深基坑開挖管井降水設計

張 星 甘 樂

（中交二航局第一工程有限公司）

0 引言

在水文地質(zhì)條件復雜的地區(qū)進行基坑開挖，不僅要考慮支護措施的可靠性與經(jīng)濟性，還必須保證良好的降水效果。基坑降水的主要作用包括: 降低水位保障基坑穩(wěn)定和施工的順利進行; 增強邊坡的穩(wěn)定性，防止邊坡的局部流失或失穩(wěn); 防止地基產(chǎn)生管涌、流砂或隆起等; 改善基坑土質(zhì)的受力特性。降水設計不當或不夠重視，輕則延緩工期、增大工程造價，重則危及周邊建筑設施和人民生命財產(chǎn)的安全，造成難以預測的損失。

1 工程概況

1.1 工程概述

埃及蘇赫納第二集裝箱碼頭位于蘇伊士運河南入口約40km ，在開羅東南方向 140km。本項目建設內(nèi)容主要包括疏浚、回填（地基處理）、碼頭結(jié)構、護岸、碼頭辦公室、變電所及道堆和其他水電等配套設施?；拥撞块L1350m，寬350m，開挖深度約21m。

圖 1項目示意圖

1.2 工程地質(zhì)

現(xiàn)場地質(zhì)大體分為3層：

（1）①粉細砂層或砂夾泥層，為松散地層；

（2）②1為較密實的粉細砂層，中間偶爾會遇到1-2m的黏土層；

（3）②2以及③為較為密實的砂卵石層，下層土層部分標慣值達50以上。 地質(zhì)剖面圖如下圖所示。

1.3 水文地質(zhì)

⑴ 地下水類型

港池區(qū)域地下水由相對隔水的不同層厚的粉質(zhì)粘土或粘土分為兩個含水層，上部粉細砂層、礫砂層中的孔隙潛水及下部卵石層中的孔隙水（弱承壓）。水位標高約為1.84m，本地區(qū)潛水水位受紅海潮汐影響，變化幅度約為1.0m。

⑵ 地下水補給、徑流、排泄條件

地下水的補給主要受紅海潮汐影響。高潮位時海水補給地下水，反之地下水排泄至紅海。蒸發(fā)是地下水的主要排泄途徑。

⑶ 地層滲透性

根據(jù)抽水試驗報告，地層滲透系數(shù)及透水性綜合取值見表1所示。

圖 2 地質(zhì)剖面圖

表1 主要地層巖性表

2 降水設計概況

2.1 降水方案選擇

本工程降水面積大，降深較大，臨海近，補給水源充足，降水難度大?？紤]到鄰水側(cè)為主要補給來源，在此側(cè)布置多排降水井截流。上部滲透系數(shù)小下部大，為減少排水量，盡量減小降水井深度。主要沿港池四周布置降水井。計算模型按照潛水非完整井。

2.2 降水井數(shù)計算

在不影響施工的情況，本著節(jié)能，高效的要求，將降水分為3個階段：

表2 降水系統(tǒng)模擬

總涌水量計算采用模型計算確定，經(jīng)模擬計算，整個港池滿足降深要求需約240口降水井，單井泵水量1920m3/d。則總涌水量Q=240×1920m3/d=460800m3/d。

2.3 降水井深度及布置

根據(jù)場地實際地質(zhì)條件及相關經(jīng)驗公式，降水井的深度按下式確定（根據(jù)《工程地質(zhì)手冊第四版》地下水控制章節(jié)經(jīng)驗公式）：

Hw---降水井深度（m）；

Hw1--基坑開開挖深度或上覆隔水層厚度（m），取20.50m；

Hw2--降水水位距離基坑底要求的深度（m），取1.0m；

Hw3--其值=ir0，i為水力坡度，在降水井分布范圍內(nèi)取1/10～1/12; r0為降水井分布范圍內(nèi)的等效半徑或降水井排間距的1/2(m);

Hw4--降水期間地下水變幅（m）；

Hw5--降水井工作過濾器長度（m）；

Hw6--沉砂管長度（m）。

其中：Hw3=ir0 i取1/10；r0取井排間距20m；則Hw3=（20～40）×1/2×1/10=1.0～2.0m；

Hw4-已考慮最高水位，此處不考慮，取0m；

Hw6--沉砂管長度，取3m；

Hw5-降水井工作過濾器長度：

按q=24×l’d/α’ (2)

則：l’=qα’/24d (3)

其中：l’——過濾器工作段長度（m）；

q——單井出水量（取2400m3/d）；

d——過濾器外徑（取300mm）；

α’——經(jīng)驗系數(shù)，滲透系數(shù)為10～30m/d 時取50；

則所要求的l’ 值分別為：

q=2400m3/d時：l’=16.7m；

則降水井深度分別為：

Hw=Hw1+Hw2+Hw3+Hw4+Hw5+Hw6

Hw=20.50+1+2+0+16.7+3=43.20m

施工場地劃分為四個開挖區(qū)域，依次為M1、M2、M3和M4，開挖區(qū)域及場地降水井平面布置圖如下圖3所示。

在靠近海洋線附近布置了4排降水井，一排之內(nèi)降水井之間的間距為20m。從海洋線往內(nèi)陸方向，排與排之間降水井的間距依次為20m，40m，以及26m。

在M1與M2之間布置了5排降水井，一排之內(nèi)降水井之間的間距為20m，從海洋線往內(nèi)陸方向，排與排之間降水井的間距依次為23m，24m，24m以及25m。

在港池的內(nèi)陸端布置了兩排降水井，一排之內(nèi)降水井之間的間距為20m，排與排之間降水井的間距依次為29m。

圖3 降水井平面布置圖

3 現(xiàn)場驗證及存在的問題

3.1 水位與運行井數(shù)

表3 現(xiàn)場實際工況

3.2 滲透系數(shù)反演

3.2.1 經(jīng)驗公式計算反演

以M1為分析對象，根據(jù)《建筑與市政工程地下水控制技術規(guī)范》JGJ111-2016附錄B，反演滲透系數(shù)。

總的涌水量 為134400m3/d；實際降深s為9.65m；潛水含水層厚度 為60m；基坑動水位至含水層底板的距離50.35m；平均動水位55.2m；濾管有效工作部分長度20m；降水影響半徑 按500m考慮?；拥刃О霃桨?36m考慮。反演所得滲透系數(shù)為 48m/d。

3.2.2 MODFLOW軟件計算反演

按實際抽水情況進行降水井布置，反演所得滲透系數(shù)為38m/d。

3.3 遇到的問題

現(xiàn)場在M1區(qū)域-9m左右存在硬層，降水井深45m，硬層下的水位容易抽出，硬層上方從海側(cè)滲流進來的水無法快速排除，影響開挖進度。為此在海側(cè)圍堰布置疏干井，在-9m區(qū)域開挖坑進行明排水。根據(jù)地勘報告，顯示M1區(qū)域有硬層，且-17m處有淤泥層。本項目降水設計在M1靠海側(cè)所有的井都是深井，在后期降水的時候，M1東南側(cè)角的兩口井由于淤泥層過厚變成廢井，在迎海側(cè)南北兩側(cè)布置一定的疏干井防止?jié)B流很有必要。

現(xiàn)場進行開挖，邊挖修理時，發(fā)現(xiàn)南邊的降水井處于邊坡的中心位置。對降水系統(tǒng)維護和邊坡修理有較大的影響。本項目排水系統(tǒng)在后期開挖時，由于設備操作失誤，導致排水管道受損，在修理過程中需要關閉M2-M4全部降水井（M1降水系統(tǒng)單獨排水），應安裝一定數(shù)量的閥門。

本項目降水井部分采用的是鐵質(zhì)管，在后期無法拔出。對于項目規(guī)范有要求管道必須拔出的，建議采用其他材料管道。

4 結(jié)論與建議

1) 地下水在深基坑開挖支護工程中有著舉足輕重的影響，降水設計的成敗對基坑和周邊環(huán)境安全非常關鍵，應該得到充分重視。

2) 深基坑降水方案應結(jié)合實際的工程地質(zhì)條件來選取，可以采用幾種方法聯(lián)合使用，但在施工過程中降水方案應該不斷完善，以達到更好的降水效果。

3)本著科學合理、節(jié)約資源、滿足基坑施工要求即可的原則，降水井分開挖區(qū)域階段進行抽水。

4）在計算滲流系數(shù)時，應根據(jù)地勘實驗確定取值。取值差距會影響井數(shù)的數(shù)量。