閻良地區(qū)大面積深基坑降水方案選擇及參數(shù)確定

侯龍君，王一兵，陳 俊，何 云

(西北有色勘測工程公司，陜西西安710054)

1 工程概況

該工程位于西安市閻良區(qū)，擬建工程占地約85 000 m2，包括商業(yè)綜合樓、SOHO公寓樓、商務(wù)綜合樓和五星級(jí)酒店及地下車庫等。其中基坑開挖范圍為南北方向總長約440 m，東西寬約186 m，基坑開挖深度約為11 m。目前，該基坑為閻良區(qū)內(nèi)開挖面積最大的深基坑。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

根據(jù)勘察資料，場地地貌單元屬渭河北岸一級(jí)階地，勘探深度內(nèi)地層自上而下依次為表土、第四系全新統(tǒng)黃土狀土和上更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土夾粉細(xì)砂，細(xì)分為7層，基坑范圍內(nèi)可見土層主要包括以下幾層:

2.2 地下水

根據(jù)勘察期間鉆孔揭露可知，場區(qū)內(nèi)地下潛水位埋深9.0～12.0 m 之間，標(biāo)高188.22～189.82 m，勘察期間屬平水期水位，地下水位年變幅1～2 m左右，地下水類型屬孔隙潛水。

區(qū)內(nèi)地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，少部分來則側(cè)向徑流補(bǔ)給，地下水的徑流方向與地形總體坡度一致，主要流向西南;潛水排泄方式主要為徑流排泄、人工開采等。

表1 地層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2.3 巖土主要物理性質(zhì)指標(biāo)

根據(jù)設(shè)計(jì)院總平圖及任務(wù)書的說明，結(jié)合地質(zhì)勘察成果，本項(xiàng)目中涉及到的巖土體主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

3 基坑設(shè)計(jì)方案

基坑為一矩形，長440 m，寬186 m，基坑范圍巨大，基坑深11 m。巖土體主要為黃土狀土。

3.1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)基坑開挖深度、場地地層結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境情況以及支護(hù)的成本，選擇土釘墻支護(hù)方案。按照1級(jí)安全等級(jí)，臨時(shí)性支護(hù)設(shè)計(jì)。土釘采用人工洛陽鏟成孔，成孔直徑110 mm，下傾角10～15°，土釘間距1.5 m，梅花形布設(shè)，土釘桿件上焊對中支架，下入孔后注水泥漿，注漿方式為重力式注漿，掛250×250 mm鋼筋網(wǎng)片固定于坑壁，用加強(qiáng)鋼筋連接并壓緊，最后進(jìn)行噴射砼面層。在地下水位以下或含水豐富區(qū)，視實(shí)際情況設(shè)立排水管。邊坡采用臺(tái)階式放坡，放坡的坡比仍為1∶0.3，在－5.0 m處設(shè)置一平臺(tái)，臺(tái)階寬度2.0 m，然后再繼續(xù)按照1∶0.3坡比下挖至坑底。

3.2 基坑降水設(shè)計(jì)

3.2.1 方法分析選擇

基坑降水已經(jīng)是一個(gè)復(fù)雜的工程技術(shù)問題，不僅僅是要考慮疏干基坑內(nèi)的涌水量，還要考慮到經(jīng)濟(jì)問題、安全問題和環(huán)境地質(zhì)問題。

在工程實(shí)踐中有許多方法來控制地下水，基坑降水方法主要有:明溝加集水井降水、輕型井點(diǎn)降水、噴射井點(diǎn)降水、電滲井點(diǎn)降水、深井井點(diǎn)降水等等。各種降水方法有其特點(diǎn)和適用情況。

對于本工程而言，基坑范圍巨大，屬深大基坑，基坑巖土體富水性較好，且根據(jù)勘察資料，基坑北部有一道水渠，寬約4 m，深約2 m，主要用于排放周邊居民的生活污水。因此，本工程的基坑降水工程是一難點(diǎn)，降水工程直接關(guān)系到整個(gè)基坑工程的成敗。根據(jù)前期勘察提供的參數(shù)，經(jīng)過抽水試驗(yàn)檢驗(yàn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)參數(shù)，綜合取含水層滲透系數(shù)K=5 m/d，影響半徑R=50 m作為本次降水的設(shè)計(jì)參數(shù)。

本項(xiàng)目基坑降水面積巨大440 m×186 m，根據(jù)設(shè)計(jì)院要求基坑基底標(biāo)高－11.1 m，基坑水位要求控制在－13.5 m以下，經(jīng)實(shí)地測量，地下水位基本保持在－9.2 m，降水深度約為4.5 m。由于場地滲水面積大，黃土層滲水系數(shù)大，水源補(bǔ)給充沛，施工工期緊等要求，考慮深井井點(diǎn)降水排水量大，降水深，井距大，對平面布置干擾小，不受土層限制，井點(diǎn)制作、降水設(shè)備及操作工藝、維護(hù)均較簡單，施工速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，最終采用深井井點(diǎn)降水，因基坑跨度較大，在基坑中部設(shè)置疏干井，以期達(dá)到降水施工的目的。降水井點(diǎn)圍繞基坑布設(shè)。

3.2.2 降水計(jì)算

(1)基坑涌水量

式中:Q總為基坑總排水量;K為含水層滲透系數(shù);H0為含水層厚度;SW為設(shè)計(jì)基坑水位降深;R0為引用影響半徑(R0=R+r0);R為影響半徑;r0為引用半徑。(按矩形井群布置公式計(jì)算求得)

求得Q總=5 508 m3/d

(2)設(shè)計(jì)單井出水量

采用理論計(jì)算為輔，實(shí)際成井為主的方法。單井出水量按最大出水能力計(jì)算:

式中:r為過濾器半徑;l為過濾器長度;

當(dāng)r=0.2 m時(shí)，q=336 m3/d，而實(shí)際成井時(shí)，單井出水量一般都小于150 m3/d，故確定單井出水量100 m3/d考慮。

(3)降水井點(diǎn)數(shù)

通過計(jì)算及場地實(shí)際情況，共布設(shè)降水井60眼。

(4)井點(diǎn)間距

式中:a為井點(diǎn)布設(shè)間距;L為基坑長度;n為布設(shè)井點(diǎn)數(shù)。

沿基坑開挖邊緣線外推1～2 m布井，計(jì)算井間距為19.5 m，原則上按20 m井距布設(shè)，由于基坑面積大，周邊封閉降水后，坑內(nèi)大面積的儲(chǔ)存量在短時(shí)間內(nèi)不易疏干，為了加快降水，保證工期，在基坑內(nèi)另外布設(shè)了疏干井18眼，分為3排，間距按40～60 m布設(shè)。(井位布置見圖1)

圖1 井位布置圖

(5)管井結(jié)構(gòu)及成井工藝

水井采用完整井，一徑到底，用鍋錐鉆機(jī)成孔，井深22 m，成井孔徑≥0.6 m，井管直徑為0.4 m，濾料為礫徑3～5 mm礫石，完井后進(jìn)行洗井，要求達(dá)到基本水清為止。

(6)降水運(yùn)行監(jiān)測及調(diào)整

降水期間，現(xiàn)場技術(shù)人員全程對降水過程進(jìn)行監(jiān)控，每天分早晚兩次監(jiān)測水位變化，并對資料進(jìn)行收集整理，根據(jù)水動(dòng)態(tài)曲線及總涌水量的變化，對降水井水泵工作時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，在保證最大限度的滿足施工降水的前提下，節(jié)省了投資成本，達(dá)到了降水安全、合理、經(jīng)濟(jì)的目的。

(7)降水效果驗(yàn)證

由于基坑面積巨大，降水初期漏斗還未擴(kuò)展開，各井互相影響較小，Q總較大，基本維持在6 500～5 500 m3/d，但隨著時(shí)間的推移，以及后期疏干井施工投入使用，單井降落漏斗擴(kuò)展，基坑內(nèi)補(bǔ)給量減少，以至衰竭，水量減小，維持在5 000 m3/d左右，并漸漸趨于穩(wěn)定，通過對各疏干孔水位的觀測，坑內(nèi)水位均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。故設(shè)計(jì)采用的水文地質(zhì)參數(shù)和計(jì)算方法是適宜的。(見圖2)

圖2 管井結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 基坑水位變化曲線

(8)降水優(yōu)化

本次基坑降水過程中，前期基坑涌水量較大，需要所有井點(diǎn)同時(shí)工作才能滿足降水要求，但到了后期，疏干井投入工作后，基坑內(nèi)的涌水量減小，趨于平穩(wěn)，我們根據(jù)水位及水量觀測結(jié)果，對降水井工作時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化，即關(guān)閉了一部分降水井(10口)，通過觀測，水位及水量并沒有明顯的變化，可以判定布設(shè)50口降水井即可滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

(1)閻良地區(qū)大面積基坑降水用大井法來估算基坑涌水量是可行的，其數(shù)值相當(dāng)于降水趨于穩(wěn)定時(shí)的涌水量。

(2)本次降水設(shè)計(jì)中參數(shù)的選取對降水成功是至關(guān)重要的。通過本次降水工程，我們可以得出閻良地區(qū)類似區(qū)域基坑降水的經(jīng)驗(yàn)值，其中滲透系數(shù)建議取4～5m/d，影響半徑40～50m。

(3)根據(jù)閻良地區(qū)場地的地層巖性、水文地質(zhì)條件等，建議閻良地區(qū)基坑降水工程的井間距為20～25m，施工管井井深應(yīng)根據(jù)地下水位埋深及基坑基底標(biāo)高來確定，井深一般位于基坑底以下8～10m。

(4)基坑降水在基礎(chǔ)工程中往往占據(jù)很大一分部費(fèi)用，因此我們在進(jìn)行基坑降水設(shè)計(jì)時(shí)，采用合理的降水設(shè)計(jì)方案，正確預(yù)測基坑涌水量、優(yōu)化降水井群、減少降水井?dāng)?shù)量，從而達(dá)到減少費(fèi)用的目的。

［1］曹建峰等.專門水文地質(zhì)手冊，中國科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［2］供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范.(GBJ27 －88)，1988.

［3］建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范.(JGJT111－98)，1988.

［4］西安閻良“中和財(cái)富廣場”項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告，西北有色勘測工程公司，2012.