淺談建筑基坑降水工程的設(shè)計

易普男

（遼寧科技工程設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

沈陽恒大綠洲十一期139#-141#樓項目位于南陽湖西二街西側(cè)，云龍湖東二街東側(cè)，汪河路南側(cè)。項目施工過程中，建設(shè)項目地下部分采用需基坑支護(hù)施工，設(shè)計基坑深度為15.0m。在現(xiàn)狀條件下，項目所在地的地下水埋深為4.90~10.20m，高于建筑物基礎(chǔ)底深度；為避免產(chǎn)生塌方、管涌及坑底突涌，使地下結(jié)構(gòu)順利施工，必須進(jìn)行基坑降水，將地下水位降低至基坑最深處以下。

本項目取用水主要為基坑降水。由于建設(shè)項目地下3層位于地下水位以下，基坑需采用井點降水的方法，將地下水位降低至基坑底面以下1.0m，以保證地下主體結(jié)構(gòu)順利施工。根據(jù)建設(shè)單位提供的降水方案，本工程共布置25 眼降水井（其中2眼降水井備用），降水井安裝63m3/h 潛水泵。取水規(guī)模：最大取水量34776m3/d，降水時間為2019年5月1日~2020年5月31日（共397d），整個施工期總?cè)∷考s1194.93萬m3。

該項目退水主要是基坑降水退水。地下水由降水井抽出后匯入場內(nèi)的主排水管線，再由主排水管線匯入場地東北角的沉砂池，基坑降水抽出地下水通過沉砂池排放到工程場地附近的市政排水管網(wǎng)。地下水取出后全部排放，最大退水量為34776m3/d，設(shè)計總退水量為1194.93萬m3。排放時間計劃為2019年5月1日~2020年5月31日，共計397d。

通過現(xiàn)場調(diào)查，在本項目的東側(cè)南陽湖西二街，有一直徑為 800mm的雨水管線，是本項目降水排放的唯一出口，該排水管線通過位于南陽湖大街與陽光路交叉處的提水站，最終將雨水排入渾河。降水施工前應(yīng)進(jìn)行疏通，確保流速，以滿足排水要求。

1 設(shè)計依據(jù)及設(shè)計原則

1.1 法律依據(jù)

（1）《中華人民共和國水法》（2016年7月修訂）；

（2）《中華人民共和國水污染防治法》（2017年6月修訂）；

（3）《建設(shè)項目水資源論證管理辦法》（2017年12月第二次修正）；

（4）《取水許可和水資源費征收管理條例》（2017年3月修訂）；

（5）《遼寧省地下水資源保護(hù)條例》（2011年1月修正）；

（6）《遼寧省取水許可和水資源費征收管理實施辦法》（2009年7月）。

1.2 技術(shù)規(guī)程、規(guī)范

（1）《建設(shè)項目水資源論證導(dǎo)則》（GB/T35580-2017）；

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

（3）《供水管井設(shè)計規(guī)范》（GB50296-1999）；

（4）《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-93）；

（5）《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/3838-2002）；

（6）《水功能區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50594-2010）；

（7）《供水水文地質(zhì)手冊》1983年版；

（8）《遼寧省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB21/1627-2008）；

（9）《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012)；

（10）《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ/111-98）。

1.3 技術(shù)文獻(xiàn)

（1）《沈陽恒大綠洲139#-142#樓巖土工程勘察報告》（沈陽沈陽建材地質(zhì)工程勘察院有限公司2018.5）；

（2）《沈陽恒大綠洲十一期139#-141#樓及地下室基坑支護(hù)及降水工程深基坑工程安全專項施工方案》（沈陽華昌巖土工程有限公司2018.11）；

（3）《沈陽市水資源》沈陽市水利局，2007；

（4）《沈陽市水資源公報》沈陽市水利局，2017。

2 降水方案設(shè)計

2.1 基坑降水采用管井井點降水。

基坑降水主要有集水明排、井點降水、截水等方法。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中“地下水控制”方法適用條件，集水明排、真空井點和噴射井點由于適用于滲透系數(shù)較小的地層不適用于本項目；回灌法要求回灌井與降水井的間距不小于6m，本項目四周緊鄰馬路和建筑物，不滿足回灌法要求條件。截水法雖然使用條件較廣，但本項目地下隔水層埋深65.1m，且含水層透水性比較好，現(xiàn)有施工工藝無法達(dá)到施工要求。僅有管井法井點降水適用條件完全與本項目相符，并且根據(jù)沈陽市多年基坑降水經(jīng)驗，管井井點降水效果良好，符合本項目地下水控制要求。

2.2 降水方法的選擇

2.2.1 節(jié)水技術(shù)分析

（1）采取每臺水泵獨立運行，備用井作為地下水位觀測井，每天監(jiān)測地下水位變化，根據(jù)現(xiàn)場土方開挖進(jìn)度而調(diào)整，在地下水位滿足基坑內(nèi)施工要求時，適當(dāng)減少水泵數(shù)量，達(dá)到節(jié)水的目的。

（2）合理有序地安排施工工期，協(xié)調(diào)好各部門的配合，加快施工進(jìn)度，盡早進(jìn)行基坑回填，即可停止基坑降水。

2.2.2 論證項目建設(shè)單位在合理安排工期的前提下，分三個階段降水。

（1）從基坑開挖、支護(hù)開始降水施工工期為45d。基坑均為獨立基礎(chǔ)，場地整平后標(biāo)高為37.00m，地下水位27.85m，地下水埋深9.15m?；拥讟?biāo)高22.00m，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）地下水位降至基坑底面以下1.0m，即本項目地下水位控制深度按6.85m計算。

（2）基坑內(nèi)地下部分工程施工至基坑回填施工工期為90d。地下水位降至基坑底面以下0.5m，地下水位控制深度按6.35m計算。

（3）主體工程施工在地上10層以下，未達(dá)到抗浮要求，地下水位按基底深度控制，控制深度為5.85m，工期為262d。因此，按上述三個階段計算出的基坑總排水量是合理的。

2.2.3 水文地質(zhì)條件

勘察期間為平水期，項目建設(shè)場地在鉆探深度內(nèi)遇見二層地下水，第一層為孔隙潛水，其初見水位埋深5.6~10.7m，初見水位高程為25.96~28.02m，穩(wěn)定水位埋深4.9~10.2m，穩(wěn)定水位高程為27.09~28.61m，含水層為中砂③1、礫砂④、礫砂⑤。第二層為孔隙承壓水，其初見水位高程12.47~15.42m，穩(wěn)定水位高程為27.09~28.61m，含水層為中砂⑦及其以下各層。

其補(bǔ)給形式主要由大氣降水及地下徑流補(bǔ)給。根據(jù)沈陽歷年資料統(tǒng)計，地下水年變化幅度約為2.0~3.5m，應(yīng)考慮地下水位隨季節(jié)變化所帶來的影響。

抗浮設(shè)計水位取值31.50m，注意各階段的抗浮穩(wěn)定問題；由于第二層孔隙承壓水具有較大承壓性，最大承壓水頭將近15m，基坑開挖及施工降水時應(yīng)進(jìn)行坑底的抗隆起穩(wěn)定和抗?jié)B透穩(wěn)定驗算，確保施工安全，必要時應(yīng)對第二層承壓水打井降水減壓。

2.2.3.1 含水層水文地質(zhì)參數(shù)計算

為計算單井的出水量，核定本地區(qū)的水文地質(zhì)參數(shù)，利用已建成的取水井做抽水試驗，相鄰的取水井作為觀測孔，水泵單井出水量為80m3/h，水位測量使用電測水位計。該井井深38m，井徑400mm。項目區(qū)地下水位埋深9.15m，取水井屬于非完整井，穩(wěn)定降深2.43m，抽水試驗結(jié)果見下表。

表1 抽水試驗成果表

根據(jù)抽水試驗結(jié)果，采用下列公式進(jìn)行水文地質(zhì)參數(shù)計算。

K— 滲透系數(shù) (m/d)；

R— 抽水影響半徑 (m)；

H— 潛水含水層厚度 (m)；

Q— 出水量 (m3/d)；

S— 抽水孔水位下降值 (m)；

L—過濾器有效長度（m）；

r1、r2— 觀測孔至試驗孔距離 (m)；

S1、S2—觀測孔水位下降值 (m)。

采用數(shù)據(jù)及計算結(jié)果列入下表：

表2 水文地質(zhì)參數(shù)計算成果表

從以上計算結(jié)果可見，本地區(qū)含水層滲透系數(shù)K＝40.88m/d，影響半徑R＝258m。與區(qū)域水文地質(zhì)報告基本一致，可以采用。

2.2.3.2 單井出水量設(shè)計復(fù)核

根據(jù)建設(shè)單位提供的降水方案，施工降水井25眼（其中2眼備用井）。設(shè)計單井最大出水量63m3/h。

依據(jù)《供水管井技術(shù)規(guī)范》（GB50296-99）進(jìn)行出水量設(shè)計復(fù)核。

（1）允許井壁進(jìn)水流速Vj

Vj= K1/2/15 =（40.88÷86400）1/2÷15=0.00145m/s

（2）抽水井設(shè)計出水量Q Q≤πDLVj

式中：Q—允許設(shè)計出水量（m3/s）；D—開采段井徑（m）；

L—過濾器有效長度（m）；

Vj—允許井壁進(jìn)水流速（m/s）。

Q≤πDLVj=3.14×0.4×20×0.00145=0.0364m3/s =131m3/ h

由此可見，設(shè)計單井出水量Qs=63m3/ h＜131m3/ h，滿足《供水管井技術(shù)規(guī)范》出水量的設(shè)計復(fù)核。

2.2.3.3 基坑涌水量計算

根據(jù)論證區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)特征，采用均質(zhì)含水層潛水非完整井基坑涌水量計算。

圖1 基坑用水量計算示意圖

計算公式如下：

式中：

Q— 基坑總涌水量（m3/s）；

hm—(H+h)/2；

l —過濾器有效長度（m）；

R— 降水影響半徑（m）；

r0— 基坑等效半徑（m），r0= 0 .2（9a+b）；

S— 基坑水位降深（m）；

計算采用數(shù)據(jù)及計算結(jié)果如下表：

表3 基坑涌水量計算成果表

根據(jù)上述計算結(jié)果，基坑施工最大日降水量為33838m3/d。實際日最大降水量約為34776m3/d，可滿足基坑降水要求。

2.2.4 降水井布置方案

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012），降水井?dāng)?shù)量n計算公式如下：

n=Q/q

式中：n—降水井?dāng)?shù)量（眼）；

Q—基坑總涌水量(m3/d)；

q—單井出水能力1512(m3/d)。

經(jīng)計算，n= 33838/1512=22.4≈23（眼）

基坑降水考慮到l .l的安全系數(shù)，增加2眼備用井。實際布置總降水井25眼。另外，考慮到汛期施工遇到強(qiáng)降雨等因素，為保證基坑施工的正常進(jìn)行，適當(dāng)增加降水井?dāng)?shù)量。

2.2.5 降水井運行方案

由于基坑降水井需在基坑開挖前施工，在基坑開挖和基坑內(nèi)錨索施工時，降水井很可能被破壞，基坑開挖后基坑上部降水井施工作業(yè)面不夠，因此，必須考慮施工備用井，備用降水井作為地下水位觀測井，實時監(jiān)測地下水位，在滿足地下水位控制要求的前提下，減少抽水井?dāng)?shù)量。防止造成過度降水。在汛期來臨時，要做好防汛準(zhǔn)備，基坑內(nèi)要設(shè)置明排輔助抽水。

降水運行時，應(yīng)實時監(jiān)測地下水位，在滿足地下水位控制要求的前提下，減少抽水井?dāng)?shù)量，防止造成過度降水。根據(jù)基坑涌水量和降水井?dāng)?shù)量計算、基坑內(nèi)工程施工進(jìn)度計劃、地下水控制要求和場地內(nèi)地下水實際情況，結(jié)合降水工程隨著降水時間增加，水量減少的特征，制定降水井運行方案如表4：

表4 施工降水運行方案

2.3 降水井結(jié)構(gòu)

降水井設(shè)計井深38m，開孔直徑600mm，成井直徑40mm，上部4m井壁管采用Φ400水泥管，中部30m過濾器采用Φ400鋼筋骨架綁扎竹竿包網(wǎng)過濾器，包網(wǎng)材料全部為80目尼龍網(wǎng)，長度30m；底部4m沉砂管采用Φ400水泥管?？妆谂c井壁管間填充原狀砂土，孔壁與濾水管間填充3~7mm礫砂。井結(jié)構(gòu)符合《管井技術(shù)規(guī)范》要求。

3 結(jié)語

本文詳細(xì)論述了沈陽恒大綠洲十一期139#-141#樓項目基坑降水的設(shè)計，根據(jù)現(xiàn)場實際的施工情況，合力采取取水、排水方式，不影響周邊居民生活和生態(tài)環(huán)境發(fā)展。此外，工程基坑降水運行過程中，應(yīng)對抽、排水系統(tǒng)經(jīng)常進(jìn)行日常維護(hù)和隱患排查，防止管線漏水等不利因素對基坑安全造成影響。