巖土工程勘察中多孔抽水試驗工作方法及基坑涌水量預(yù)測

陳志俊

（江蘇中銳華東建筑設(shè)計研究院有限公司，江蘇 無錫214431）

1 工程概況

江陰市澄星廣場為集商業(yè)與辦公等多重功能于一體的城市綜合體，位于江陰市塘前路南側(cè)，花山路東側(cè)地塊，該工程由1幢酒店/辦公塔樓、酒店裙房及商業(yè)購物中心組成，均有3層地下室，埋深約14.2m?？偨ㄖ娣e約23×104m2，其中，地上建筑面積約15×104m2，地下室建筑面積約8×104m2。酒店/辦公塔樓采用核心筒結(jié)構(gòu)體系，其余為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。酒店/辦公塔樓最大單柱荷載37 000kN、基礎(chǔ)底荷載標(biāo)準(zhǔn)值740kN/m2；酒店裙房最大單柱荷重約9 900kN；商業(yè)購物中心最大單柱荷重約為13 400kN；±0.0標(biāo)高為4.5m。

2 場地地質(zhì)情況及水文地質(zhì)特點概述

根據(jù)該工程巖土工程詳細(xì)勘察結(jié)果得知【1，2】，項目建設(shè)區(qū)域在160m勘察深度內(nèi)的地基土組成豐富，以淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土和粉砂為主，屬沖積和緩慢流水（或靜水）環(huán)境下沉積，在地貌單元上屬太湖水網(wǎng)平原區(qū)高亢平原。場地淺部淤泥質(zhì)土較深厚，地質(zhì)條件欠佳，在巖土物理力學(xué)性質(zhì)方面具有獨特之處。

對本工程基坑影響較大的主要為潛水，由人工填土和軟弱黏性土、粉土構(gòu)成潛水含水層，人工填土，尤其是采用雜填土，孔隙大，結(jié)構(gòu)松散，連通性較好，有利于地下水匯集，透水性較好，但富水性與厚度及季節(jié)有關(guān)，一般雨季富水性較好。

軟弱黏性土、粉土（包括②層粉質(zhì)黏土夾粉土、③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④層淤泥質(zhì)粉土、④-1層粉土及⑤層粉土），富水性良好，為場地潛水含水層。②層粉質(zhì)黏土夾粉土、③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土透水性較弱，根據(jù)滲透性試驗屬弱透水層，給水性較差；④層、④-1層、⑤層透水性一般，根據(jù)滲透性試驗屬中等透水層，給水性一般。

本區(qū)地下潛水水位最高一般出現(xiàn)在7～8月份，最低水位多出現(xiàn)在旱季12月份至翌年3月份。據(jù)了解，歷史最高水位標(biāo)高3.2m左右，近3～5a最高地下水位標(biāo)高3.0m左右，水位變化幅度一般在2.0（冬春）～3.0m（夏秋）。

勘探期間，在鉆孔中量測的場地地下潛水初見水位高程約2.4（3月份）～2.8m（7月份）；穩(wěn)定水位高程約2.3（3月份）～2.7m（7月份）。

場地地下水的補給來源主要為大氣降水入滲，以蒸發(fā)和地下徑流為主要排泄方式，水位受季節(jié)性變化影響，年變化幅度為0.5～1.0m。

3 多孔抽水試驗

本工程中，基坑支護(hù)選擇的是排樁+止水帷幕+內(nèi)支撐+錨桿的方式，形成完整的內(nèi)支撐支護(hù)體系，降水方式采用管井降水。多孔抽水試驗依據(jù)鉆孔→洗孔→下放井管→回填濾料→膨脹土球回填隔水→洗井的流程依次操作，從而最大限度得到較準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù)。

3.1 試驗方案

本工程選擇潛水非完整井非穩(wěn)定流抽水試驗的方法，共設(shè)置1個抽水井及2個觀測井，具體包含抽水井S1（抽水井）、G1（觀測井）、G2（觀測井），各自均與補給和隔水邊界保持較遠(yuǎn)的間距。

各井深度統(tǒng)一設(shè)為26m、井徑250mm，使用200PVC雙壁波紋管，具體組成包含3部分，即上部實管段6.0m、中部過濾管6.0～24.0m、下部沉砂管2.0m。過濾器外側(cè)緊密纏繞2層60目尼龍網(wǎng)布，回填粗砂以便形成過濾層。對地表以下3m回填膨脹土球，發(fā)揮隔水的作用，有效阻止上層滯水及地表水滲入。

3.2 抽水試驗作業(yè)

清孔后向其中下放過濾管和井管，施工期間加強對動水回填濾層深度的檢測，達(dá)到要求即可停止施工，拋入膨脹土球，給予持續(xù)3h的浸泡處理，用沖水頭活塞洗井，從而達(dá)到水清砂凈的效果。通過試抽的方式檢驗施工情況，合理調(diào)整泵量【3】。抽水停泵后及時觀測恢復(fù)水位，并以恢復(fù)后的穩(wěn)定水位作為靜止水位。

3.3 水文地質(zhì)參數(shù)計算

滲透系數(shù)k按潛水非穩(wěn)定流非完整孔多孔抽水試驗求得，具體見式（1）：

式中，Q為鉆孔出水量，m3/h；H為含水層厚度，m；t1、t2為抽水延續(xù)時間，min；S1、S2為t1和t2的水位下降值，m。

導(dǎo)水系數(shù)T按式（2）計算：

式中，M為含水層厚度，m。

場地地下水影響半徑R按式（3）計算：

式中，r1、r2為抽水孔與觀察孔距離，m。

根據(jù)上述公式展開計算，可得到水文地質(zhì)參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，具體見表1。

表1 基本數(shù)據(jù)和計算結(jié)果表

4 基坑涌水量預(yù)測

4.1 涌水量預(yù)測

基坑涌水量預(yù)測時應(yīng)當(dāng)充分考慮含水層厚度、降水井的結(jié)構(gòu)等因素【4】。為較為準(zhǔn)確預(yù)測基坑涌水量，最大限度地合理安排管井?dāng)?shù)量，充分考慮場地面積的實際情況，根據(jù)群井按大井簡化時，均值含水層潛水非完整井的基坑降水總涌水量可按式（4）計算：

式中，H0為潛水含水層厚度，m；h為降水后基坑內(nèi)的水位高度，取27.6m；l為過濾器進(jìn)水部分的長度，取10m；R為降水影響半徑，m；r0為基坑等效半徑，m，，A為基坑面積，取25 800m2；hm為降水前與降水后潛水含水層厚度的平均值，m，可通過式（5）確定：

根據(jù)既有信息展開計算，結(jié)果可知初期可達(dá)到5 600m3/d，此條件下可實現(xiàn)對基坑涌水量的有效控制。

4.2 基坑降水井的設(shè)置

根據(jù)鄰近場地相同地質(zhì)情況的降水工程經(jīng)驗，300mm管井的單井出水量約300m3/d，為達(dá)到控制效果，需至少配置23口管井。關(guān)于降水井的布置，可均勻布置在基坑范圍內(nèi)，在保證質(zhì)量的前提下以最快的速度完成成井作業(yè)。

4.3 基坑降水和支護(hù)

1）科學(xué)的支護(hù)措施有助于維持基坑的穩(wěn)定性，此處選擇的是“排樁+止水帷幕+內(nèi)支撐+錨桿”相結(jié)合的方式，以維持開挖基坑壁的穩(wěn)定性。開挖前采取保護(hù)措施，即施作水泥土深層攪拌樁，作為止水帷幕使用，要求樁體搭接寬度≥200mm，以地面為基準(zhǔn)，樁體長度以25.0～30.0m為宜，加強觀測坑外水位變化，增設(shè)回灌井，必要時采取回灌措施。

2）根據(jù)巖土工程詳細(xì)勘察揭露的土層分析得知，場地淺部以淤泥質(zhì)土及粉土為主，基于此特點，基坑支護(hù)選擇的是鉆孔灌注樁的方式，以施工現(xiàn)場的地面為基準(zhǔn)，要求樁長≥30m。此外，調(diào)整好樁徑、樁中心距等相關(guān)參數(shù)，使其達(dá)到相協(xié)調(diào)的狀態(tài)。

3）局部坑底含大量軟土，在開展基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時需要注重對穩(wěn)定性的分析，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)具有足夠的強度。施工期間加強監(jiān)測，需在基坑周邊和關(guān)鍵區(qū)域設(shè)變形監(jiān)測點，及時掌握施工狀況，若存在異常之處則要在最短時間內(nèi)處理到位。

4）基坑開挖前需要全面查明場地周邊管線，明確其分布特點（埋深、走向與管徑等），協(xié)調(diào)好施工作業(yè)與管線的關(guān)系?；又苓呍O(shè)置水泥土深層攪拌樁作為止水帷幕，坑內(nèi)施作合適規(guī)格的明溝和集水井，構(gòu)成完整的坑內(nèi)排水通道，以免出現(xiàn)地表水流入坑內(nèi)而導(dǎo)致基坑穩(wěn)定性不足的情況。

5）基坑開挖深度較大，雖然設(shè)置了較完整的剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)，但實際周邊環(huán)境復(fù)雜，存在諸多干擾因素，容易對周邊既有建（構(gòu)）筑物、道路及管線的穩(wěn)定性造成影響。為最大限度地減少基坑開挖與降水的影響，施工中需要做好監(jiān)測工作，營造安全的施工環(huán)境。

4.4 涌水量預(yù)測后的效果

綜合考慮抽水試驗和基坑涌水量預(yù)測2方面的成果，伴隨基坑降水作業(yè)的持續(xù)推進(jìn)，約10～15d后取得較顯著的效果，可有效降低地下水水位，為后期基坑土方開挖的順利進(jìn)行提供保障。雖然基坑內(nèi)存在少量積水，但對施工作業(yè)的影響相對較小，若依據(jù)規(guī)范有序完成開挖等相關(guān)工作，則能夠有效避免土層坍塌現(xiàn)象。降水過程中，在基坑樁水坑的涌水量＜0.05L/s的條件下便可營造安全的施工環(huán)境，可避免坑內(nèi)積水。

5 結(jié)語

基坑工程施工中的干擾因素較多，施工難度相對較大，多孔抽水試驗是預(yù)測基坑施工時降水效果的有效途徑，能夠為施工作業(yè)提供可靠的水文地質(zhì)參數(shù)，以此為依據(jù)采取地下水控制措施。實際工程項目中，針對深基坑工程，相關(guān)巖土工程師要有針對性地布置多孔抽水試驗，為后期的基坑設(shè)計與施工保駕護(hù)航，從而營造安全的施工環(huán)境，確?；邮┕べ|(zhì)量，助力工程項目的發(fā)展。