巖土工程勘察中多孔抽水試驗工作方法及基坑涌水量預測

陳志俊

（江蘇中銳華東建筑設計研究院有限公司，江蘇 無錫214431）

1 工程概況

江陰市澄星廣場為集商業與辦公等多重功能于一體的城市綜合體，位于江陰市塘前路南側，花山路東側地塊，該工程由1幢酒店/辦公塔樓、酒店裙房及商業購物中心組成，均有3層地下室，埋深約14.2m。總建筑面積約23×104m2，其中，地上建筑面積約15×104m2，地下室建筑面積約8×104m2。酒店/辦公塔樓采用核心筒結構體系，其余為框架剪力墻結構。酒店/辦公塔樓最大單柱荷載37 000kN、基礎底荷載標準值740kN/m2；酒店裙房最大單柱荷重約9 900kN；商業購物中心最大單柱荷重約為13 400kN；±0.0標高為4.5m。

2 場地地質情況及水文地質特點概述

根據該工程巖土工程詳細勘察結果得知【1，2】，項目建設區域在160m勘察深度內的地基土組成豐富，以淤泥質土、黏性土、粉土和粉砂為主，屬沖積和緩慢流水（或靜水）環境下沉積，在地貌單元上屬太湖水網平原區高亢平原。場地淺部淤泥質土較深厚，地質條件欠佳，在巖土物理力學性質方面具有獨特之處。

對本工程基坑影響較大的主要為潛水，由人工填土和軟弱黏性土、粉土構成潛水含水層，人工填土，尤其是采用雜填土，孔隙大，結構松散，連通性較好，有利于地下水匯集，透水性較好，但富水性與厚度及季節有關，一般雨季富水性較好。

軟弱黏性土、粉土（包括②層粉質黏土夾粉土、③層淤泥質粉質黏土、④層淤泥質粉土、④-1層粉土及⑤層粉土），富水性良好，為場地潛水含水層。②層粉質黏土夾粉土、③層淤泥質粉質黏土透水性較弱，根據滲透性試驗屬弱透水層，給水性較差；④層、④-1層、⑤層透水性一般，根據滲透性試驗屬中等透水層，給水性一般。

本區地下潛水水位最高一般出現在7～8月份，最低水位多出現在旱季12月份至翌年3月份。據了解，歷史最高水位標高3.2m左右，近3～5a最高地下水位標高3.0m左右，水位變化幅度一般在2.0（冬春）～3.0m（夏秋）。

勘探期間，在鉆孔中量測的場地地下潛水初見水位高程約2.4（3月份）～2.8m（7月份）；穩定水位高程約2.3（3月份）～2.7m（7月份）。

場地地下水的補給來源主要為大氣降水入滲，以蒸發和地下徑流為主要排泄方式，水位受季節性變化影響，年變化幅度為0.5～1.0m。

3 多孔抽水試驗

本工程中，基坑支護選擇的是排樁+止水帷幕+內支撐+錨桿的方式，形成完整的內支撐支護體系，降水方式采用管井降水。多孔抽水試驗依據鉆孔→洗孔→下放井管→回填濾料→膨脹土球回填隔水→洗井的流程依次操作，從而最大限度得到較準確的水文地質參數。

3.1 試驗方案

本工程選擇潛水非完整井非穩定流抽水試驗的方法，共設置1個抽水井及2個觀測井，具體包含抽水井S1（抽水井）、G1（觀測井）、G2（觀測井），各自均與補給和隔水邊界保持較遠的間距。

各井深度統一設為26m、井徑250mm，使用200PVC雙壁波紋管，具體組成包含3部分，即上部實管段6.0m、中部過濾管6.0～24.0m、下部沉砂管2.0m。過濾器外側緊密纏繞2層60目尼龍網布，回填粗砂以便形成過濾層。對地表以下3m回填膨脹土球，發揮隔水的作用，有效阻止上層滯水及地表水滲入。

3.2 抽水試驗作業

清孔后向其中下放過濾管和井管，施工期間加強對動水回填濾層深度的檢測，達到要求即可停止施工，拋入膨脹土球，給予持續3h的浸泡處理，用沖水頭活塞洗井，從而達到水清砂凈的效果。通過試抽的方式檢驗施工情況，合理調整泵量【3】。抽水停泵后及時觀測恢復水位，并以恢復后的穩定水位作為靜止水位。

3.3 水文地質參數計算

滲透系數k按潛水非穩定流非完整孔多孔抽水試驗求得，具體見式（1）：

式中，Q為鉆孔出水量，m3/h；H為含水層厚度，m；t1、t2為抽水延續時間，min；S1、S2為t1和t2的水位下降值，m。

導水系數T按式（2）計算：

式中，M為含水層厚度，m。

場地地下水影響半徑R按式（3）計算：

式中，r1、r2為抽水孔與觀察孔距離，m。

根據上述公式展開計算，可得到水文地質參數的相關數據，具體見表1。

表1 基本數據和計算結果表

4 基坑涌水量預測

4.1 涌水量預測

基坑涌水量預測時應當充分考慮含水層厚度、降水井的結構等因素【4】。為較為準確預測基坑涌水量，最大限度地合理安排管井數量，充分考慮場地面積的實際情況，根據群井按大井簡化時，均值含水層潛水非完整井的基坑降水總涌水量可按式（4）計算：

式中，H0為潛水含水層厚度，m；h為降水后基坑內的水位高度，取27.6m；l為過濾器進水部分的長度，取10m；R為降水影響半徑，m；r0為基坑等效半徑，m，，A為基坑面積，取25 800m2；hm為降水前與降水后潛水含水層厚度的平均值，m，可通過式（5）確定：

根據既有信息展開計算，結果可知初期可達到5 600m3/d，此條件下可實現對基坑涌水量的有效控制。

4.2 基坑降水井的設置

根據鄰近場地相同地質情況的降水工程經驗，300mm管井的單井出水量約300m3/d，為達到控制效果，需至少配置23口管井。關于降水井的布置，可均勻布置在基坑范圍內，在保證質量的前提下以最快的速度完成成井作業。

4.3 基坑降水和支護

1）科學的支護措施有助于維持基坑的穩定性，此處選擇的是“排樁+止水帷幕+內支撐+錨桿”相結合的方式，以維持開挖基坑壁的穩定性。開挖前采取保護措施，即施作水泥土深層攪拌樁，作為止水帷幕使用，要求樁體搭接寬度≥200mm，以地面為基準，樁體長度以25.0～30.0m為宜，加強觀測坑外水位變化，增設回灌井，必要時采取回灌措施。

2）根據巖土工程詳細勘察揭露的土層分析得知，場地淺部以淤泥質土及粉土為主，基于此特點，基坑支護選擇的是鉆孔灌注樁的方式，以施工現場的地面為基準，要求樁長≥30m。此外，調整好樁徑、樁中心距等相關參數，使其達到相協調的狀態。

3）局部坑底含大量軟土，在開展基坑支護結構設計工作時需要注重對穩定性的分析，確保支護結構具有足夠的強度。施工期間加強監測，需在基坑周邊和關鍵區域設變形監測點，及時掌握施工狀況，若存在異常之處則要在最短時間內處理到位。

4）基坑開挖前需要全面查明場地周邊管線，明確其分布特點（埋深、走向與管徑等），協調好施工作業與管線的關系。基坑周邊設置水泥土深層攪拌樁作為止水帷幕，坑內施作合適規格的明溝和集水井，構成完整的坑內排水通道，以免出現地表水流入坑內而導致基坑穩定性不足的情況。

5）基坑開挖深度較大，雖然設置了較完整的剛性支護結構，但實際周邊環境復雜，存在諸多干擾因素，容易對周邊既有建（構）筑物、道路及管線的穩定性造成影響。為最大限度地減少基坑開挖與降水的影響，施工中需要做好監測工作，營造安全的施工環境。

4.4 涌水量預測后的效果

綜合考慮抽水試驗和基坑涌水量預測2方面的成果，伴隨基坑降水作業的持續推進，約10～15d后取得較顯著的效果，可有效降低地下水水位，為后期基坑土方開挖的順利進行提供保障。雖然基坑內存在少量積水，但對施工作業的影響相對較小，若依據規范有序完成開挖等相關工作，則能夠有效避免土層坍塌現象。降水過程中，在基坑樁水坑的涌水量＜0.05L/s的條件下便可營造安全的施工環境，可避免坑內積水。

5 結語

基坑工程施工中的干擾因素較多，施工難度相對較大，多孔抽水試驗是預測基坑施工時降水效果的有效途徑，能夠為施工作業提供可靠的水文地質參數，以此為依據采取地下水控制措施。實際工程項目中，針對深基坑工程，相關巖土工程師要有針對性地布置多孔抽水試驗，為后期的基坑設計與施工保駕護航，從而營造安全的施工環境，確保基坑施工質量，助力工程項目的發展。