污水管道深基坑單側(cè)降水計(jì)算方法的探索

李存亞

（江蘇美華交通工程有限公司 225500）

1 工程概況

廣州路南延工程為姜堰經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)規(guī)劃的南北向城市主干路之一，本項(xiàng)目北起陳莊路，南止于新G328國道，全長為2.707km（包括沿線橋梁）。路線主要控制點(diǎn)為路線起點(diǎn)、路線終點(diǎn)、老通揚(yáng)運(yùn)河航道水位。本次實(shí)施路基、橋梁、排水工程，根據(jù)規(guī)劃方案要求，本次實(shí)施半幅工程量。合同編號(hào)為GZLNY-SG標(biāo)。

本項(xiàng)目按二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度60km/h。本次實(shí)施半幅工程量。標(biāo)準(zhǔn)段路基寬20m，其各部分組成為6.25m綠化帶+3.5m硬路肩+7m行車道+3.25m中間帶，橋梁設(shè)計(jì)荷載為公路I級(jí)。技術(shù)指標(biāo)按交通部頒《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2014）的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。由于按半幅施工，全線雨水管、污水管各計(jì)一道，位于道路綠化帶下，雨水管道埋深較淺。污水管道距道路中心線16.75m處，管徑為DN400-DN800，其中DN800鋼筋混凝土二級(jí)污水管（承插口）約1517m，由于有設(shè)計(jì)縱坡，污水管道埋深5.23～5.9m，各種型號(hào)的污水檢查井97座。

2 地質(zhì)情況

根據(jù)現(xiàn)場鉆探、室內(nèi)土試驗(yàn)資料及靜力觸探分析，擬建工程勘察深度范圍內(nèi)，地基土自上而下分為9層，自上而下描述如下：

（1）表土：褐灰色，上部含植物根莖，下部以粘性土為主，該層層底標(biāo)高一般3.96～4.07m，層厚一般0.90～1.00m；河道中心部位水深約3.20～3.50m，河底臭淤泥厚約0.10～0.20m。該層土欠均質(zhì)，結(jié)構(gòu)松散，低強(qiáng)度。

（2）粉土：黃褐色～淺灰色，濕～很濕，中密，含鐵錳氧化物及浸染物，具水平微層理。搖振反應(yīng)中等，土面無光澤，干強(qiáng)度及韌性低。層底標(biāo)高1.47～1.96m，厚度2.00～2.60m。該層土河道部位大部缺失，屬中壓縮性中等強(qiáng)度地基土。

（3）粉砂：灰～青灰色，飽和，中密，單粒結(jié)構(gòu)，以石英、長石、云母等為主要礦物成分，粘粒含量為1.4～2.2%，顆粒均勻，級(jí)配不良。層底標(biāo)高-3.04～-2.83m，厚度4.30～5.00m。該層土場區(qū)均有分布，較穩(wěn)定，屬中壓縮性、中等強(qiáng)度地基土。

（4）粉質(zhì)粘土：黃褐色，可塑，水平層理，含鐵錳斑漬，粘粒集合體呈絮狀結(jié)構(gòu)。無搖振反應(yīng)，有光澤，中等高干強(qiáng)度及韌性。層底標(biāo)高-9.14～-8.23m，厚度5.40～6.10m。該層土屬中壓縮性地基土，工程地質(zhì)條件較好。

（5）粉質(zhì)粘土夾粉土：淺灰色～灰黃，飽水，軟塑～可塑，局部含有機(jī)質(zhì)，無搖振反應(yīng)，稍有光澤，中等干強(qiáng)度及韌性；夾層粉土呈稍密狀態(tài)，水平微層理。該層土欠均質(zhì)，兩者厚度比約5：1。層底標(biāo)高-12.64～-12.33m，厚度3.50～4.10m。該層土場區(qū)普遍分布，屬中壓縮性地基土，工程地質(zhì)條件一般。

（6）粉土：灰黃色～淺灰色，濕～很濕，中密，含云母碎片，具水平微層理。搖振反應(yīng)迅速，土面無光澤，干強(qiáng)度及韌性低。層底標(biāo)高-15.34～-15.13m，厚度2.70～2.80m。該層土全場分布，屬中等壓縮性地基土。

7層以下略，施工期間地下水埋深約2.0m。

3 初步設(shè)想

由于表土中含腐植物較多，穩(wěn)定性差，層厚僅1.05m左右，所以將表土整體揭除，這樣既能方便施工，又能降低基坑總體深度，邊坡更穩(wěn)定安全。因?yàn)槿€距離較長，基坑呈長條狀，周邊水系發(fā)達(dá)，基坑開挖前需降水一星期左右，故計(jì)劃采用管井降水方案，為方便施工，沿施工段面單側(cè)（路基外側(cè)）布置管井。

因降水范圍內(nèi)底層為粉質(zhì)粘土，透水性差，水平滲透系數(shù)為0.05m/d，故本基坑降水為潛水完整井。

施工計(jì)劃每次開挖長度最長不超過100m，基坑底寬度考慮可操作性，采用3m底寬，計(jì)劃采用二級(jí)放坡開挖，先將表層填土1.05m挖除，則最大基坑深度4.85m，考慮過濾器長度，則基坑降水深度Sw=5.43m，含水層厚度取最大H=6.05m。由于現(xiàn)場條件限制，降水井沿基坑一側(cè)布置，管井間距計(jì)劃為10m。

圖1 管井平面布置示意圖

表1 水文地質(zhì)資料

根據(jù)地質(zhì)情況和現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，平均滲透系數(shù)取k=2.52m/d。

計(jì)算過程：

（1）基坑總涌水量計(jì)算：

現(xiàn)場管井降水?dāng)嗝娌贾檬疽鈭D如下，該地層為均質(zhì)潛水含水層按照按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）中公式7.3.7-1進(jìn)行計(jì)算降水影響半徑。

圖2 基坑降水示意圖

Sw=5.43m，按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）中，第7.3.7條。

因現(xiàn)場條件限制，降水井僅一側(cè)排列，故r0取6.3m。

根據(jù)基坑邊界條件選用以下公式計(jì)算：

Q為基坑涌水量；

k為滲透系數(shù)（2.52m/d）；

H為含水層厚度（6.05m）；

R為降水井影響半徑（42.4m）；

r0為基坑等效半徑（6.3m）；

Sd為基坑水位降深（4.85+0.5-0.95=4.4m）。

Sd=（D-dw）+S

D為基坑開挖深度（4.85m）；

dw為地下靜水位埋深（0.95m）；

S為基坑中心處水位與基坑設(shè)計(jì)開挖面的距離（0.5m）。

通過以上計(jì)算可得基坑總涌水量為131.2m3。

（2）降水井?dāng)?shù)量確定：

單井出水量計(jì)算：

q0=120πrslk1/3=120×3.1416×0.085×1×2.521/3=43.61m3/d

降水井?dāng)?shù)量計(jì)算：

n=1.1Q/q0

q0為單井出水能力（m3/d）；

rs為過濾器半徑（0.085m）；

l為過濾器進(jìn)水部分長度（1m）；

k為含水層滲透系數(shù)（2.52m/d）。

通過計(jì)算得井點(diǎn)管數(shù)量為2個(gè)。

圖3

如圖3所示，距兩個(gè)井管8.04m處降水深度能代表基坑內(nèi)地下水位深度，因此計(jì)算該點(diǎn)降水深度，如能滿足設(shè)計(jì)降水深度4.4m，即可。

（3）基坑在管井對側(cè)邊緣（距管井中心距離6.3m處）水位降深計(jì)算：

故該井點(diǎn)布置方案滿足施工降水要求。

4 施工效果

該項(xiàng)目污水管道在2018年10～11月之間施工，實(shí)際地下水位與設(shè)計(jì)相符，在管井連續(xù)降水大約7d左右進(jìn)行基坑開挖，當(dāng)開挖至基坑底時(shí)，發(fā)現(xiàn)基坑邊坡有少量滲水現(xiàn)象，造成下級(jí)邊坡有少量滑塌的現(xiàn)象，經(jīng)繼續(xù)降水效果不佳，其實(shí)際降水深度未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，后來采取局部設(shè)置井點(diǎn)降水進(jìn)行補(bǔ)救。

分析其成因，我方認(rèn)為有以下幾個(gè)方面的因素：

（1）《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）中，一般假定均采用封閉基坑，所提供的計(jì)算公式，均為管井在基坑周圍布置閉合狀，按干擾群井為基礎(chǔ)的計(jì)算。對于單側(cè)降水計(jì)算沒有現(xiàn)成計(jì)算公式，而項(xiàng)目現(xiàn)場采用了單側(cè)管井，無法形成閉合效果，所以其計(jì)算公式有所偏差。

（2）土層地質(zhì)不均勻，其滲透系數(shù)需要現(xiàn)場實(shí)測，經(jīng)取三個(gè)單井抽水試驗(yàn)，其單井實(shí)際出水量為36.9m3/d、38.5m3/d和42.1m3/d。

（3）根據(jù)《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ/T111-98）中，對于條狀基坑，潛水完整井按公式6.5.2-5進(jìn)行計(jì)算。

其降水深度與現(xiàn)場相近。

5 結(jié)論

因試驗(yàn)數(shù)據(jù)不完善，建議在實(shí)際施工過程中，先打幾口試驗(yàn)井，進(jìn)行滲透系數(shù)測定。另外，對于條狀基坑盡量采用《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ/T111-98）進(jìn)行計(jì)算。以上淺見僅為個(gè)人意見，供同行們進(jìn)行參考。