拉薩地區(qū)鄰河基坑管井降水案例分析

楊冬雪， 李志虎

(北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048)

管井降水是一種設(shè)備簡單、排水效率高的降水方法，在地下工程的施工中有廣泛的應用。在拉薩鄰近河岸的京藏交流中心基坑工程中，通過實際抽水試驗驗算修正相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)，對設(shè)計方案進行優(yōu)化調(diào)整，以實際施工效果結(jié)合項目特點，合理對施工工藝和管理進行優(yōu)化，以增強降水方案的科學性，提高降水效率。

1 工程概況及水文地質(zhì)條件

1.1 工程概況

拉薩鄰近河岸的京藏交流中心工程，基坑西側(cè)酒店區(qū)域開挖深度為6.202～7.206 m，基坑東側(cè)住宅及公寓區(qū)域開挖深度為4.685～7.040 m，場地東南側(cè)鄰近拉薩河，最近距離約45.4 m。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

擬建場地位于拉薩河I級階地，為河流沖(洪)積地貌，地形單一，整體較為平坦，部份場地已平整。擬建場地主要為人工填土、中砂、圓礫及卵石土。

人工填土(Q4ml)，灰色，主要成分為砂土和卵礫石，結(jié)構(gòu)松散，干，卵礫石粒徑5～90 mm，占30%～45%，砂含量占20%～30%，為新近回填。

填土下方均為卵石土底層，灰色，稍濕-飽和，松散，主要成分為卵石夾中粗砂，卵石母巖成分為花崗巖、石英砂巖。卵石磨圓度較好，分選性和級配中等，厚度在0.5～6.1 m。

勘察場地的地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水，以徑流、排泄、蒸發(fā)及滲透等方式進行循環(huán)。松散巖類孔隙水主要賦存于第四系沖(洪)積地層中，富水性較好，透水性較強，與拉薩河貫通。勘察期間處于相對平水期，沒有到達最高的汛期水位，勘察時地下水位埋深為3.25～4.35 m，地下水位高程為3654.160～3654.210 m。

2 降水方案初步設(shè)計

2.1 降水方案確定

基坑開挖受地下水影響，需將孔隙潛水水位降低至基坑槽底以下0.5～1.0 m。本項目基坑面積約為52637 m2，擬采用管井降水方案。根據(jù)場地實際條件及土建工程，本次設(shè)計按整體降水考慮，降水井布置沿基坑外側(cè)封閉布置。降水井直徑0.6 m，井間距為8 m。

2.2 勘察建議設(shè)計參數(shù)取值

根據(jù)場區(qū)勘察報告，地下水類型為潛水，且含水層深厚，勘察報告給出滲透系數(shù)建議值為120～150 m/d?？紤]到本項目鄰近河岸的工程特點，地下水位補給較快，基坑涌水量難以準確估計，為確保水量計算準確和降水施工效率，需在正式施工前進行抽水試驗，以對水文參數(shù)進行修正。

3 抽水試驗及降水優(yōu)化設(shè)計

3.1 抽水試驗

3.1.1 抽水試驗的目的

場地的地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水，主要賦存于第四系沖(洪)積地層中，富水性較好，透水性較強，與拉薩河貫通。由于基坑開挖過程中需揭穿潛水，因此能否成功控制地下水是該工程順利完成施工的關(guān)鍵。為此，針對該層需進行專門的水文地質(zhì)試驗，需要利用滲透系數(shù)K值計算地下水涌水量，從而為基坑降水設(shè)計中的井點位置、井數(shù)和降水井間距提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和設(shè)計依據(jù)。

3.1.2 抽水試驗設(shè)計

正式施工前，首先進行單井抽水試驗，根據(jù)試驗的目的、設(shè)計要求，結(jié)合場地的水文地質(zhì)條件，在深入分析含水層的巖性、厚度、透水性等特性的基礎(chǔ)上，抽水試驗針對孔隙潛水含水層布置了1眼抽水井和不同距離的2眼觀測井。抽水試驗設(shè)計方案如圖1所示。

圖1 抽水試驗井平面布置圖

3.1.3 抽水試驗結(jié)果

抽水試驗共進行了穩(wěn)定流量的兩個落程試驗。第一落程延續(xù)約9 h，穩(wěn)定延續(xù)時間超過7 h，涌水量76.31 m3/h；第二落程延續(xù)約9 h，穩(wěn)定延續(xù)時間超過7 h，受水泵質(zhì)量限制，涌水量為94.11 m3/h。

抽水試驗成果統(tǒng)計如表1所示。

3.1.4 水文參數(shù)修正

表1 抽水試驗成果統(tǒng)計

根據(jù)本次試驗實際情況，兩次降深均為定流量、穩(wěn)定降深抽水過程，完全符合穩(wěn)定流抽水試驗原理，可依據(jù)裘布衣公式原理進行求參數(shù)。

參數(shù)計算采用了穩(wěn)定流非完整井公式，公式選擇以《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50027-2001)及《供水水文地質(zhì)手冊》為依據(jù)，選用2個觀測井時，將相關(guān)試驗數(shù)據(jù)代入后進行求參數(shù)。

式中：H——井底至初始水位高度，m；Q——主井出水量，m3/d；r1、r2——分別為主井距觀測井1、2的距離，m；S1、S2——分別為觀測井1、觀測井2的水位降深，m；l——過濾器工作段長度，m。

依據(jù)現(xiàn)場抽水試驗結(jié)果，利用上述公式計算出含水層滲透系數(shù)，具體計算結(jié)果見表2。

表2 水文地質(zhì)參數(shù)計算結(jié)果統(tǒng)計

(1)本次試驗為潛水含水層，其巖性主要為卵石②1層～②3層，2016年7月勘察期間觀測水頭標高3654.210 m(埋深3.79 m)，根據(jù)抽水試驗結(jié)果，滲透系數(shù)為246.2～261.5 m/d。

(2)經(jīng)綜合分析，本場區(qū)潛水含水層滲透系數(shù)推薦值K=260 m/d。

3.2 降水優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)勘察資料及結(jié)構(gòu)資料，場地東南側(cè)鄰近拉薩河，本次設(shè)計采用“岸邊降水”計算模型進行基坑涌水量計算，并分別以潛水非完整井和潛水完整井兩種方法計算，對計算結(jié)果比對分析[3]。

3.2.1 “岸邊降水”潛水非完整井計算

式中：Q——基坑涌水量，m3/d；K——滲透系數(shù)，m/d；S——基坑水位降深，m；b——基坑中心到岸邊的距離，m；r0——基坑等效半徑，m；l——過濾器長度，m。

基坑涌水量計算參數(shù)見表3。

表3 基坑涌水量計算參數(shù)

3.2.2 “岸邊降水”潛水完整井計算

由于地下水含水層巨厚，可將含水層厚度修正后，采用“岸邊降水”潛水完整井計算模型，公式如下：

式中：Q——基坑涌水量，m3/d；K——滲透系數(shù)，m/d；H——潛水含水層厚度，m；S——基坑水位降深，m；b——基坑中心到岸邊的距離，m；r0——基坑等效半徑，m；R——降水影響半徑，m。

基坑涌水量計算參數(shù)見表3。

根據(jù)兩種水量計算方法所得的基坑涌水量，結(jié)合降水井的布置數(shù)量，得出降水的泵量分別為10和80 m3/h。根據(jù)場區(qū)現(xiàn)場的抽水試驗結(jié)果，結(jié)合既有施工經(jīng)驗，以完整井計算所得的較大的水量和泵量為降水設(shè)計依據(jù)。

4 降水施工重點問題及對應措施

降水施工各步驟需嚴格按照設(shè)計及施工組織要求規(guī)范施工，并建立相應的聯(lián)系制度，以保證降水和基坑開挖的順利進行。結(jié)合本工程項目特點和降水施工過程中遇到的難點，為保證降水工程的圓滿完成，也為總結(jié)本工程降水實施經(jīng)驗，現(xiàn)將工程中遇到的重點問題及對應措施總結(jié)如下。

(1)拉薩雨期降雨時間集中、降水量大，造成拉薩河水位上漲迅速，地下水位抬升較快的情況。實際汛期施工過程中，拉薩河水位上升近1 m，基坑底水位標高回漲。針對此種情況，為確保汛期基坑靜水位也在基坑集水坑和電梯井結(jié)構(gòu)底板以下，對降水方案進行如下補充設(shè)計。

①對基坑東側(cè)的11眼降水井采取將80 m3/h水泵更換為200 m3/h水泵進行抽水維護，確保汛期基坑靜水位在基坑集水坑和電梯井結(jié)構(gòu)底板以下；

②對要進行換泵處理的降水井采取逐個處理的原則；

③對計劃要換泵的降水井，將新泵需要的電纜和啟動柜安排到現(xiàn)場固定位置，并與一級配電箱相連接妥當；

④現(xiàn)場對要更換水泵的降水井采取停泵措施，并利用現(xiàn)場塔吊和吊車將水泵提出，進行水泵更換，泵管組裝，相關(guān)操作程序完成后，合閘正常抽水維護。

(2)基坑周圍建筑物較多，與基坑的距離相對比較近，部分建筑的基礎(chǔ)埋深較淺，實施降水工程，如果相關(guān)措施不當，質(zhì)量控制不到位，可能會造成原有建筑物地基產(chǎn)生不均勻沉降現(xiàn)象，達到一定程度從而會影響建筑物的使用安全。為保證周邊建筑物的安全采取如下措施。

①用降水方案時，管井施工優(yōu)先采用反循環(huán)鉆機或旋挖鉆機，采用旋挖鉆機時，應注意根據(jù)地層變化控制泵量，防止因泵量過大造成孔壁坍塌；

②做好施工準備和組織工作，應做到鉆孔、成井、洗井連續(xù)順暢完成；

③正式抽水前對相應的降水井逐一進行含砂量檢測，含砂量超標的應做回填和注漿加固處理，分析原因后移位重新施工井；加強維護期降水管理，控制動水位在設(shè)計要求的位置，不應有抽降過大或降深不滿足要求的情況發(fā)生；

④合理安排抽水工期，盡量減少抽水時間，縮短地層固結(jié)沉降時間；

⑤加強對相鄰建(構(gòu))筑物沉降監(jiān)測工作，及時向相關(guān)單位反饋監(jiān)測信息，根據(jù)沉降監(jiān)測預警，及時分析原因并采取相應的技術(shù)措施。

(3)降水過程中必須保持抽水的連續(xù)性，防止因停電、機械故障等事故，導致水位上升發(fā)生突涌、基底隆起等基坑事故。本項目工程量大，對電力能力要求較高，基坑所在區(qū)域電力供應不穩(wěn)定，降水工程中經(jīng)常出現(xiàn)停電等現(xiàn)象，為保證持續(xù)抽排水，應對停電現(xiàn)象，采取措施如下。

①在施工現(xiàn)場配置備用電源，共10臺350 kW的發(fā)電機，并配備充足燃料和應急人員，時刻保證發(fā)電機處于優(yōu)良的狀態(tài)，保證現(xiàn)場在停電后能順利執(zhí)行備用發(fā)電機降水的應急預案；

②降水過程中，必須有足夠的備用泵，方便在降水過程中調(diào)換；

③必須有專門人員做好降水監(jiān)測管理工作，隨時查看地下水位變化情況。

(4)本基坑降水抽水量巨大，降水井排水管線采用明排方案，管線以明鋪為主，局部受場地限制需埋入地下時，也可采用暗埋方式處理。排水口初步選擇基坑北側(cè)、西側(cè)的市政道路下方的雨水井及東南側(cè)的拉薩河，考慮到市政雨水設(shè)施在雨季排水的需要，本工程的主要排水口以拉薩河為主，市政雨水井為輔，共設(shè)置兩個排入拉薩河的集中排水口。降水過程中注意保護排水系統(tǒng)，應注意以下事項。

①設(shè)備和車輛要遠離排水管線，防治碾壓破壞排水管線；

②排水管線要做防銹處理和冬季保溫措施；

③對開挖引起的排水系統(tǒng)的變形破壞，要及時檢查修復。

5 降水效果

降水方案設(shè)計過程中，選擇了抽水試驗算得的滲透系數(shù)，進行水量優(yōu)化計算，經(jīng)與實際施工情況復核，水量計算基本與實際相符，方案優(yōu)化確保了工程的有效實施。本方案的降水設(shè)計合理可靠，滿足施工要求。

降水施工過程中，充分考慮了項目的特點和地域特點，將降、排水方案等盡量優(yōu)化，建立了一套完善的應急保障機制，降低了降水工程風險系數(shù)，降水效果良好，保證基坑開挖安全的同時，也避免了對周邊建筑的影響和水資源的浪費。

6 結(jié)語

(1)本工程屬于鄰河降水，基坑涌水量較大，水位恢復能力強，且降水施工過程中遇到汛期，降雨量增大，河水水位上漲，都對降水工程增加了難度。由于本方案設(shè)計時充分考慮了這些難點，針對性的進行了抽水試驗，并對水量計算方法進行比選，最終計算得到的計算參數(shù)和涌水量與實際施工相符，降水設(shè)計配泵滿足施工要求，達到了降水的效果。

(2)本基坑南側(cè)鄰近建筑物，降水過程不可避免的會造成地層沉降，施工過程中，采取了一系列措施，保證降水施工順利進行的同時，盡量減少了降水工程對周邊建筑的影響。

(3)結(jié)合項目的自身特點和現(xiàn)場條件，在施工過程中，有針對性的提出了對于備用電源儲備、排水系統(tǒng)管理保護等施工組織管理方案，使降水施工合理高效地進行，達到了降水目的，滿足基坑開挖、地下結(jié)構(gòu)施工的要求。

總之，本工程降水面積大，抽排水量巨大，鄰近河岸，地下水補給速度快，經(jīng)過降水方案的優(yōu)化設(shè)計與依照相關(guān)規(guī)范進行施工管理，穩(wěn)定、高效、成功地控制了地下水位，為后續(xù)類似工程項目的設(shè)計實施提供了寶貴的工程經(jīng)驗。