基坑開挖過程中管井降水系統設計及監測分析

孫春娥，彭 真，孟麗娟

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東 深圳 518000）

伴隨著經濟技術的快速發展，城鄉一體化建設在社會發展中的地位逐漸凸顯出來，越來越多的農村人口搬遷到城市居住[1]，房地產逐漸成為我國經濟發展的支柱產業。工程項目建設伴隨著大量基坑開挖[2]，地下水問題長期是阻礙現場土方開挖、基坑支護的重要影響因素之一[3]。因為地下水而導致的工程事故也時有發生，及時排水、合理開挖、有效支護為現今基坑開挖首要考慮的問題[4]。基坑開挖工程與其他地面工程施工有明顯的差異，一方面，基礎工程大多數屬于地下水位以下[5]，且具備施工點位多、周期長的特點；另一方面，住宅基坑施工很大部分位于繁華地段，周圍已經有大量建筑物、道路存在，合理設計降排水方案，選擇有利的降排水技術，對降低工程施工對已有建筑物影響有直接的影響[6]。管井降水技術由于其降水速度快、人為可控性高等技術優點，能夠有效阻斷周圍地下水回流現象，有效降低對周邊環境的影響，被廣泛應用于城市建筑基坑開挖支護過程的降水處理[7]。本文以某住宅項目基坑開挖為例，研究了利用管井降水時技術參數的確定步驟，并結合監測結果分析管井降水的有效性，研究結果為類似工程降水方法選擇提供參考。

1 工程和地質概況

項目為住宅開發項目，地上32 層，地下1層，結構類型為框架剪力墻結構，設計基坑開挖深度6m，建筑物基地面積20.0m×75.0m。項目正負零絕對標高18.43m，基礎底板絕對標高12.43m(-6m)。

根據前期地勘調查結果，項目地基范圍內主要由雜填土、圓礫、卵石和泥巖組成，地基各層在層間分割處有部分混合現象，其主要技術參數見表1。

表1 項目地基條件及物理力學參數

2 降水方案技術參數確定

2.1 涌水參數確定

由于在項目東北角有河流存在，在基坑開挖之前，場地存在部分地表水覆蓋區域，因此，基坑開挖之前，要現將地表水處理。基坑開挖之后，該地區周圍地下水會大量涌入基坑，因此在確定降水方案時，考慮利用降水效率高、降水速度快的管井降水技術進行現場降水。基坑開挖過程中應該使用保持地下水位處于基坑底部0.5m以上，保證不出現突涌現象。由于地下水的主要補給方式為雨水，現場勘探期正好處于豐水期，導致地下水位較其他季節上浮0.6m左右，基坑開挖前對現場潛水進行抽水試驗，計算得到該基坑范圍內試驗參數見表2，依據現場抽水試驗結算結果，得到項目范圍內地下水滲透系數k=72.37m/d，項目基坑開挖影響范圍半徑R=16.96m，單井涌水量Q=190.42m3/d。

表2 潛水抽水試驗

依據現場潛水抽水試驗計算得到單井涌水量最大值

式中 Q——基坑涌水量；

H——潛水含水層厚度；

S——基坑水位降深。

2.2 降水技術參數確定

依據現場地質勘探及涌水測算結果，基坑范圍內潛水層主要以卵石為主，地下水滲透系數較大等于72.37m/d，涌水量較大，且降水深度小于15m，由此確定該項目基坑降水措施選用管井井點降水。

確定基坑涌水量

確定基坑降水井點數量

由此確定降水井數量為12 個。

式中 R——降水影響半徑；

r0——基坑等效半徑；

k——滲透系數；

a、b——基坑長、短邊邊長。

2.3 降水系統施工工序

為有效實施基坑管井降水措施，確定實施管井降水方案的施工工序詳細見圖1。

圖1 降水系統實施步驟

3 監測方案及結果分析

3.1 監測方案

為有效防治基坑開挖對項目周圍環境及現場施工帶來的不利影響，基坑開挖過程中必須對因為開挖而可能導致的不利因素進行監測。本文在利用前文管井井點降水的基礎上對項目基坑實施科學開挖，開挖過程秉承“監測先行、信息化施工”的基本指導思想，對基坑開挖過程中影響點進行現場監測，監測部位分為周邊建筑物沉降監測、周邊道路沉降監測及基坑坡頂水平位移監測。監測點位布置原則如下。

1）周邊建筑沉降監測 先確定需要監測的周邊建筑物，在對應建筑物外墻上確定20 個沉降監測點位，沉降觀測點距離地面高度1.5m 左右，保證所有監測點清晰可見。監測設備：水準儀。監測周期：基坑開挖初期，每天監測1～2 次，開挖過程中每1～2 天監測一次，沉降變形穩定后，每周監測1 次，如出現降雨結構異常等增加監測頻率。

2）周邊道路沉降監測 確定基坑周圍需要監測道路，在待監測道路上布置20 個監測點，點位布置要盡可能不被路人破壞，監測設備及監測過程與周邊建筑物沉降監測一致。

3）基坑坡頂水平位移監測 在基坑周圍布置20 個水平監測點位，監測點之間間距5～10m，。監測設備：全站儀。監測過程與周邊建筑物沉降監測一致。

監測過程中均在基坑開挖及管井降水實施前進行2～3 次監測，得到監測原始數據，然后以該原始數據與后期監測過程中監測數據進行對比分析。

3.2 數據處理

周邊建筑物沉降監測和周邊道路沉降監測均利用水準儀對監測點在施工過程中豎向位移進行監測，因此可以利用以下公式進計算。

?h=h2-h1

式中 h2——后一次監測點高差；

h1——前一次監測點高差；

?h——監測間隙期監測對象沉降值。

基坑坡頂變形監測需要利用全站儀對監測點水平位置進行監測，分析基坑坡頂向基坑的偏移量，其分析計算公式如下。

式中 s——基坑偏移量；

x1、y1——后一次監測坐標值；

x2、y2——前一次監測坐標值。

由此分別得到基坑開挖期間周圍建筑物沉降、周圍道路沉降及基坑坡頂水平位移監測結果。

3.3 監測結果分析

利用上述公式分別對監測結果進行處理，對多個監測結果取平均值進行分析，分別得到周圍建筑物沉降、周圍道路沉降和基坑坡頂水平位移隨時間之間關系如圖2～圖4。

圖2 周圍建筑物沉降觀察值

圖3 周圍道路沉降觀察值

圖4 基坑坡頂水平位移檢測值

由圖2～圖4 開挖與變形之間關系有，伴隨基坑降排水和開挖過程，基坑周圍建筑物沉降、基坑周圍道路沉降量和基坑坡頂水平位移量均呈現先迅速增加，后緩慢增加，最后逐漸穩定3 個階段，但是三者之間變形量之間存在一定的差異性。其中，由圖2 基坑周圍建筑物沉降量與基坑降排水和開挖過程之間關系可以得出，基坑降排水和開挖初期周圍建筑物沉降量增加較快，第一天沉降變形為0.38mm，其后3d 沉降變形分別為0.21mm、0.16mm 和0.07mm，每日沉降量呈現逐漸降低的狀態，從基坑降排水和開挖第五天開始，周圍建筑物沉降量幾乎不在增加，此次監測期內，基坑總體沉降為0.84mm。由圖3 基坑周圍道路沉降與基坑降排水和開挖之間關系有，基坑降排水及開挖第一天，道路沉降監測值為0.65mm，其后3 天沉降檢測值分別為0.36mm、0.21mm、0.07mm，其后一段時間內，道路不再出現明顯沉降，其變形區域穩定，整體沉降變化關系與建筑物沉降變化趨勢一致，此次監測期內，由于基坑降排水和開挖導致的道路沉降值保持在1.329mm 內。由圖4 基坑坡頂水平位移與基坑降排水和開挖之間關系，發現基坑降排水及開挖前五天內，基坑坡頂水平位移分別 為1.93mm、1.31mm、0.64mm、0.34mm 和0.25mm，最后穩定在4.66mm 之內。整體變化趨勢與建筑物沉降變化趨勢一致。

分析基坑降排水和開挖導致的基坑周圍建筑物承建、建筑周圍道路沉降和基坑坡頂水平位移之間差異性，可以發現最終變形量表現為基坑坡頂變形量大于道路變形量，道路變形量大于建筑物變形量，出現這一現象原因為基坑坡頂變形變現為坐標點位移，考慮了兩個方向變形，且基坑坡頂距離基坑邊界最近，其受影響程度最嚴重，因此出現的變形量最大。建筑物變形與道路變形是由于基坑降排水和開挖之后，地下水位線降低和水平方向應力釋放而引起，由于建筑物上部荷載較大，其地基受負荷能量較大，因此在基坑降排水和開挖之后出現沉降量較小。

根據GB 50497-2009《建筑基坑工程監測技術規范》，基坑變形監測不能超過表3 規定極限值。

表3 位移及沉降預警值

由文中可知，坡頂單日水平位移最大值為1.93mm，建筑單日沉降最大值0.38mm，道路單日最大沉降值0.65mm，均未超過規范要求指標，并且坡頂變形總位移量、建筑物累計沉降量和周邊道路累計沉降均為超過規范要求指標。由此說明，基坑降排水措施及開挖過程安全，表明降排水措施可靠，開挖過程合理。

4 結語

依據高層住宅項目基坑施工過程中面臨的降排水和開挖階段，提出了利用管井井點進行降水的降排水方案，并對降排水過程和開挖過程基坑進行變形監測，得到如下結論。

1）以高層住宅樓基坑開挖工程為例，分析了管井井點降水系統的設計思路及步驟，提出了管井井點降水的施工工序。

2）基坑降排水及開挖過程中，基坑周圍建筑物沉降量、基坑周圍道路沉降量及基坑坡頂水平位移量均呈現為先迅速增加，后緩慢增大，最后趨于穩定三個階段。

3）基坑降排水及開挖監測期內，坡頂單日水平位移最大值為1.93mm，總變形量4.66mm；基坑周圍建筑物單日沉降最大值0.38mm，總變形量0.84mm；基坑周圍道路單日最大沉降值0.65mm，總變形量1.33mm，所有指標均未超過規范要求臨界值。