閻良地區大面積深基坑降水方案選擇及參數確定

侯龍君，王一兵，陳 俊，何 云

(西北有色勘測工程公司，陜西西安710054)

1 工程概況

該工程位于西安市閻良區，擬建工程占地約85 000 m2，包括商業綜合樓、SOHO公寓樓、商務綜合樓和五星級酒店及地下車庫等。其中基坑開挖范圍為南北方向總長約440 m，東西寬約186 m，基坑開挖深度約為11 m。目前，該基坑為閻良區內開挖面積最大的深基坑。

2 工程地質條件

2.1 地層巖性

根據勘察資料，場地地貌單元屬渭河北岸一級階地，勘探深度內地層自上而下依次為表土、第四系全新統黃土狀土和上更新統粉質粘土夾粉細砂，細分為7層，基坑范圍內可見土層主要包括以下幾層:

2.2 地下水

根據勘察期間鉆孔揭露可知，場區內地下潛水位埋深9.0～12.0 m 之間，標高188.22～189.82 m，勘察期間屬平水期水位，地下水位年變幅1～2 m左右，地下水類型屬孔隙潛水。

區內地下水主要接受大氣降水補給，少部分來則側向徑流補給，地下水的徑流方向與地形總體坡度一致，主要流向西南;潛水排泄方式主要為徑流排泄、人工開采等。

表1 地層主要物理力學性質指標

2.3 巖土主要物理性質指標

根據設計院總平圖及任務書的說明，結合地質勘察成果，本項目中涉及到的巖土體主要物理力學性質指標見表1。

3 基坑設計方案

基坑為一矩形，長440 m，寬186 m，基坑范圍巨大，基坑深11 m。巖土體主要為黃土狀土。

3.1 基坑支護設計

根據基坑開挖深度、場地地層結構、周圍環境情況以及支護的成本，選擇土釘墻支護方案。按照1級安全等級，臨時性支護設計。土釘采用人工洛陽鏟成孔，成孔直徑110 mm，下傾角10～15°，土釘間距1.5 m，梅花形布設，土釘桿件上焊對中支架，下入孔后注水泥漿，注漿方式為重力式注漿，掛250×250 mm鋼筋網片固定于坑壁，用加強鋼筋連接并壓緊，最后進行噴射砼面層。在地下水位以下或含水豐富區，視實際情況設立排水管。邊坡采用臺階式放坡，放坡的坡比仍為1∶0.3，在－5.0 m處設置一平臺，臺階寬度2.0 m，然后再繼續按照1∶0.3坡比下挖至坑底。

3.2 基坑降水設計

3.2.1 方法分析選擇

基坑降水已經是一個復雜的工程技術問題，不僅僅是要考慮疏干基坑內的涌水量，還要考慮到經濟問題、安全問題和環境地質問題。

在工程實踐中有許多方法來控制地下水，基坑降水方法主要有:明溝加集水井降水、輕型井點降水、噴射井點降水、電滲井點降水、深井井點降水等等。各種降水方法有其特點和適用情況。

對于本工程而言，基坑范圍巨大，屬深大基坑，基坑巖土體富水性較好，且根據勘察資料，基坑北部有一道水渠，寬約4 m，深約2 m，主要用于排放周邊居民的生活污水。因此，本工程的基坑降水工程是一難點，降水工程直接關系到整個基坑工程的成敗。根據前期勘察提供的參數，經過抽水試驗檢驗，并結合當地經驗參數，綜合取含水層滲透系數K=5 m/d，影響半徑R=50 m作為本次降水的設計參數。

本項目基坑降水面積巨大440 m×186 m，根據設計院要求基坑基底標高－11.1 m，基坑水位要求控制在－13.5 m以下，經實地測量，地下水位基本保持在－9.2 m，降水深度約為4.5 m。由于場地滲水面積大，黃土層滲水系數大，水源補給充沛，施工工期緊等要求，考慮深井井點降水排水量大，降水深，井距大，對平面布置干擾小，不受土層限制，井點制作、降水設備及操作工藝、維護均較簡單，施工速度快等諸多優點，因此，最終采用深井井點降水，因基坑跨度較大，在基坑中部設置疏干井，以期達到降水施工的目的。降水井點圍繞基坑布設。

3.2.2 降水計算

(1)基坑涌水量

式中:Q總為基坑總排水量;K為含水層滲透系數;H0為含水層厚度;SW為設計基坑水位降深;R0為引用影響半徑(R0=R+r0);R為影響半徑;r0為引用半徑。(按矩形井群布置公式計算求得)

求得Q總=5 508 m3/d

(2)設計單井出水量

采用理論計算為輔，實際成井為主的方法。單井出水量按最大出水能力計算:

式中:r為過濾器半徑;l為過濾器長度;

當r=0.2 m時，q=336 m3/d，而實際成井時，單井出水量一般都小于150 m3/d，故確定單井出水量100 m3/d考慮。

(3)降水井點數

通過計算及場地實際情況，共布設降水井60眼。

(4)井點間距

式中:a為井點布設間距;L為基坑長度;n為布設井點數。

沿基坑開挖邊緣線外推1～2 m布井，計算井間距為19.5 m，原則上按20 m井距布設，由于基坑面積大，周邊封閉降水后，坑內大面積的儲存量在短時間內不易疏干，為了加快降水，保證工期，在基坑內另外布設了疏干井18眼，分為3排，間距按40～60 m布設。(井位布置見圖1)

圖1 井位布置圖

(5)管井結構及成井工藝

水井采用完整井，一徑到底，用鍋錐鉆機成孔，井深22 m，成井孔徑≥0.6 m，井管直徑為0.4 m，濾料為礫徑3～5 mm礫石，完井后進行洗井，要求達到基本水清為止。

(6)降水運行監測及調整

降水期間，現場技術人員全程對降水過程進行監控，每天分早晚兩次監測水位變化，并對資料進行收集整理，根據水動態曲線及總涌水量的變化，對降水井水泵工作時間進行了優化調整，在保證最大限度的滿足施工降水的前提下，節省了投資成本，達到了降水安全、合理、經濟的目的。

(7)降水效果驗證

由于基坑面積巨大，降水初期漏斗還未擴展開，各井互相影響較小，Q總較大，基本維持在6 500～5 500 m3/d，但隨著時間的推移，以及后期疏干井施工投入使用，單井降落漏斗擴展，基坑內補給量減少，以至衰竭，水量減小，維持在5 000 m3/d左右，并漸漸趨于穩定，通過對各疏干孔水位的觀測，坑內水位均達到設計標準。故設計采用的水文地質參數和計算方法是適宜的。(見圖2)

圖2 管井結構示意圖

圖3 基坑水位變化曲線

(8)降水優化

本次基坑降水過程中，前期基坑涌水量較大，需要所有井點同時工作才能滿足降水要求，但到了后期，疏干井投入工作后，基坑內的涌水量減小，趨于平穩，我們根據水位及水量觀測結果，對降水井工作時間進行了優化，即關閉了一部分降水井(10口)，通過觀測，水位及水量并沒有明顯的變化，可以判定布設50口降水井即可滿足設計要求。

4 結語

(1)閻良地區大面積基坑降水用大井法來估算基坑涌水量是可行的，其數值相當于降水趨于穩定時的涌水量。

(2)本次降水設計中參數的選取對降水成功是至關重要的。通過本次降水工程，我們可以得出閻良地區類似區域基坑降水的經驗值，其中滲透系數建議取4～5m/d，影響半徑40～50m。

(3)根據閻良地區場地的地層巖性、水文地質條件等，建議閻良地區基坑降水工程的井間距為20～25m，施工管井井深應根據地下水位埋深及基坑基底標高來確定，井深一般位于基坑底以下8～10m。

(4)基坑降水在基礎工程中往往占據很大一分部費用，因此我們在進行基坑降水設計時，采用合理的降水設計方案，正確預測基坑涌水量、優化降水井群、減少降水井數量，從而達到減少費用的目的。

［1］曹建峰等.專門水文地質手冊，中國科學技術出版社，2007.

［2］供水水文地質勘察規范.(GBJ27 －88)，1988.

［3］建筑與市政降水工程技術規范.(JGJT111－98)，1988.

［4］西安閻良“中和財富廣場”項目巖土工程勘察報告，西北有色勘測工程公司，2012.