武漢某大廈深基坑降水設計分析

余 小 國

(武漢地質勘察基礎工程有限公司，湖北 武漢 430070)

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武漢某大廈深基坑降水設計分析

余 小 國

(武漢地質勘察基礎工程有限公司，湖北 武漢 430070)

以武漢某大廈深基坑工程為例，結合其場地地質條件，設計了基坑降水方案，分析了降水井的成孔工藝和技術要求，并評估了降水對周邊地面沉降的影響，結果證明，該設計方案達到了預期的降水目標。

深基坑，降水方案，地面沉降，地質條件

0 引言

隨著科學技術的進步和人類社會需要的增長，地下空間得到大量的開發。在地下水位較高的地區進行基坑開挖施工，極易產生流砂、管涌、坑壁土體坍塌等工程事故。為了保證此類地區的基坑施工安全和工程質量，必須進行基坑降水[1]。

1 工程概況

項目位于武漢市建設大道745號，該項目由1棟38層～55層塔樓及5層商業裙房(帶3層地下室)組成，主樓設4層地下室。基坑內裙樓區開挖深度為-19.2 m，主樓區開挖深度為-21.2 m。地下室平面基本形狀為方形，面積約10 655 m2。

本項目四周高樓大廈林立，還有高壓線，燃氣管道，輸水管線，人行道等建筑設施。根據實際工程需求，地下室區及裙樓區基坑開挖至坑底時，承壓水頭需降至-19.2 m以下，主樓區基坑開挖至坑底時，承壓水頭需降至-21.2 m以下。

2 場地地質條件

2.1 地層條件

2.2 水文地質條件

3 降水方案設計

3.1 概述

基坑周邊環境非常復雜，要求降水引起的地表沉降控制在允許范圍內，以保證周邊建筑及管線的安全。為了減輕對周邊建筑物的影響，基坑先采用地下連續墻加三軸攪拌樁加高壓旋噴樁的形式圍護，然后再合理的計算涌水量、管井數及分布。

3.2 水文地質參數的選取及計算

根據抽水試驗資料，場地承壓含水層概化滲透系數K=15 m/d。影響半徑根據以下經驗公式確定：

(1)

其中，R為影響半徑，m；S為管井中水位降深，9 m；K為承壓含水層滲透系數，取15 m/d。計算得R≈348 m。

3.3 基坑涌水量的估算

基坑涌水量用大井法計算，承壓非完整井公式如下：

(2)

R0=r0+R

(3)

其中，Q為基坑涌水量,m3/d；M0為含水層厚度，取24 m；S為基坑設計水位降深，取9 m(基坑深度皆取主樓的21.7 m)；r0為引用半徑，取61 m(基坑概化為規則的方形，r0=0.59a，邊長a≈103 m)；R0為含水層的引用補給半徑，m。計算得Q≈10 693 m3/d。

3.4 單井最大允許出水量的估算

根據場地水文地質條件，降水井應深入地下S2f的砂巖中，完整井深為38 m，過濾器進水部分長度為16 m。管井的單井最大允許出水量可按下列規定確定：

(4)

其中，q為單井最大允許出水量，m3/d；D為過濾管直徑，取0.273 m；l為過濾器進水部分長度，取16 m。計算得q≈1 098 m3/d。

管徑數量和井間距按下式初步確定：

(5)

(6)

其中，n為管井數量；L為基坑周長，取412 m；α為基坑間距，m。代入式(3)，式(4)計算結果，n≈12，α=34 m。假設管井沿基坑邊緣均勻布置，則組成的承壓干擾完整井群對基坑中心點的降深可用如下公式計算：

(7)

其中，Ssum為基坑中心總降深，m；ri為管井到基坑中心點的距離，m。經驗算，Ssum≈9.1 m，滿足設計水位降深要求。井位的布置情況如圖1所示。

3.6 降水井需滿足的技術要求

1)采用沖擊成孔，避免使用濃泥漿，防止泥漿堵塞濾水通道。鉆機到位后，要安裝穩正，鉆孔開鑿圓、正、直，井身傾斜度不超過1°。2)井管壁厚不得小于5 mm，濾水段開孔φ18 mm，開孔率不小于20%，包三層80目濾網，井管連接段密封可靠，井管居中，偏差不大于1 cm。3)濾料規格為1.0～3.0連續級配石英砂，動水投濾料，投放濾料時應沿井管連續均勻填入，要求密實。投粘土球止水應搗實，不架空，發現中間卡塞時應及時處理，并測量記錄其位置和數量，以保證填封密實。4)自下而上逐段洗井，至水清砂凈。基坑周邊降水井的深井泵放置深度約25 m。5)抽水30 min(穩定流)取水樣，含砂量控制在1/50 000以下。如抽水超過3個月時含砂量應小于1/100 000。成井完后，應立即采用活塞洗井，保證水位變化靈敏。 降水井結構圖見圖2。

4 降水引起地表沉降估算

基坑開挖及降水后，承壓水位降低使周邊土層產生附加荷載而導致相應的沉降[2]，從而引起周邊建筑的變形破壞。根據規范，承壓水引起的最大沉降可用下式估算：

(8)

其中,Sω為降水引起的地面沉降值，cm；Ms為沉降計算經驗系數，取經驗值0.30～0.90；Δσi為水位下降引起的各地層有效應力增量,kPa；Δhi為受降水影響的各地層厚度,cm；Esi為各地層的壓縮模量,MPa；n為計算的地層層數。

用理正軟件通過式(8)計算得周邊水位下降引起建筑物各點最大沉降量4.1 cm，最小沉降量2.9 cm。經大量武漢工程實踐表明：在粘性土層中，降水時間達180 d，其固結度不超過20%，其沉降量在降水啟動后，沉降滯后效應非常明顯，在合理的降水設計和良好的施工質量的前提下，降水引起的地面沉降量一般小于預測計算值，且沉降比較均勻[3]。因此，在基坑開挖過程中，降水應遵循“按需降水，分層降水”的原則，并切實監視地下水位和地面沉降、地面變形，以便作出應急反應。

5 結語

基坑工程是系統工程，基坑降水設計需要結合場地各種地質環境條件。后期群井降水3 d后達到預期降水目標，說明本次基坑降水設計基本滿足工程要求。通過本文研究，總結以下幾點經驗：1)管井降水在長江邊上砂土含水層中有較好的效果，可為該地區基坑降水設計提供參考。2)管井降水設計合理性的前提是地質資料的準確性。準確的地質資料提供準確的設計參數，故地質勘察是后續工作的基礎。3)合理的概化計算模型是降水設計的關鍵。本次基坑降水設計中將含水層概化為均值各向同性，基坑概化為方形，基坑深度皆取以主樓為準，沉降量計算中將壓縮模量相近的粘土層合并。 4)基坑降水引起地面沉降是不可避免的，需要采取相應的措施及應急預案。本次設計中采取地下連續墻止水帷幕，然后再布置管井抽水。抽水過程中隨時監測水位降深及周邊地面沉降，隨時調整抽水措施。

[1] 王 蓉.西安地鐵五路口車站基坑降水設計[J].山西建筑，2009,35(27):111-112.

[2] 金小榮，俞建霖.基坑降水引起周圍土體沉降性狀分析[J].巖土力學，2005,26(10):1575-1581.

[3] 何 爽，馮曉臘.長江隧道深基坑降水技術的應用[J].山西建筑，2007,33(34):24.

[4] 張永波，孫新忠.基坑降水工程[M].北京:地震出版社，2000.

Dewatering design analysis of a deep foundation pit of a building in Wuhan

Yu Xiaoguo

(Wuhan Geological Survey Foundation Engineering Limited Company, Wuhan 430070, China)

According to the geological condition of a deep foundation pit of a building in Wuhan, and the dewatering scheme of foundation pit is designed. Analyzed the precipitation wells into hole process and technology, and the influence of dewatering on the surface settlement is also evaluated. The results show that the design meets the expected goals of dewatering precipitation.

deep foundation pit, dewatering scheme, surface settlement, geological condition

1009-6825(2016)34-0060-02

2016-09-27

余小國(1974- )，男，碩士，高級工程師

TU463

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