管井抽水試驗(yàn)成果在降水工程中的成功應(yīng)用

鄭 建 殷鵬鵬 洪怡楠

(1.青島深基加固工程有限公司，山東青島 266555;2.中國建筑第八工程局有限公司青島分公司，山東青島 266555)

1 工程概況

濰坊萬達(dá)廣場項(xiàng)目位于濰坊市鳶飛路以東、福壽東街以南。擬建場區(qū)北側(cè)距福壽東街8 m，西側(cè)距鳶飛路8 m，東側(cè)距虞河25 m，距沿河綠地5 m，南側(cè)較空曠。擬建建筑物為9棟高層，帶2層地下車庫，基坑周長約1 300 m。基坑平均開挖深度為12 m。

2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)狀況

2.1 地質(zhì)狀況

場地地層降水井施工深度范圍內(nèi)的土層情況如下:

層底深度12.2 m ～16.50 m，層底標(biāo)高 8.90 m ～10.89 m，層厚5.90 m ～7.20 m。

2.2 水文地質(zhì)狀況

勘察深度范圍內(nèi)含水層主要為③粉土、④粉砂及以下各砂土層，地下水屬第四系孔隙潛水，主要補(bǔ)給源為大氣降水及附近河流側(cè)向補(bǔ)給。靜止水位埋深為7.50 m～9.50 m，水位年變化幅度約3.00 m。擬建場地歷史最高水位埋深約2.00 m。

2.3 周邊環(huán)境

基坑北側(cè)為福壽東路，地下室輪廓線距北側(cè)用地紅線最近約20.00 m，距北側(cè)道路邊線最近約29.84 m;

基坑南側(cè)為烈士陵園，地下室輪廓線距南側(cè)用地紅線(道路邊線)最近約10.73 m;

基坑西側(cè)為鳶飛路，地下室輪廓線距西側(cè)用地紅線最近約19.70 m，距西側(cè)道路邊線最近約30.38 m;

基坑?xùn)|側(cè)為虞河，地下室輪廓線距東側(cè)用地紅線最近約5.64 m;距虞河岸最近約40.09 m;虞河平均水位約－5.5 m(以自然平為基準(zhǔn))。

3 抽水試驗(yàn)

3.1 抽水試驗(yàn)的目的

1)通過抽水試驗(yàn)施工，選取合適的井型結(jié)構(gòu)等有關(guān)抽水井的參數(shù)。

2)通過抽水試驗(yàn)了解含水層富水性、查明含水層的地層結(jié)構(gòu)、復(fù)核含水層的滲透系數(shù)，獲取本地段綜合地層滲透系數(shù)K，影響半徑R等。

3)確定單井出水量，預(yù)測基坑降水的實(shí)際涌水量，并根據(jù)涌水量和降深之間的關(guān)系選擇合適的基坑降排水方案及降水深度及井間距。

3.2 抽水試驗(yàn)設(shè)計(jì)與施工

3.2.1 現(xiàn)場施工抽水井及觀測井布置

根據(jù)工程要求及現(xiàn)場條件，在東側(cè)靠虞河部位設(shè)置1口抽水井，并以抽水井為中心垂直于河道走向布置3口觀測井，沿河道走向布置2口觀測井，進(jìn)行多孔抽水試驗(yàn)。在西側(cè)設(shè)置1口抽水井與C1～G3形成一條直線，再布置3口觀測井。井位平面布置圖見圖1，井位剖面圖見圖2。

圖1 井位平面布置圖

圖2 井位剖面圖

抽水井深20 m(以鉆至第⑤層中砂層底標(biāo)高并進(jìn)入第⑥層粉質(zhì)粘土為止)，井內(nèi)徑300 mm，外徑400 mm，孔徑550 mm;過濾器采用混凝土濾水管，為非淹沒式設(shè)計(jì);濾料采用2～3細(xì)石。

觀測井井深17 m，井管采用直徑150 mm的PVC管，過濾器長度為7 m，孔隙率不宜小于15%。

3.2.2 抽水試驗(yàn)過程

采用多孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)與非穩(wěn)定抽水試驗(yàn)。

多孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn):在C1井內(nèi)抽水，沿河道垂直方向及順著河道方向設(shè)置兩條觀測線，設(shè)置5個(gè)觀測孔觀測地下水位;在C2井內(nèi)抽水，沿G3～C1方向設(shè)置2口觀測井觀測地下水位。通過多孔抽水試驗(yàn)可以求得較為確切的水文地質(zhì)參數(shù)和含水層不同方向的滲透性能及邊界條件等。

非穩(wěn)定抽水試驗(yàn):選擇C1井進(jìn)行定流量抽水，2號(hào)、3號(hào)井作為觀測孔，同時(shí)記錄流量、降深與時(shí)間關(guān)系。流量的調(diào)節(jié)通過回水閥調(diào)節(jié)，流量調(diào)節(jié)部位做法如下(如圖3所示)。

圖3 流量調(diào)節(jié)閥

抽水設(shè)備采用電潛水泵，電源采用發(fā)電機(jī)組發(fā)電，出水量測量采用水表測量;水位觀測采用水位尺。抽水主井和觀測孔的水位使用電測水位計(jì)量測，在量測前分別對各個(gè)觀測尺進(jìn)行了校核，現(xiàn)場由一名指揮人員專門負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)和發(fā)布觀測指令，抽水主井和觀測孔的各次觀測同一時(shí)間進(jìn)行，基本消除了時(shí)間差的誤差。

抽水試驗(yàn)分三個(gè)階段進(jìn)行。第一階段采用C1進(jìn)行抽水，G6，G7作為觀測孔，分兩個(gè)落程進(jìn)行相對穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，第二次降深抽水穩(wěn)定后，進(jìn)行恢復(fù)水位觀測;第二階段使用C1進(jìn)行非穩(wěn)定抽水，G6，G7，G8作為觀測孔，計(jì)算單井最大涌水量。抽水過程中對所有井進(jìn)行觀測，同時(shí)記錄時(shí)間水位降深和出水量。

1)靜水位觀測。C1，C2井施工完成24 h后進(jìn)行水位觀測作為靜止水位值。2)動(dòng)水位、出水量觀測。對抽水井、觀測井水位的觀測在正式抽水試驗(yàn)開始后第 1 min，3 min，5 min，10 min，20 min，30 min，40 min，50 min，60 min 各觀測一次，以后每隔30 min觀測一次，直到水位相對穩(wěn)定。抽水孔動(dòng)水位穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)以水位波動(dòng)值不大于3 cm，觀測孔的水位波動(dòng)值不大于1 cm為水位穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。3)恢復(fù)水位觀測。抽水試驗(yàn)結(jié)束或中途因故停泵，需進(jìn)行恢復(fù)水位觀測。觀測時(shí)間間距為:1 min，3 min，5 min，10 min，20 min，30 min，以后每隔 30 min 觀測一次，直至完全恢復(fù)，觀測精度要求同穩(wěn)定水位的觀測一致。4)穩(wěn)定水位觀測。要求每30 min測定一次，4 h內(nèi)水位相差不超過2 cm，即為穩(wěn)定水位。

3.2.3 抽水試驗(yàn)現(xiàn)場資料整理和數(shù)據(jù)分析

抽水過程中，及時(shí)進(jìn)行了資料整理(抽水主井和觀測井地下水歷時(shí)曲線，Q—S曲線，S—t曲線和S—lg r曲線等)，以便發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)解決。C2孔第一降深，第二降深Q—t曲線，S—t曲線見圖4～圖7。

4 抽水試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)多孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料，繪制了穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)C2孔Q—S曲線(見圖8)，其變化規(guī)律符合潛水變化規(guī)律，根據(jù)SL 320-2005水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程中的規(guī)定，采用規(guī)范中提供公式計(jì)算滲透系數(shù)。

圖4 C2孔第一降深Q—t曲線

圖5 C2孔第二降深Q—t曲線

圖6 C2孔第一降深S—t曲線

圖7 C2孔第二降深S—t曲線

4.1 滲透系數(shù)計(jì)算

可采用SL 320-2005公式法計(jì)算求得:

其中，K為滲透系數(shù)，m·d－1;S1為觀測孔一降深，m;S2為觀測孔二降深，m;r1為觀測孔一距抽水孔距離，m;r2為觀測孔二距抽水孔距離，m;Q為單井涌水量，m3·d－1;H為含水層厚度，m。

4.2 其他試驗(yàn)數(shù)據(jù)成果

C2抽水孔潛水滲透系數(shù)見表1。

5 抽水試驗(yàn)結(jié)論指導(dǎo)基坑降水設(shè)計(jì)

圖8 穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)Q—S曲線

表1 C2抽水孔潛水滲透系數(shù)

根據(jù)基坑總平面圖知基坑南北長約250 m，東西長約430 m，基坑開挖12 m，取靜止水位9.4 m，設(shè)計(jì)降深S=3.6 m(基坑深度按12 m算，水位降至基坑開挖深度范圍下1 m)，根據(jù)抽水試驗(yàn)已知滲透系數(shù) K=8.21 m/d，H=5.6 m，q=44.54 m3/d，ro=185.03 m，則:

6 通過抽水試驗(yàn)指導(dǎo)基坑降水成果

1)通過抽水試驗(yàn)優(yōu)化降水設(shè)計(jì)，以最優(yōu)的降水方式達(dá)到良好的降水效果。濰坊萬達(dá)廣場從降水施工開始至土方開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高累計(jì)時(shí)間約1個(gè)月，對基坑邊坡施工安全而言基坑邊坡主動(dòng)側(cè)靜水壓力提前降低，減輕了基坑邊坡側(cè)向壓力負(fù)擔(dān)。

2)通過抽水試驗(yàn)為基坑降水設(shè)計(jì)提供了更為真實(shí)的地層參數(shù)，保證了降水設(shè)計(jì)的科學(xué)性，保證了基坑降水的質(zhì)量。

3)通過抽水試驗(yàn)指導(dǎo)降水設(shè)計(jì)，合理設(shè)計(jì)降水井參數(shù)和水泵參數(shù)，既保證了降水效果滿足土建施工要求，又避免水位降深過大造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

7 結(jié)語

通過管井試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)有效的指導(dǎo)了降水和降水施工，在施工安全、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)各方面都取得了很好的效益，值得推廣運(yùn)用。

［1］姚天強(qiáng)，石振華.基坑降水手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［2］SL 320-2005，水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［3］劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊［M］.第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］中國地質(zhì)調(diào)查局.水文地質(zhì)手冊［M］.第2版.北京:地質(zhì)出版社，2012.

［5］JGJ 120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.