基坑降水工程设计与施工经验浅析

中国煤田地质

COALGEOLOGYOFCHINAVo119NO11Mar1　1997

基坑降水工程设计与施工经验浅析

李　峰　(陕西省煤田地质186队　西安　710054)

摘要　在降水工程设计中,如何选择降水方案,选取水文地质参数及估算涌水量,文中通过北京市某基坑降水工程的成功实例,对上述问题进行了阐述。关键词　降水　基坑　方案　研究

　　随着城市建筑物的发展,各类地下设施日益增高,基坑开挖愈加频繁,这些基坑大都位于第四系松散层中,基础施工往往受到地下水的威胁,因此必须进行小范围的降水,这就为我们煤勘系统提供了一个新的经营市场,本文依据北京市某基坑降水工程成功实例,浅谈基坑降水工程的设计与施工。

护;管井井点降水,适应于中、粗砂层,砾卵石层中的降水,渗水井降水方案适应于坑底赋存即能接受上部含水层入渗的含水层,如国际贸易中心基坑,开挖深度-14150～-21150m,上部含水层水位标高-10160m,下部含水层水位标高-18180m,该工程对于开挖较浅部位,采用渗水井

进行降水就较为合理。

本降水工程,场地邻近地表水体较为发育,地下水补给条件较好,且含水层含水介质为细粒、中粒砂层,因此选择了管井井点降水方案进行降水。212　基坑涌水量估算

1　工程概况

该工程拟建建筑物6幢,地上7层,地下为一车库,基坑开挖形状呈“L”状,开挖深度7150～9100m,基坑平面面积6200m2。

该基坑主要降水含水层为一潜水含水层,设计水位降至-9150m,考虑到降水井内水跃值,只有对该含水层进行疏干性降水,才能满足设计要求。根据Dupuit潜水稳定流公式计算基坑总涌水量为:

Q总=1.366K

(2H-s)sR0+r0lg

r0

依岩土勘探报告,基坑所穿越土层次由上而下为:①素填土层,平均厚度1140m;②粉土、粉质粘土层,平均厚度约3150m,③细、中砂层,厚度约5150m,④灰黑色粉质粘土层。该场地丰水期地

下水位埋深5100m,在基坑东侧有一条小河沟,距基坑周边仅10m,基坑南侧为一常年性河流,距基坑约200m,且切割较深,流量大。设计要求水位降至基坑底面以下015m,以确保基础的安全施工。

(1)

式中:r0为基坑引用半径;K为含水层渗透系数;

R0为降水影响半径。

在降水工程设计中,所利用的资料为岩土勘探报告,报告往往对场地水文地质情况介绍的很粗略,这就要求工程设计得在分析现有资料的基础上,依据以往的工作经验,合理选择水文地质参数,确定基坑涌水量。

(1)基坑引用半径(r0)该基坑形状呈“L”形,属不规则类型,因此基坑引用半径公式采用:r0=

A/π=44m　(A为基坑面积)。

2　降水工程设计

211　降水方案选择

目前,降水工程常用的降水方案有:轻型井点集中降水、管井井点降水、明沟排水、渗水井降水、电渗法降水、或几种方案联合降水等方案。对于渗透性较差的粉、细砂含水层,采用轻型小井点降水,效果较为显著;明沟排水适应于粉土、粘土中的降水,其优点是工程费用低,但不利于坑壁维

(2)含水层渗透系数(K)　一般岩土勘探报

告中很少提供含水层渗系数,在降水工程的含水

1期李峰:基坑降水工程设计与施工经验浅析

59介质为细、中砂层,颗粒分选性好且中砂含水量大,参照表1渗透系数估取16m/d。

表1

岩土名称粘土

粉质粘土粉土粉砂细砂中砂

K(m/d)<0100501005～011011～015015～710110～5105～20

当rj=rw时,j井与A井重合,亦即αj=1。

故有

αi=

Rlg

2ariRlg

2arw

22

岩土名称均匀中砂粗砂

均匀粗砂园砾印石

无充填印石

K(m/d)35～5020～5060～7550～100100～500500～1000

　　设:有n口井与A井同时抽水,并相距A井为r1,r2……rn,且各井水位降深,井岛结构,水文地质条件均相同。则有

Σαi=

n

　　(3)降水影响半径(R0)　当水位降深(s)设计为5140m时,根据经验公式R0=1195s计算R0=9016m。

将r0=44m,K=16m/d,R0=9016m代入上述(1)式中计算基坑涌水量为131914m3/d。将r0=4414m,K=m/d,R0=9016m代入上述(1)式中计算基坑涌水量为131914m3/d。213　单井涌水量及降水井点数量

Ks,

i=1

Rlgnn

2ar1…rnRlg2arw

22n

　(ri　　本降水工程,降水井影响半径为4414m,利用上公式进行计算得:

i=1

Σαi=0178

n

该含水层靠近基坑周边可视为一隔水边界,降水井进水边界为一半无限集水空间,采用稳定

流潜水Dupuit半无限空间公式,单井涌水量(Q1)为:

(2H-sw)swQ1=πK

(R0+rw)2ln

2aRw

代入(3)式得　　Q0=3513m3/d

则降水井的井点数为:

n=kaQ总/Q0=42口。ka为安全系数,一般取1110。

214　井身结构

(2)

式中:a为降水井到基坑周边距离(取310m);

rw为降水井半径(rw=0115m);

H为地下水位;sw为降水井水位降深。

依据含水层底板标高,基坑开挖深度,水位降深来确定降水井深度。本降水工程,基坑开挖深度7150～9100m含水层底板埋深-10140m,留设一定沉砂带,降水井设计深度取12100m左右,在施

考虑群井抽水间的相互干扰影响,利用叠加法进行计算较为复杂,为了方便,引进一个水量折减系数α,群井抽水时,单井涌水量为:

αQ0=Q11-Σii=1

n

(3)

式中αi为第i口井对计算井的涌水量折减系数。

设A井抽水,i、j为两口干扰井,相距A井距离为ri,rj,A、i、j三井结构,降深相同。即有

αi=αj

lg

R2ari22

有　层进工过程中,依据地面标高,含水层层位变化可作相应的调整。

图1　井身结构图

Rlg

2arj

降水井井管采用砼透性管(图1),管径中400mm管间用竹皮连接,降水井开孔直径<600mm,滤料填土距井口2～3100m处,用粘土充填,以防止地表水渗入井内,同时降低降水井的

60中国煤田地质

快了洗井速度,洗井质量也得到了保证。

9卷

成本费用。

3　降水井施工

311　井点布置

4　基坑降水

降水井施工结束后,即可进行布设水泵,安装

排水管线,进行基坑降水。

本降水工程依据单井涌水量,水位降深及井管内径,选择QDX-2D—0155型潜水泵,在基坑角点处,由于井的集水边界条件发生变化,群井干扰影响减小,使得单井涌水量增大,因此还选择了QY-20—212型潜水泵,以满足基坑降水要求。

在基坑降水过程中采用分阶段进行降水,这样可加大降水力度,降低降水成本费用。本降水工程,前期采用强疏干法进行降水,经过一星期的强疏干,观测井水位达到设计水位埋深,基坑开挖表明,降水效果良好,坑底干燥;后期在基坑防水底板施工结束后,在控制水位基础上,部分井点进行间歇性降水,以降低能耗。

此外在基坑北部,由于含水层层位变化,基底底面为粉制质粘土层,基坑开挖后,土压力减小,土颗粒表面的结合水所积聚的势能得以释放,致使部分结合水转化为自由水而渗出基坑底面,影响基础施工。在该块段,通过布置几条明沟并填砾,将水引至一点进行集中排放处理,基坑底面渗水现象得到了控制。

总之,基坑降水工程设计与施工,要在掌握场地水文地质条件,分析现有资料基础上,合理选择水文地质参数,确定降水方案。在降水井施工中,要不断收集、积累成井资料。依现场实际条件,解决工程中所出现的问题。只有这样,才能取得良好的降水效果。

(1996-07-30收到)

结合场地水文地质条件和施工过程中所获得的水文地质资料来布置井点,井点布置合理与否,与降水效果密切相关。本场地东侧距小河沟相距仅10m,但由于旧渔塘淤泥质成份充填了砂层中孔隙,致使该侧含水层渗透系数降低,含水层持水度增大,加大了降水难度。因此在施工中,对该侧井点进行了加密布置,对其余各侧,基坑两头加密,中间部位放疏布置,做到稀疏结合布井。312　降水井施工

降水井施工过程中,最关键环节就是成井,成井质量的好坏,直接影响到降水效果。本降水井采用<400mm砼透水管作为井管,这种井管特点是:价格低廉,在细、中砂层中渗透性好,但强度较低。因此在施工中要注意井孔垂直度好,竹皮连接井管,绑扎牢固,井管要垂直下入井内,以防偏移错位。

滤料大小依据含水层含水介质粒度来确定。本降水工程,选用了<2～5mm豆石作为滤料,在降水井成孔下管后即开始填砾,在填砾过程中要注意沿井管四周均匀缓慢充填,确保砾料充填均匀充实。当砾料填至距井口315m时,改用粘土回填至井口。

降水井成井后,应立即进行换浆洗井。若洗井不及时,易造成井内泥浆沉淀,阻塞滤管、井管外砾料胶结,从而降低了降水井的降水效果。本降水工程,井深12100m,单井涌水量较小,采用了井管外注水,井内抽换泥浆循环法洗井工艺,这加