臨近建筑物深基坑降水施工技術(shù)要點(diǎn)分析

楊哲

摘? 要：城市發(fā)展日漸成熟導(dǎo)致建筑不斷增多，在城市內(nèi)、臨近已有建筑物的條件下，建筑工程施工的主要難點(diǎn)體現(xiàn)在降水專項施工中，該文將根據(jù)某一工程實例，探討臨近建筑物條件下基坑降水施工的技術(shù)要點(diǎn)，通過數(shù)值模擬的手段驗證降水施工方案降水井布置數(shù)目及位置的合理性，根據(jù)現(xiàn)場驗證試驗確認(rèn)地下水流通情況。在數(shù)值模擬和驗證試驗的基礎(chǔ)上，得出以下結(jié)論，該工程在擬定的降水井布置條件下可以按預(yù)定要求完成降水工作，同時可以通過設(shè)置止水帷幕的方式有效減少降水工作對周邊建筑物的影響；現(xiàn)場驗證試驗結(jié)果顯示水位恢復(fù)率達(dá)到57.2%，認(rèn)為在已有的地質(zhì)條件下基坑內(nèi)外土體存在水力聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：臨近建筑物；基坑降水；數(shù)值模擬；現(xiàn)場實驗；止水帷幕

中圖分類號：TU746? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）05-0172-04

Abstract： With the increasing development of the city， with the increase of existing buildings， the main difficulty in the construction of building engineering lies in the special construction of dewatering. According to an engineering example， this paper discusses the technical key points of foundation pit dewatering construction under the condition of adjacent buildings， and verifies the rationality of the number and location of dewatering wells in the dewatering construction plan by means of numerical simulation， so as to confirm the groundwater flow according to the field verification test. On the basis of numerical simulation and verification test， the following conclusions are drawn that the project can complete the dewatering work according to the scheduled requirements under the proposed dewatering well layout conditions. At the same time， the impact of dewatering work on the surrounding buildings can be effectively reduced by setting up a water stop curtain; the field verification test results show that the water level recovery rate is up to 57.2%. It is considered that there is a hydraulic relationship between the soil inside and outside the foundation pit under the existing geological conditions.

Keywords： adjacent buildings; foundation pit dewatering; numerical simulation; field experiment; waterproof curtain

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，目前大城市基礎(chǔ)設(shè)施趨于完善，給排水、燃?xì)?、通信、工業(yè)等地下管線錯綜復(fù)雜，使建筑物的基坑開挖和基坑降水等工作施工難度更大，工況也更復(fù)雜。

于方舟[1]通過例舉某工程實例，總結(jié)了城市內(nèi)周邊環(huán)境復(fù)雜條件下基坑施工的技術(shù)要點(diǎn)，就如何進(jìn)行基坑工程開挖和支護(hù)施工提供了設(shè)計方案。朱大鵬等[2]研究了深基坑開挖和降水引起不均勻沉降，導(dǎo)致臨近建筑物變形和破壞的機(jī)理，通過有限元模型等分析了不同條件下基坑降水對臨近建筑物的影響。陳小羊等[3]提出了在透水性好的強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地質(zhì)條件下管井降水施工的優(yōu)化方法，節(jié)約了施工時間，同時減少了對周邊環(huán)境的污染。何義等[4]探討了動態(tài)化設(shè)計，信息化技術(shù)在復(fù)雜水文條件下基坑降水施工方面的應(yīng)用。已經(jīng)有很多文章對基坑降水施工提供了方案設(shè)計上的優(yōu)化思路和相關(guān)參數(shù)的計算方法[5-7]。

通過以上分析可知，現(xiàn)有研究涉及了基坑降水的各參數(shù)計算方法、施工方案優(yōu)化思路、對周邊環(huán)境影響的機(jī)理等各個方面，但是還沒有提出復(fù)雜環(huán)境條件下基坑降水施工方案的設(shè)計思路及施工方案的可靠性判斷依據(jù)。本文通過一工程實例探討數(shù)值模擬和降水驗證試驗在環(huán)境復(fù)雜條件下降水施工方案設(shè)計上的運(yùn)用，為臨近建筑物基坑降水施工方案設(shè)計提供參考。

1? 工程概況及重難點(diǎn)分析

1.1? 工程概況

某工程為地下空間的開發(fā)，本文主要討論其基坑開挖和降水施工方面的內(nèi)容。該工程沿線周邊建筑物較多且距離較近，距離最近的富春18號地塊雨污水泵站距離基坑邊緣僅有5 m。富春18號地塊雨污水泵站為磚混結(jié)構(gòu)，抗剪能力較差，對于降水誘發(fā)的不均勻沉降十分敏感，所以在基坑降水時要特別注意對周圍土體沉降的監(jiān)測。

1.2? 工程重難點(diǎn)分析

此路段埋藏較多的城市重要管道，如雨水、廢水、供水、電力、通信和燃?xì)?。其中包含一處城市重要給水管，為保證管線的正常使用和減少各管線對隧道結(jié)構(gòu)施工的影響，對管線的處理是本工程需要注意的重點(diǎn)。

根據(jù)鉆探結(jié)果，該工程基坑深度較大，而承壓水層又有含水厚度大，滲透系數(shù)大的特點(diǎn)，下伏風(fēng)化基巖隔水層中可能存在裂隙形成承壓水的補(bǔ)給通道，所以降水施工過程中降壓風(fēng)險較大。根據(jù)周邊環(huán)境條件和降水設(shè)計要求，該工程采用了管井降水的施工技術(shù)。

2? 施工工藝分析

2.1? 管井構(gòu)造

降水井采用焊接鋼管，濾水管為相同直徑鋼管，疏干井采用圓孔過濾器，降壓井采用橋式過濾器，針對該工程施工過程中的特殊情況，應(yīng)按照如下要求進(jìn)行特殊過程質(zhì)量控制。

1）檢查全數(shù)管井的成孔直徑，要求偏差在20 cm以內(nèi)。

2）檢查半數(shù)井管的沉設(shè)深度，要求偏差在20 cm以內(nèi)。

3）檢查半數(shù)井管的間距，要求偏差在1.00 m以內(nèi)。

4）檢查半數(shù)降水井的孔口段黏土封填，要求厚度大于等于1.5 m且不得使用粉性土。

2.2? 基坑降水設(shè)計

通過基坑底板抗突涌穩(wěn)定性條件：基坑底板至承壓含水層頂板間的土壓力應(yīng)大于安全系數(shù)下承壓水的土壓力進(jìn)行計算。根據(jù)計算結(jié)果該工程N(yùn)MW12—NMW28區(qū)域及泵房區(qū)域需針對承壓水降壓，NMW13—NMW28段共布置降壓井28口；NMW12段為敞開式降壓，降壓幅度為0.83 m，布置5口降壓井；泵房處降壓幅度為3.83 m，泵房降壓范圍較小僅約120 m2，于坑外布置6口降壓井，觀測井兼?zhèn)溆镁贾?口，滿足不少于布置降壓井?dāng)?shù)目20%的要求。疏水降水設(shè)計：本工程疏干作用降水井?dāng)?shù)量布置情況見表1。

2.3? 降水施工對策

1）基坑周圍建筑物較多，地下管線情況復(fù)雜，為了處理基坑降水對周邊環(huán)境造成的影響，應(yīng)根據(jù)控制要求設(shè)置應(yīng)急回灌井，盡量減少基坑降水對周邊建筑物產(chǎn)生的影響。

2）該工程承壓水降低幅度大，基坑開挖前需對各主要的含水層段的封閉性進(jìn)行評估，同時在坑外針對承壓含水層單獨(dú)設(shè)置水位觀測井兼回灌井。工程需要進(jìn)行降水驗證實驗，檢驗圍護(hù)內(nèi)的降水效果，判定止水帷幕的整體隔水性能。

3? 基坑降水?dāng)?shù)值模擬

3.1? 地下水運(yùn)動數(shù)學(xué)模型

在減壓降水設(shè)計中，考慮水力聯(lián)系將各含水層組納入模型參與計算，為克服由于邊界的不確定性而導(dǎo)致的計算結(jié)果的任意性，固定水頭邊界應(yīng)遠(yuǎn)離源項和匯項。本次模型計算尺寸3 000 m×2 000 m，四周均按定水頭邊界處理。根據(jù)上述概念模型建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型如下

式中：S為儲水系數(shù)；Sy為給水度；M為承壓含水層單元體厚度，m；B為潛水含水層單元體地下飽和厚度，m；kxx、kyy、kzz分別為各向異性主方向的滲透系數(shù)，m/d；h為點(diǎn)（x，y，z）在t時刻的水頭值，m；W為源匯項，1/d；h0為計算域初始水頭值，m；h1為第一類邊界的水頭值，m；Ss為儲水率，1/m；t為時間，d；Ω為計算域；Γ1為第一類邊界。

3.2? 滲流數(shù)值模型建立

對滲流區(qū)進(jìn)行離散后，采用有限差分法將上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散后得到數(shù)值模型，以此為基礎(chǔ)編制計算程序，可以計算、預(yù)測降水引起的地下水位的時空分布，為計算工期，驗證降水施工方案的可行性提供數(shù)據(jù)支撐。模型范圍及網(wǎng)格剖分：范圍取3 000 m×2 000 m，垂向深度取50 m，劃分為6大層，主要含水層細(xì)分為多個亞層。離散模型圖如圖1所示。

3.3? 數(shù)值模擬分析結(jié)果

1）泵站降水：小里程泵站降水為敞開式降水，根據(jù)模擬計算，需要在小里程泵站基坑內(nèi)設(shè)置6口降壓井，1口觀測兼?zhèn)溆镁?。開啟抽水后2 d，承壓水位降深預(yù)測情況如圖2所示?；铀唤瞪罴s為3.9 m，滿足了降水施工的設(shè)計要求。

2）NMW12區(qū)域基坑：該區(qū)域降水為敞開式降水，根據(jù)模擬計算，需要在該區(qū)域基坑內(nèi)設(shè)置5口降壓井，1口觀測兼?zhèn)溆镁?。開啟抽水后2 d，承壓水位降深預(yù)測情況如圖3所示?；铀唤瞪罴s為0.9 m，滿足了降水施工的設(shè)計要求。

3）NMW13—NMW26區(qū)域基坑：該區(qū)域降水為封閉式降水，根據(jù)模擬計算，需要在該區(qū)域基坑內(nèi)設(shè)置24口降壓井，5口觀測兼?zhèn)溆镁ｉ_啟抽水后2 d，基坑水位最大降深約為14 m，滿足了降水施工的設(shè)計要求。

4）NMW27—NMW28區(qū)域基坑：該區(qū)域降水為封閉式降水，根據(jù)模擬計算，需要在該區(qū)域基坑內(nèi)設(shè)置4口降壓井，1口觀測兼?zhèn)溆镁?。開啟抽水后2 d，基坑水位最大降深約為16.3 m，滿足了降水施工的設(shè)計要求。

4? 降水驗證試驗

4.1? 試驗設(shè)計

根據(jù)抽水試驗內(nèi)容，確定本次抽水試驗的試驗設(shè)備需要深井水泵（10T水泵/25T）水泵和水位計。抽水觀測時間按開泵后規(guī)定的時間間隔進(jìn)行，水位觀測時間間隔為：5、10、20、30、40、50、60、90、120、180、240、300 s，以后每隔120 min觀測一次，至900 s后每240 min觀測一次直至抽水停止。停止后觀測水位的恢復(fù)情況，水位恢復(fù)的觀測間隔與抽水時相同。抽水井號為Y31—Y35，觀測井號為坑內(nèi)：YG7、HG60—HG63、坑外：HG70—HG73，恢復(fù)試驗通過YG7觀測。

4.2? 降水試驗

群井抽水5 h后各觀測井的水位隨時間變化的圖像如圖4和圖5所示。經(jīng)過5 h的抽水井抽水后，坑內(nèi)觀測井水位埋深為18.34～22.17 m，滿足埋深所需最大值17 m的要求。本次承壓水群井抽水試驗期間，坑外觀測井水位降深值為2.51～2.96 m，綜合判斷在現(xiàn)有地下連續(xù)墻條件下，基坑內(nèi)外土體存在水力聯(lián)系。

4.3? 降水恢復(fù)試驗

持續(xù)抽水5 h后，對其停止抽水，監(jiān)測觀測井水位恢復(fù)上升值，群井回復(fù)觀測記錄表見表2。

5? 結(jié)論

根據(jù)對該工程施工技術(shù)以及數(shù)值模擬和降水驗證試驗的分析，可以得出以下結(jié)論。

1）在采用管井降水的方法進(jìn)行臨近建筑物的基坑降水施工工作時，可以通過多設(shè)置回灌井，合理利用止水帷幕的方法來調(diào)控地下水位和減少滲流，從而減少基坑降水施工可能引發(fā)的不均勻沉降，降低對周邊建筑物的影響。

2）根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果，在現(xiàn)有降水井工作條件下，泵站降水降深約3.9 m，NMW12基坑區(qū)域降水0.9 m，NMW13—NMW26區(qū)域基坑最大降水14 m，NMW27—NMW28區(qū)域基坑最大降水16.3 m，均滿足降水施工的設(shè)計要求。根據(jù)各區(qū)域承壓水降深等值線圖，基坑降水對周圍環(huán)境的影響在控制范圍內(nèi)。

3）根據(jù)降水驗證試驗，最大水位降深為16.83 m，滿足降水施工設(shè)計的要求，觀測井5 h水量恢復(fù)占總抽水降深的57.2%，綜合判斷基坑內(nèi)外土體存在水力聯(lián)系，應(yīng)根據(jù)實驗結(jié)果設(shè)置止水帷幕。

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