復(fù)雜地層中基坑降水方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究

朱東東 杜明芳

河南工業(yè)大學(xué)（450000）

0 引言

在基坑工程施工過(guò)程中，基坑降水是一項(xiàng)必不可少的施工項(xiàng)目。學(xué)者們對(duì)基坑降水也進(jìn)行了諸多研究，并取得了相應(yīng)成果。黃文亮[1]結(jié)合武漢地鐵范湖站基坑工程實(shí)例，對(duì)武漢地鐵范湖站深基坑降水技術(shù)進(jìn)行了研究。 黃震[2]等對(duì)地下工程施工降水的方法進(jìn)行了比較全面的總結(jié)。各種土質(zhì)條件下的基坑降水方法也各不相同，文章將結(jié)合洛陽(yáng)市軌道交通1 號(hào)線02 標(biāo)段周王城廣場(chǎng)站基坑工程實(shí)例，對(duì)該車站基坑降水施工技術(shù)進(jìn)行探討研究。

1 工程概況

周王城廣場(chǎng)站位于人民西路和人民東路之間，車站沿中州中路敷設(shè)。 本站為地下三層島式車站，車站主體結(jié)構(gòu)采用雙柱三跨鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)，站臺(tái)寬度13 m。 本工程地質(zhì)條件地面以下依次為：雜填土、素填土、黃土狀粉質(zhì)黏土、黃土狀粉土、粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂、卵石。地下水類型為孔隙潛水，含水層為卵石層及砂層。 補(bǔ)給方式有大氣降水入滲、洛河和澗河側(cè)滲、水渠滲漏、灌溉回滲等方式，主要排泄方式為開(kāi)采排泄、蒸發(fā)排泄、側(cè)向徑流排泄。

2 降水設(shè)計(jì)方案

2.1 基坑總涌水量計(jì)算

由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)未隔斷基坑內(nèi)、外潛水含水層的水利聯(lián)系，因此本工程采用大井法計(jì)算其基坑涌水量。 根據(jù)規(guī)范 《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ 120—2012》，群井按大井簡(jiǎn)化時(shí)，均質(zhì)含水層潛水非完整井的基坑總涌水量可按下式計(jì)算。

式中：Q——基坑側(cè)向徑 流 補(bǔ) 給 量（m3/d）；K——滲透系數(shù)（m/d），80 m/d；h——基坑動(dòng)水位到含水層底面的深度（m），21m；l——有效濾管的長(zhǎng)度（m），6 m；R——影響半徑（m），引用影響半徑（m），r0=0.29(a+b)

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)周王城廣場(chǎng)站基坑水位降深達(dá)到6.51 m 時(shí)，基坑總涌水量為23 219.27 m3。

2.2 降水井?dāng)?shù)量計(jì)算

降水井單井出水能力：

l——有效過(guò)濾器長(zhǎng)度，6 m；r——井半徑，0.162 5 m；K——滲透系數(shù)，80 m/d。

計(jì)算所得單井出水量是最大單井出水量，根據(jù)實(shí)際，單井出水量取791.9 m3/d。

經(jīng)計(jì)算，周王城廣場(chǎng)站共需要布置降水井33口。

2.3 降水井優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于本次計(jì)算采用的水位降深為基坑最大降深6.51 m。而基坑降水時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)段水位降深僅為3.32 m，因此實(shí)際上整個(gè)基坑降水不需要布置33 口降壓井。 為了提高經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)約成本，同時(shí)提高方案的科學(xué)合理性，我們?cè)诖私柚跐B流模擬軟件，采用了三維滲流數(shù)值法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)降水井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為降水設(shè)計(jì)與施工提供理論依據(jù)。

為了便于滲流軟件計(jì)算，對(duì)基坑及水文地質(zhì)條件進(jìn)行概化：模型的上界取地面標(biāo)高+148.8 m，底界為③9-4 層卵石層底板，標(biāo)高取+100.7m ；為了克服邊界的不確定性給計(jì)算結(jié)果來(lái)來(lái)隨意性，取基坑端頭各邊均向外延伸500 m 的范圍作為本次模擬計(jì)算區(qū)域，共計(jì)1 126 m×1 027 m，四周均按定水頭邊界處理，初始水位標(biāo)高+127.57 m。 水平方向本著由基坑向外逐漸變疏的原則進(jìn)行剖分，根據(jù)土層性質(zhì)，垂直方向上將地層看作均質(zhì)潛水含水層。 計(jì)算結(jié)果如圖1 所示。

圖1 基坑降水水位標(biāo)高等值線圖和基坑降水水位降深等值線圖（m）

因此經(jīng)過(guò)三維數(shù)值模擬優(yōu)化計(jì)算，周王城廣場(chǎng)站共需要布置降水井28 口，其中左端頭布置降水井7 口（2 口布置在坑內(nèi)，5 口布置在坑外）；標(biāo)準(zhǔn)段布置降水井10 口（均布置在坑外）；右端頭布置降水井 11 口（4 口布置在坑內(nèi)，7 口布置在坑外）。 詳見(jiàn)降水井平面布置圖。

3 結(jié)語(yǔ)

基坑降水方案要因地制宜，本工程含水層為卵石層，地質(zhì)情況復(fù)雜，所采取降水方案切實(shí)可行，以期為類似工程提供參考。