某基坑的降水設(shè)計與監(jiān)測方案之研究

【摘要】基坑施工期間同步降水設(shè)計是保障基坑運(yùn)行安全的重要手段之一。本研究中結(jié)合某工程實(shí)例，對降水設(shè)計以及監(jiān)測方案方面的關(guān)鍵問題展開探討與研究，望引起重視。

【關(guān)鍵詞】基坑；降水；設(shè)計；監(jiān)測

在建筑工程基礎(chǔ)工程以及基坑施工作業(yè)的實(shí)施期間，可能因條件影響而需要在地下水位以下區(qū)域進(jìn)行開挖，特別是對于高層建筑來說，為了保障其上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，決定了基礎(chǔ)埋深較大，地下室層數(shù)較多。也正是受此因素影響，在施工過程當(dāng)中若處理不當(dāng)，則地下水可能進(jìn)入基坑內(nèi)部造成基坑滲水，其后果輕則降低地基土強(qiáng)度，增大土體變形，重則造成土體自重應(yīng)力的增加，形成基礎(chǔ)附加沉降，對建筑物結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不良影響。為避免上述問題，可在基坑施工支護(hù)期間同步進(jìn)行降水處理，促進(jìn)水力梯度的降低，配合密切監(jiān)測以增加基坑邊坡穩(wěn)定性，防治管涌、流砂等問題的產(chǎn)生。

1 工程概況

某大廈位于城市西南地區(qū)，是一座綜合性的商務(wù)建筑。大廈地上層數(shù)為33層，地下層數(shù)為2層。施工方案中本基坑?xùn)|西走向長度為76.0m，南北走向?qū)挾葹?7.0m，基坑整體開挖深度為13.0m。現(xiàn)場實(shí)測基坑北側(cè)距離A市市區(qū)主要街道直線距離為19.5m，西側(cè)、南側(cè)距離既有建筑直線距離為9.1m，東側(cè)距離既有建筑直線距離為8.3m。前期勘察數(shù)據(jù)顯示本工程所處區(qū)域地下水水位埋深為9.0m，以下為不透水層。

工程地質(zhì)條件自上而下依次為：（1）雜填土，厚度為1.6m，重度為19.0kN/m3，黏聚力為20.0kPa，內(nèi)摩擦角為35.0°；（2）粉質(zhì)土，厚度為5.4m，重度為19.1kN/m3，黏聚力為28.0kPa，內(nèi)摩擦角為23.0°；（3）粉質(zhì)黏土，厚度為2.8m，重度為19.5kN/m3，黏聚力為25.0kPa，內(nèi)摩擦角為19.0°；（4）中細(xì)砂，厚度為2.3m，重度為19.0kN/m3，內(nèi)摩擦角為38.0°，滲透系數(shù)為3.0×10-3cm/s；（5）礫砂，厚度為3.4m，重度為19.0kN/m3，內(nèi)摩擦角為40.0°，滲透系數(shù)為1.8×10-1cm/s；（6）圓礫砂，厚度為9.5m，重度為19.0kN/m3，內(nèi)摩擦角為40.0°，滲透系數(shù)為1.4×10-1cm/s。

2 降水設(shè)計

2.1 降水方案比選

結(jié)合已有工程實(shí)踐來看，在高層建筑基坑支護(hù)對降水方案進(jìn)行選擇時，可以按照現(xiàn)場土的顆粒成分選擇相適應(yīng)的施工方法。例如，針對粒徑在中粗砂以上的土體，優(yōu)先選擇堵截法或開挖法進(jìn)行降水設(shè)計；針對細(xì)砂以及中砂顆粒的土體，優(yōu)先選擇應(yīng)用管井法或井點(diǎn)法進(jìn)行降水設(shè)計；針對黏土以及淤泥質(zhì)土的土體，則優(yōu)先選擇應(yīng)用電滲法或真空法進(jìn)行降水設(shè)計。

結(jié)合本工程的基本情況來看，該基坑開挖過程當(dāng)中的含水層分布主要為中細(xì)砂、礫砂、以及圓礫砂。故而，可在井點(diǎn)法或管井法中進(jìn)行選擇。在此基礎(chǔ)之上，從施工技術(shù)可行性的角度上來看，井點(diǎn)法降水設(shè)計與施工比較適用于地下水水位較高的基坑，且降水過程中需要考慮多級降水模式，施工難度較大。故而從現(xiàn)場地質(zhì)條件以及施工可行性的方面考慮，本工程中選擇管井法進(jìn)行基坑降水處理。

2.2 管井井點(diǎn)設(shè)計

本工程中，管井井點(diǎn)采用基坑外布置的方式，由于本工程中基坑平面為矩形，故根據(jù)施工規(guī)范以采用環(huán)形封閉式布置方案。在此基礎(chǔ)之上，為了能夠保障基坑內(nèi)降水排水的有效性，需要著重對以下幾個參數(shù)的計算與設(shè)計：

1）井管埋設(shè)深度。本工程中，井管埋設(shè)深度應(yīng)當(dāng)確保地下水水位能夠下降至基坑底面以下，距離在0.5m～1.0m之間。具體的參數(shù)可通過如下方式計算：

井管埋設(shè)深度（單位：m）=地下水水位與基坑地面距離（單位：m）+地下水水位與集水總管距離（單位：m）+降水后地下水水位與基坑地面安全距離（單位：m）+水力坡度*井點(diǎn)管與基坑中心距離（單位：m）+過濾器工作部分長度（單位：m）+沉砂管長度（單位：m）；

其中，水力坡度可根據(jù)基坑降水布置方案取固定值，本工程中，在環(huán)形布置方案下，該參數(shù)取值為1/10。故結(jié)合本工程實(shí)際數(shù)據(jù)，計算得井管埋設(shè)深度為24.2m。

2）抽水影響半徑。該參數(shù)可按照如下式進(jìn)行計算：

抽水影響半徑（單位：m）=60*[6*時間（單位：d）*含水層厚度（單位：m）*滲透系數(shù)（單位：m/d）]﹣1；

其中，土體給水系數(shù)根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)分布情況取對應(yīng)值，礫石層給水系數(shù)取固定值0.3，卵石層給水系數(shù)取固定值0.35。同時對滲透系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均處理，最后故結(jié)合本工程實(shí)際數(shù)據(jù)，計算得本工程中的抽水影響半徑為113.1m。

3 監(jiān)測方案

結(jié)合本工程實(shí)際情況，在基坑降水過程當(dāng)中考慮到地下水水位的變化以及在平面上的擴(kuò)展趨勢，監(jiān)測的主要內(nèi)容是：地面沉降變形，單井點(diǎn)出水量伴隨時間所產(chǎn)生變化，周邊建筑物變形等。

為了滿足以上監(jiān)測要求，在測孔的布置上要求滿足“控制降水區(qū)同時影響一定范圍內(nèi)地下水動態(tài)”的要求，故在本工程中于降水區(qū)中心平行、垂直地下水水流方向分別布置一排觀測孔。同時，在降水區(qū)內(nèi)，將觀測孔排延伸至基坑中心；在降水區(qū)外，則將觀測孔排延長2～3*降水深度（注：每排觀測孔需要≥4個）。

在本工程中經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：本基坑將是會導(dǎo)致周邊地基土出現(xiàn)一定程度上的變形。其主要原因是地下水水位下降，導(dǎo)致土層中的含水量降低，致使土體產(chǎn)生壓縮固結(jié)，進(jìn)而表現(xiàn)為周邊建筑物的不均勻性沉降。故而，在基坑采用管井降水方案時，必須采取相應(yīng)的措施避免周邊既有建筑結(jié)構(gòu)受損?？紤]本工程的實(shí)際情況，降水施工期間同步采用回灌溝法進(jìn)行處理，效果確切。

4 結(jié)束語

本文中所分析某大廈基坑降水作業(yè)已經(jīng)施工完畢，施工期間未發(fā)生安全事故?；咏ㄔO(shè)完成后運(yùn)行良好，滿足高層建筑基礎(chǔ)施工要求，證明了本工程中基坑應(yīng)用管井法降水方案的有效性，驗(yàn)證了降水設(shè)計方案的效果，能夠?yàn)橥愋凸こ痰慕邓O(shè)計與監(jiān)測控制提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王翠英，黃理興，段衛(wèi)昌等.深基坑降水引起周邊地面沉降量值計算修正系數(shù)MS的確定[J].巖土力學(xué)，2006，27（6）：1011-1016.