基坑降水水資源量的評價計算

魏小寒，魏 潔，葉 巍，魏 麗

（1.河北省邯鄲水文勘測研究中心，河北 邯鄲 056001；2.邯鄲市億潤工程咨詢有限公司，河北 邯鄲 056001）

基坑降水是建筑施工中的常見工作。按照國家對建設(shè)項目水資源利用的有關(guān)政策，以某集團(tuán)有限公司棚戶區(qū)改造陽光小區(qū)施工期疏干排水的用水方案為例，進(jìn)行基坑降水水資源量的分析計算。

1 基本情況

1.1 建設(shè)項目基本情況

建設(shè)項目位于邯鄲主城區(qū)東部邯鄲縣趙張策南邊，緊鄰309國道，西鄰規(guī)劃的站前大街，東至和諧大街，北至緯五路，南至緯六路。陽光小區(qū)為某集團(tuán)棚戶區(qū)項目，占地約17.5 hm2，規(guī)劃建設(shè)16棟25～34層高層住宅，其中1#、2#為33層住宅樓，3#、4#、7#、9#、11#、13#為27層住宅樓，5#、8#、10#、12#、14#為33層住宅樓，6#為34層住宅樓，15#、16#為24層住宅樓；內(nèi)設(shè)幼兒園、小學(xué)、超市和物業(yè)管理等公用設(shè)施，地下車庫及其他地下設(shè)施。項目總建筑面積501 352.02 m2，其中地上建筑面積396 547.38 m2、地下建筑面積104 804.64 m2。

1.2 取水目的

取水目的是疏干基坑內(nèi)地下水，保障建設(shè)項目基礎(chǔ)順利施工，屬建筑施工臨時用水。

1.3 分析評價范圍

擬開采的地下水為潛水，含水層分布較連續(xù)穩(wěn)定，地下水補(bǔ)給以側(cè)向徑流和降水入滲為主，排泄主要為人工開采和側(cè)向流出，開采影響范圍局限于基槽降水影響范圍，面積為0.2 km2。

2 取用水量合理性分析

2.1 取水合理性分析

根據(jù)陽光小區(qū)項目巖土勘察報告，建設(shè)場地見兩層地下水。第1 層地下水水位為地表以下5.0～7.0 m，為上層孔隙潛水，含水層主要為第4層粉土及第4-1層粉砂，補(bǔ)給及排泄主要為大氣降水及蒸發(fā)，水位變化幅度為上下1.0 m 左右。第2 層地下水水位為地表以下14.5 m，為微承壓水，含水層主要為第7 層細(xì)砂、第8 層粉土及第8-1 層細(xì)砂，補(bǔ)給及排泄為地下徑流及人工取水。本層水為當(dāng)?shù)卮迕竦娘嬘盟础８鶕?jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，勘察場區(qū)地下水年均水位變幅在1.0～2.0 m。本項目住宅配套地下建筑基槽平均深度為7.5 m，因此在基槽開挖時存在施工降水問題，進(jìn)行基坑降水是十分必要的。

2.2 取水的可靠性和可行性

建設(shè)項目基坑降水方案采取基坑內(nèi)管井降水形式，將地下水位降至基底以下1 m。按照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》，考慮到基坑周圍環(huán)境及相鄰建筑物和管線對基坑的施工要求，將本基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)分為3個單元，分別采用樁錨支護(hù)、土釘墻支護(hù)和自然放坡支護(hù)。通過延長滲徑、改變滲流狀態(tài)，以減少基坑降水對周邊環(huán)境影響。基坑降水采取打地下水群井的方式。基坑四周空曠，三倍基坑深度范圍無建筑，四周無地下、地上管線。建設(shè)項目取水的基坑降水方案是可靠和可行的。

2.3 用水合理性分析

基坑降水主要是在土建施工階段，時段為2 a。施工期疏干排水具有階段性，施工完畢后不再取水。所取用的地下水除少量蒸發(fā)損失外，直接排入支漳河。用水是合理的。

3 區(qū)域水文地質(zhì)條件分析

3.1 含水層、隔水層

邯鄲縣區(qū)域含水層垂直方向與地層巖組的劃分相當(dāng)，劃分為4個含水巖組。

第一含水巖組屬全新統(tǒng)地層。底板埋深60～70 m，為近代河流的沖積物和湖積物。含水層巖性以粉、細(xì)沙為主，結(jié)構(gòu)松散，厚度不一，砂層厚度3～20 m。

第二含水巖組屬上更新統(tǒng)地層。頂板埋深40～80 m，底板埋深160～180 m，巖性特征為灰黃色、棕色或淺棕黃色砂質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土夾砂層，結(jié)構(gòu)較為松散。為半承壓水，含水層巖性以粉、細(xì)沙為主，其次為中砂，單層厚度3～15 m。

第三含水巖組屬中更新統(tǒng)地層。頂板埋深165～185 m，底板埋深約350 m，巖性特征上段為繡黃、紅黃、棕褐黏土夾銹黃色砂層，土層有長石及鈣質(zhì)結(jié)核；下段為棕紅色、棕褐色黏性土夾砂層，為承壓水，含水層巖性以細(xì)砂和中砂為主，其次為粉砂，單層厚度3～12 m。礦化度小于1.0 g/l，單位涌水量2～10 m3/h·m，單井出水量50～60 m3/h。該含水層很少開采，而在咸水區(qū)開采的深層淡水即為這一含水層，成井深度在270～350 m。

第四含水巖組屬下更新統(tǒng)地層。底板埋深450～500 m，為沖積、湖積沉積物。隔水層主要為黏土層。

3.2 地下水補(bǔ)給路徑、排泄條件

淺層地下水補(bǔ)給來源主要是大氣降水入滲補(bǔ)給，約占地下水總補(bǔ)給量的60～90%；其次是山前側(cè)向徑流補(bǔ)給、河道滲漏補(bǔ)給和渠系滲漏補(bǔ)給、渠灌田間入滲補(bǔ)給和井灌回歸補(bǔ)給等。深層地下水補(bǔ)給條件較差，主要補(bǔ)給方式為側(cè)向徑流補(bǔ)給。由于深層地下水大量開采，在深層水水位大幅下降區(qū)域，存在上層咸水的越流補(bǔ)給，總的徑流方向是由西向東。排泄以人工開采為主。

3.3 淺層地下水動態(tài)

邯鄲縣地下水賦存于第四系多層結(jié)構(gòu)的松散巖層中，主要接收大氣降水和地表水（包括河渠及灌溉回歸水）的入滲補(bǔ)給，其次潛水側(cè)向補(bǔ)給。排泄方式以人工開采和側(cè)向流出為主。淺層地下水為入滲—開采型。一般情況農(nóng)灌井年內(nèi)動態(tài)變化為：3—4 月春灌開始，地下水位開始下降；5—6 月底前后出現(xiàn)年內(nèi)最低水位；7—8 月隨降水量的增加，地下水位開始回歸，至年底或來年1—3月達(dá)到最高水位。

4 評價區(qū)地下水環(huán)境概況

4.1 場地地層土質(zhì)情況

根據(jù)項目巖土勘察報告，勘察范圍內(nèi)所見地層，除第1 層為填土外，其余均為沖洪積地層。按巖性特征、埋藏分布和工程特性指標(biāo)等共分為13個工程地質(zhì)層。其中，1～9 層所見地層的情況如下：第1 層為填土，層厚0.30～1.80 m，層底埋深0.30～1.80 m，上部多為耕土，中下部以粉質(zhì)黏土、粉土為主。第2層為粉質(zhì)黏土，層厚0.70～2.50 m，層底埋深1.10～3.00 m。第3 層為粉土，層厚0.20～4.00 m，層底埋深3.80～5.80 m。第4層為粉土，層厚2.50～5.20 m，層底埋深7.20～9.50 m。第5 層為粉質(zhì)黏土，層厚2.50～6.70 m，層底埋深11.40～14.40 m。第6 層為粉質(zhì)黏土，層厚2.80～7.40 m，層底埋深15.90～20.00 m。第7 層為細(xì)砂，層厚0.30～3.80 m，層底埋深16.50～22.00 m。第8 層為粉土，層厚2.00～7.00 m，層底埋深21.00～25.70 m。第9 層為粉質(zhì)黏土，層厚2.20～9.00 m，層底埋深27.00～32.60 m。

4.2 地下水類型及含水層

建設(shè)項目區(qū)勘察場地見2層地下水。其中，第1層水位為地表下5.0～7.0 m，第2 層水位為地表下14.5 m，具體詳見2.1所述。

5 基坑降水水資源量計算

5.1 選取2#住宅樓進(jìn)行基坑降水計算

項目小區(qū)16 棟高層住宅，分棟開挖基坑。鑒于小區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)情況基本一樣，本次基坑降水水資源量的計算選取2#樓，為33 層住宅樓。基坑開挖長度為98 m、寬33 m，上口開挖面積3 234 m2。

5.1.1 基坑涌水量的計算公式

根據(jù)巖土勘察報告，基坑降水為含水層潛水完整井井群，計算公式為：

式中：K 為土的滲透系數(shù)（m/d）；H 為含水層厚度（m）；S 為水的降低值（m）；R 為抽水影響半徑（m），R= 1.95S；Xo為基坑的假想半徑（m），當(dāng)矩形基坑長寬比小于5時，可簡化成假想半徑Xo的圓形井，按下式計算：

式中：F 為基坑井點管所包圍的平面面積（m2）；π 為圓周率，取3.141 6。

5.1.2 參數(shù)的確定

根據(jù)項目區(qū)巖土勘察報告，通過分析計算選取含水層厚度H為5.85 m。平均地下水埋深取5 m，開挖深度取7.5 m，以降深至基坑槽底以下1 m 計，降深S 為3.5 m。根據(jù)河北省平原與山間盆地地區(qū)松散巖石淺層巖性垂直滲透系數(shù)和本項目巖土勘察報告，參照滲透系數(shù)經(jīng)驗值表，選取相應(yīng)土質(zhì)的滲透系數(shù)為0.086 4 m/d。

5.1.3 計算成果

根據(jù)選取的2#樓基坑降水各項參數(shù)，通過計算得出基坑涌水量為62.8 m3/d，詳見表1。根據(jù)建設(shè)項目施工要求，基坑降水按25 d計算，則基坑降水量為1 570 m3。

表1 項目區(qū)2#住宅樓基坑降水計算參數(shù)和成果

5.2 陽光小區(qū)總基坑降水計算

根據(jù)陽光小區(qū)施工平面圖，僅對所建16 棟高層建筑基坑開挖降水進(jìn)行分析計算。16 棟高層建筑基坑開挖面積統(tǒng)計，詳見表2。

表2 16棟高層建筑基坑開挖面積統(tǒng)計

依據(jù)2#樓基坑降水成果，陽光小區(qū)按開挖總面積38 000 m2、基坑降水25 d 分析計算出小區(qū)基坑降水涌水量為738 m3/d，總基坑降水18 448 m3。基坑降水經(jīng)所建蓄水池沉淀后，除用于項目消防使用外，其余經(jīng)渠道排入支漳河。

6 基坑降水的工程措施

綜合考慮建設(shè)項目陽光小區(qū)基坑的水文地質(zhì)條件，采用基坑內(nèi)管井降水，基坑內(nèi)降水至基底以下1 m。降水井井徑400 mm，間距約15 m。井管外濾料宜采用粒徑1～4 mm 石屑礫料，并保證不均勻系數(shù)小于2。應(yīng)用深井泵或深井潛水泵抽水，井點使用前應(yīng)進(jìn)行試抽水，確認(rèn)無漏水氣等異常現(xiàn)象。

在基坑開挖前，應(yīng)首先設(shè)置地下水位觀測井，對開挖場地的地下水位進(jìn)行復(fù)核，若發(fā)現(xiàn)水位與設(shè)計情況有較大差異時應(yīng)及時通知設(shè)計單位，以調(diào)整止水及降水方案。在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部外側(cè)1 m 設(shè)置磚墻擋水墻，高0.3 m，寬0.12 m。基坑外側(cè)地表應(yīng)硬化且具有良好的排水能力。

7 結(jié)論

在基槽開挖時進(jìn)行基坑降水是十分必要的。基坑降水采取基坑內(nèi)管井降水的形式，基坑支護(hù)設(shè)計分別采用樁錨、土釘墻、自然放坡等形式。基坑四周空曠，三倍基坑深度范圍無建筑，無地下、地上管線，采取打地下水群井的基坑降水方案可行。本文重點研究和分析計算的基坑降水水量是因基坑施工進(jìn)行的施工期疏干排水，具有階段性，待施工完畢后不再取水，所取用的地下水可以攔蓄利用或排入河道補(bǔ)充淺層地下水。有些地區(qū)基坑降水的水量很大，實際上也是一種可以利用的地下水資源。在水資源非常短缺的地區(qū)，該部分水量可以得到充分利用。