疏干至含水层底板的基坑降水工程研究

疏干至含水层底板的基坑降水工程研究

【摘要】本文通过对抚顺高湾区某庄园基坑降水工程设计，对基坑水位降深达到含水层底板，如何进行降水工程设计进行了初步研究。具体做法是采用坑下明排小井、明沟和坑上降水管井联合进行基坑降水，取得了较好的降水效果，可供同类工程借鉴。

【关键词】涌水量；水位降深；含水层底板；降水管井；基坑水位控制

1 工程概况

本工程位于抚顺市高湾经济开发区。主体建筑工程为高层和多层建筑群，基坑长150m，宽80m。设整体地下室，底板深度-7.5m，占地面积12000m2，地下室上部为7至11层民用建筑。为满足建筑物地下室底板施工的要求，需将地下水水位降至地下室底板以下。

2 场区水文地质概况

2.1 地表水

区内有浑河由东至西在场区南侧通过，距基坑中心最近点250m。河床标高64.50～65.0m。多年平均流量32.30亿立方米，据调查浑河抚顺段50年一遇最大流量3350L/s。据区测资料该河河水沿途补给地下水。

2.2 含水层

场区内主要含水层为第四系砂砾石孔隙潜水含水层，平均厚度6m，为强含水层。根据区域资料渗透系数120.0～180m/d，经本厂区简易抽水试验渗透系数为146.78 m/d。地下水位埋深1.8m，汛期地下水水位为0.50m。该含水层为本次基坑降水主要目的层。含水层底板为风化花岗岩，其底板在场区内凸凹不平，底板标高56.2～58.0m，标高差1.80m。

3 基坑降水工程设计

3.1 基坑涌水量估算

本工程基坑降水目的层为第四系砂砾石层孔隙潜水含水层。本工程基坑涌水量主要由三部分组成，一是大气降水直接降在基坑范围内的水量；二是第四系砂砾石层孔隙潜水含水层地下水储存量；三是第四系砂砾石层孔隙潜水含水层地下水补给量。

3.1.1 大气降水降在基坑内水量估算

本区处于温带半湿润季风气候区，多年平均降雨量800mm，降雨量多集中在每年的7-8月份，降雨量560mm，占年降雨量的70%。为防止降雨流入基坑内，基坑周边采取挖排洪沟排水。为此降雨直接进入基坑里面的雨量采用Q降=FA式估算，结果雨季时直接降入基坑的水量为112m3/d（场区面积F=12000m2；A为雨季降水量）。

3.1.2 第四系砂砾石层孔隙潜水含水层地下水储存量估算

含水层厚度平均为7m，给水度取地区经验值0.25，基坑面积12000m2，结果第四系砂砾石层孔隙潜水含水层地下水储存量为18000m3。

3.2 基坑降水井设计

3.2.1 降水井结构

场区内第四系砂砾石层孔隙潜水含水层颗粒粗，孔隙大，渗透力强，适合采用管井降水。由于本工程设计基坑水位降深达到第四系砂砾石层孔隙潜水含水层的底板，为此降水管井采用潜水完整井。沉淀管设置在基岩内。降水井孔径270mm，管径168mm，井深10m，单井过滤器长度3m，井管和沉淀管7.5m（地面露出0.50m），井壁与井管之间填入直径2-3mm粒石。

3.2.2 降水井数量和管井布置

由于基坑水位降至含水层底板，为减少基坑内的残余水头高度，降水井单井出水量和井间距不予过大。基坑疏干最大排水量为地下水补给量（11173m3/d）、直接降在基坑的雨水量和地下水的储存量。若按基坑降水疏干30天后开始浇筑建筑物底板，每天疏干地下水储存量600 m3，此时基坑最大排水量11885/d，按单井设计出水量12m3/h，共设计降水井41口。按基坑周边布置，井间距约11m 左右。

3.3 基坑内明排小井和明沟设计

当基坑水位降深接近含水层底板时，降水井内随着水位降深的增大，井周边孔隙水压力将逐渐减小，导致地下水流向降水井的速度减慢，最终将在含水层中产生残余水头，即使是将降水井井深延至含水层底板以下，此时管井降水也不能将井周边的含水层完全疏干。基坑残余水量有多少，怎样估算，目前国内还没有一个统一的计算公式。本次基坑降水残余水量的处理方法是采用本地区常用的处理方法。按经验取坑内残余水头距含水层底板平均深度 1.0m（包括因含水层凹凸造成的相对高差）采用体积法估算基坑残余水量，计12000m3，在疏干接近坑底，利用基坑内明排小井和明沟处理残余水量。

基坑内明排小井除疏排坑内残余水量外，兼顾抽取大气降水直接降在基坑内的水量。在不影响基坑排土作业的前提下，在含水层凸凹部位设置临时明排小井和临时明沟，随着基坑开挖进度随时调整开挖明沟位置，使之达到坑内疏排最佳

疏排水效果。明排小井主要布置在坑下四周边缘地带，设计井数15个，孔距30m。小井井径500mm，管径300mm，滤料层厚度100mm，井深2m，井底深入基岩内，井水泵排水量10小时。排水沟位于基坑底部四周边缘地带，宽度为800mm，深300mm的固定沟槽。

4 降水工程施工

4.1 基坑水位控制及降水效果

降水井施工历时20天，降水运行25天后，测得基坑中心水位5.82m，，基坑周边水位4.5～5.57m，此时部分管井井内的流量不足，而基坑内水位没有降到含水层底板，说明此时场区内存在残余水头，如果按基坑内水位推断，残余水头高度至少达到0.60m以上，测得总排水量8328m3/d。

当基坑开挖接近含水层底板时，开始施工坑下疏排小井和明沟。由于含水层底板凹凸高差较大，坑下疏排小井除设固定井位外，施工中又增设了临时井位和明沟，以满足基坑挖排土需要即可。

在降水35天后，部分降水井井内出水量产生断续补给现象，此时测得基坑总排水量为8114m3/d，测得基坑中心水位下降值6.65m。

4.2 地面沉降测量

本工程施工降水井41个，基坑总排水量8114m3/d，经实地观测，距基坑边缘50m范围内地面最大沉降为3mm。

5 结语及建议

（1）本次基坑水位降达到含水层底板。由于含水层厚度小，水位降深接近含水层底板时，降水井和基坑周边地下水孔隙水压力相对减少，产生残余水头，对基坑开挖有一定影响。经本次降水实测，坑内残余水头高度在0.5m～0.80m之间。按理论计算水位降深达到含水层底板，单井出水量最大。由于基坑疏干，管井周边的地下水头呈逐渐下降趋势，地下水向井内流速逐渐减小，单井最大出水量不会达到最大值，为此设计水位降深应扣除残余水头。

（2）本工程基坑降水降水设计时采用稳定流大井法预测涌水量，实际降水时排水量比计算的小。产生的主要原因一是模型本身的问题，再就是设计时采用渗透系数偏大。若按疏干后期稳定排水量8114m3/d估算，稳定降深6.0m，渗透系数约为108.26 m/d，为此较大型的工程降水应设专门的抽水试验孔。

（3）采用坑下疏排小井和明沟疏排坑下残余水量可行。疏排小井和明沟可根据坑下残余水头分布设固定和临时位置两种。明沟挖掘可利用基坑开挖时的钩机兼用。临时明沟可根据场内疏排情况布设。