗井中心范圍應布置降水目標層之上各層水位觀測井，觀測井數(shù)量應確保能夠反映承壓水頭坡降情況；

（4）在進行群井抽水試驗之前應進行單井抽水試驗，單井抽水試驗應結合試驗井外設置的兩口觀測井，以獲得承壓含水層的影響半徑，以及承壓含水層的滲透系數(shù)K、導水系數(shù)T及彈性釋水系數(shù)S等參數(shù)；

（5）為了解基坑降壓降水對周邊環(huán)境的影響，抽水試驗過程中應進行試驗區(qū)地面的沉降觀測，試驗區(qū)應布置地面沉降觀測網(wǎng)點，以反映降壓抽水試驗期間的地面沉降情況；

（6）試驗單位應根據(jù)上述要求編制詳盡可行的群井抽水試驗方案，試驗方案須經(jīng)圍護設計單位及相關單位確認后方可實施。

6 抽水試驗方案

抽水試驗包括單井抽水試驗和群井抽水試驗，待單井抽水試驗和群井抽水試驗結束后，再進行回灌試驗。

6.1 布井原則

本次抽水試驗抽水層位為④1、④2層，4口抽水井（井號J1～J4）均布置在該層，進行群井抽水試驗，為獲取準確的水文地質(zhì)參數(shù)和研究上部含水層與④層的水力聯(lián)系，觀測井分別布置在③層（井號G1）、④1層（井號G2）、④2層（井號G3、G4～ G5）。

6.2 布井方案

根據(jù)試驗目的和計算的要求，抽水試驗觀測井的布置符合以下要求：

（1）抽水井暫按4口布置，孔距約20.0m，呈正四邊形布置，孔深為30m和38m，濾水管長度8m。

（2）用于觀測③層水位的井深暫定為9m、④1層水位的井深暫定為14m、④2層水位的井深暫定為30m。

（3）觀測孔G1～G3均位于正四邊形中心地帶；觀測孔G4、G5布置在群井外側。

（4）本方案抽水井深度及構造僅供參考，井的具體布置、深度、構造等技術參數(shù)可由抽水試驗單位根據(jù)具體情況適當調(diào)整，經(jīng)相關各方認可后方可實施。

6.3 回灌試驗

單井抽水試驗以及群井抽水試驗結束之后，尚應進行兩次針對④2層承壓含水層的回灌試驗，回灌試驗分兩個階段進行：

第一階段：待單井、群井抽水試驗結束之后，承壓含水層的水頭恢復至初始水頭之后，利用J1、J2井進行回灌，回灌期間利用其他降水井和觀測井進行水位觀測，獲取回灌壓力、回灌量、回灌期間水位上升情況等數(shù)據(jù)；

第二階段：待第一階段的回灌試驗結束之后，啟動2口抽水試驗井，將群井中部區(qū)域承壓水頭降至設計要求的標高，在維持此承壓水頭的狀態(tài)下，采用J1、J2井進行回灌，回灌期間利用其余觀測井進行水位的觀測，獲取回灌壓力、回灌量、回灌期間水位上升情況等數(shù)據(jù)。

7 抽水試驗技術要求

7.1 成井工藝

抽水試驗成井工藝流程如下：

準備工作→鉆機進場→定位安裝→開孔→下護口管→鉆進→終孔后沖孔換漿→下井管→稀釋泥漿→填砂→止水封孔→洗井→下泵試抽→合理安排排水管路及電纜電路→試驗→正式抽水→記錄。

7.2 穩(wěn)定水位觀測

抽水試驗開始前，連續(xù)2小時觀測抽水井及觀測井內(nèi)的地下水位。如果觀測水位變化幅度不大于2.0cm，認為地下水位處于穩(wěn)定狀態(tài)。

7.3 抽水量觀測

抽水試驗的出水量Q，應保持常量，如有變化，其允許波動率應小于3%。

抽水試驗的抽水持續(xù)時間暫定為14天。抽水持續(xù)時間根據(jù)現(xiàn)場觀測孔水位下降與時間關系曲線（s～lgt曲線）進行調(diào)整，且宜符合下列要求：

（1）若曲線出現(xiàn)拐點后平緩段，并能推出最大水位下降值時，即可停止抽水。

（2）若曲線無拐點，呈直線延伸時，其直線段的水平投影在lgt軸的數(shù)值不少于兩個對數(shù)周期。

動水位與出水量應統(tǒng)一指揮、同步觀測，觀測時間按抽水開始后的第1、2、3、4、6、8、9、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min進行，以后每隔1h觀測1次，觀測孔的水位應與抽水孔水位同時觀測。

7.4 恢復水位觀測

停止抽水后，恢復水位觀測頻率與前述抽水時的觀測頻率一致，并持續(xù)觀測到水位穩(wěn)定為止。地下水位穩(wěn)定標準為：連續(xù)2h內(nèi)的水位變幅不大于2.0cm。每次抽水試驗結束，待水位恢復穩(wěn)定后方可進行下一組抽水試驗。

7.5 觀測精度

抽水量觀測：采用水表測量抽水量，測讀精度為0.1m3。

地下水位觀測：在同一組抽水試驗中，采用同一種工具和方法測量地下水位變化。抽水井的水位測讀精度為0.02m，觀測井的水位測讀精度為0.01m。停止抽水后水位自然恢復，此時水位觀測尤為重要，水位穩(wěn)定標準為2h內(nèi)水位變幅不大于2cm。

8 水文地質(zhì)參數(shù)分析方法

抽水試驗單位可采用解析法和數(shù)值法確定水文地質(zhì)參數(shù)。

解析法適用于單井抽水試驗，并可采用下述承壓非完整井的井流公式進行分析計算［2］：

式中 s——水位降深，m；

T——導水系數(shù)，m2/d；

Ur=r2S/（4Tt）；

S——儲水系數(shù)；

B——越流因數(shù)，m；

r——抽水井至任意點距離，m；

t——抽水時間，d；

M——含水層厚度，m；

Q——井的流量，m3/d；

Kz——垂直滲透系數(shù)，m/d；

Kr——水平滲透系數(shù)，m/d；

L—— 抽水井過濾器下端至含水層頂板距離，m；

L1—— 觀測孔過濾器下端至含水層頂板距離，m；

d—— 抽水井過濾器上端至含水層頂板距離，m；

d1—— 觀測孔過濾器上端至含水層頂板距離，m。

9 試驗結果

在試驗期間，在抽水井最大降深7.47m，觀測井最大降深4.22m情況下：

（1）試驗區(qū)域地面累計沉降量微小，最大累計沉降量為1.5mm。

（2）距離抽水區(qū)域近的地面累計沉降量大，反之則小。

（3）深層土體的累計沉降量較小，且較大沉降量集中在③層頂及④1層頂，最大深層土體的累計沉降量為13mm。

（4）道路累計沉降量微小，最大累計沉降量為0.6mm。

（5）房屋沉降監(jiān)測點的累計沉降量為0mm。

10 結論及建議

（1）承壓含水層靜止水位：根據(jù)現(xiàn)場的水位測量，承壓含水層的各層靜止水位穩(wěn)定在16.43m（絕對標高）左右，其分布特征大體是北側水位略高于南側。

（2）承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)建議取值：由抽水試驗的數(shù)據(jù)計算，承壓含水層的水文地質(zhì)參數(shù)建議取值為：滲透系數(shù)K=16m/d，導水系數(shù)T=437m2/d，彈性釋水系數(shù)S=3.4×10-3，影響半徑R=165m。

（3）承壓含水層與相鄰土層之間的水力聯(lián)系：根據(jù)各個含水層在抽水試驗中的水位變化情況，在承壓含水層連續(xù)2周大量抽水的情況下，潛水水位變化在20cm左右，可以確定在試驗期間，承壓含水層與相鄰土層之間的水力聯(lián)系并不密切，相互之間幾乎沒有發(fā)生越流補給。

（4）基坑施工階段降壓建議方案：根據(jù)前期勘察資料、抽水試驗的成果及大量武漢地區(qū)降水減壓井的施工經(jīng)驗，該區(qū)減壓降水井的建議井深35m，其中實管18.5m，濾管13.5m，沉淀管1m。減壓降水井成孔建議孔徑550mm，下置的實管及濾水管口徑250mm，濾料填位在濾管頂面標高以上2m左右，濾料填位以上至井口填粘土球，粘土球直徑為20～40mm，反濾料為直徑2～3mm的綠豆砂。

（5）止水帷幕埋深的建議值：根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測的地面沉降數(shù)據(jù)，在連續(xù)2周大量抽水情況下，試驗期間抽水井最大降深7.47m、觀測井最大降深4.22m，對應的地表累計沉降最大值為1.5mm， 道路累計沉降最大值為0.6mm，房屋累計沉降為0 mm。根據(jù)經(jīng)驗，結合周邊環(huán)境條件，這些沉降不會對環(huán)境條件產(chǎn)生較大影響，并考慮到以下幾個方面的原因：

①基坑開挖深度在14m左右，已進入互層，在開挖過程中必須防止坑壁發(fā)生水土流失，故需考慮側向止水帷幕深度進入坑底一定范圍。

②本次抽水試驗時間歷時有限，而實際基坑降水持續(xù)時間不少于3個月，最大降深也會小于本次試驗的降深，故最終沉降量應超過本次試驗的監(jiān)測值。

③根據(jù)本區(qū)域的工程地質(zhì)條件并結合武漢地區(qū)施工經(jīng)驗，常規(guī)SMW工法樁的施工工藝只能進入粉細砂層一定深度。

綜合以上因素，止水帷幕埋深的建議值為26～28m。

（6）相鄰地面沉降的時空特征及降水對環(huán)境影響：在抽水試驗期間，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，相鄰地面沉降的時空特點為靠近降水中心區(qū)域的沉降最大，沉降量隨著距離降水中心區(qū)域的變大而減小，50m之外即無影響，對周邊的環(huán)境影響微小。

［1］ 符亞兵，焦志亮，王卓然. 三維滲流和地面沉降模擬方法在某基坑支護設計中的應用［J］. 工程勘察，2016，44（01）：37-43.

［2］ 張英. 濱海新區(qū)某基坑降水設計［J］. 山西建筑，2012，38（13）：67-68.