西南某醫院富水砂卵石層深基坑降水方案分析

段雪琴

(四川興蜀工程勘察設計集團有限公司，四川成都 610023)

基坑降水是決定基坑工程成功與否的一個重要環節[1-3]。在富水砂卵石地層上進行的深基坑工程，因其含水層滲透性強、基坑涌水量大等特點，基坑降水問題更加嚴峻[4]。因此，如何控制好富水砂卵石層地層地下水是確保基坑安全施工的關鍵因素。現以西南某醫院富水砂卵石層深基坑工程實例為背景，采用JGJ120-2012《建筑基坑支護技術規程》的理論公式進行降水分析，并結合降水效果進行優化處理。

1 工程概況

西南某醫院基坑工程位于富水砂卵石層地層中，場地地面高程503.8～505.5 m，高差1.7 m，平均高程504.65 m，地形較平緩。基坑東西向長度為51.76～122.79 m，南北向長度為59.60～149.50 m，開挖總面積約為15 051.7 m2，開挖深度為4.1～6.8 m。基坑施工過程中采用排樁、土釘墻支護方式進行支護，基坑降水采用管井降水，如圖1所示。

圖1 基坑平面

該工程為某院區預留規劃二期用地，位于已建一期大樓東側，主要功能為醫院，由門急診醫技住院大樓、綜合樓、后勤樓組成。門急診醫技住院大樓、綜合樓設有1層地下室，后勤樓無地下室。

2 地層結構

經鉆孔揭露，場地內地層為第四系全新統(Q4ml)的人工填土及耕土、第四系全新統沖積層(Q4al+pl)的砂土和卵石土。地層結構由上而下劃分為：耕土①-1、雜填土①-2、素填土①-3、細砂②、卵石③(松散卵石③-1、稍密卵石③-2、中密卵石③-3、細砂③-4、密實卵石③-5)，典型地質剖面如圖2所示。

圖2 場地典型地質剖面

(1)耕土①-1：黃褐色，稍濕，松散，成分以粉土為主，含大量植物根系，厚度變化較小，平均厚度0.67 m，該層屬欠固結高壓縮性土。

(2)雜填土①-2：雜色，稍濕，松散，成分以粉土為主，含有大量建筑垃圾、生活垃圾等，部分地段含少量卵石。該層場地內分布不均，厚度變化較大，層厚0.5～2.2 m。

(3)素填土①-3：黃灰色、褐灰色，松散、稍濕，成分以粉土為主，含有少量植物根系、卵石等。該層厚度變化大，頂面埋深0.40～1.2 m，厚0.40～1.6 m，平均厚度0.8 m。

(4)細砂②：灰色、黃灰色，松散，稍濕—濕，成分以石英為主，次為少量長石、云母碎片，局部含少量粉土及黏性土團塊透鏡體，分布極不均，主要分布在卵石層頂部，厚0.40～1.60 m，平均厚度0.8 m。很濕—飽和，骨架顆粒漂石含量約為5%。

(5)卵石③：雜色，松散—密實，卵石含量約為50%、圓礫含量約為25%、砂土含量約為20%。多呈渾圓狀、橢球狀及少量為扁圓狀，漂石粒徑一般在21～28 cm，卵石最大粒徑為12～20 cm，一般粒徑為5～8 cm，分選一般到較好，磨圓度中等-高，細、中砂充填，級配較好，石質中-微風化狀，少量為強風化。卵石層頂部及其中局部夾細-中砂、松散卵石層透鏡體，卵石層頂面埋深0.40～4.30 m。

根據卵石的成分含量、粒徑、排列接觸關系充填物性質和含量及120 kg動力觸探試驗成果，結合回轉鉆進全取芯孔資料，將其劃分為：松散、稍密、中密及密實卵石層4個亞層。

①松散卵石③-1：雜色，濕—飽和，卵石骨架顆粒含量約為50%～55%，卵石成分以花崗巖類為主，次為石英砂巖及少量石英巖。呈渾圓狀，橢球狀及少量為扁圓狀。細、中砂及礫石充填，排列十分混亂，絕大部分不接觸，且局部地段夾薄層狀細砂。N120錘擊數標準值為2.3擊/10 cm。

②稍密卵石③-2：雜色，濕—飽水，卵石骨架顆粒含量約55%～60%，卵石成分以花崗巖類為主，次為石英砂巖及少量石英巖。呈渾圓狀，橢球狀及少量為扁圓狀。細、中砂及礫石充填，排列混亂，大部分不接觸。N120錘擊數標準值為5.3擊/10 cm。

③中密卵石③-3：雜色，濕—飽水，卵石骨架顆粒含量約60%～70%，卵石成分以花崗巖類為主，次為石英砂巖及少量石英巖。呈渾圓狀，橢球狀及少量為扁圓狀。細、中砂及礫石充填，呈交錯排列，大部分接觸。主要以層狀及透鏡體狀分布于卵石層中。N120錘擊數標準值為8.4擊/10 cm。

④細砂③-4：黃灰色、青灰色，松散，濕—飽水，成分以石英為主，次為少量長石、云母碎片，分布極不均。N120錘擊數標準值為1.8擊/10 cm。

⑤密實卵石③-5：雜色，濕—飽水，卵石骨架顆粒含量大于70%，卵石成分以花崗巖類為主，次為石英砂巖及少量石英巖。呈渾圓狀，橢球狀及少量為扁圓狀，細、中砂及礫石充填，呈交錯排列，連續接觸。N120錘擊數標準值為13.8擊/10 cm。

3 水文地質條件

本場地在成都平原湔江水系之Ⅰ級階地，地下水類型主要為賦存于第四系沖洪積砂卵石層中的孔隙潛水，主要由地表水、大氣降水補給，卵石層透水性良好。

根據勘察報告，勘察期間實測地下水埋深3.5～4.8 m，平均埋深4.3 m，高程為498.804～501.187 m，平均高程500.165 m。由于勘察時段位于枯水期，雨季到來，地下水的水位將有一定上升，地下水年變化幅度為1.50～2.00 m，歷年最高地下水位變化約2.50 m，豐水期地下水位約501.7～502.20 m，砂、卵石層滲透系數取28 m/d。根據成都市相關文件，抗浮水位按正負零取504.00 m。

4 基坑降水方案設計

基坑降水方案按照規范JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術規程》推薦方法進行設計[5]。

4.1 降水技術要求

(1)降水面積：按15 907 m2計。

(2)要求水位降深：9.55 m(基坑降水至電梯井以下0.5 m)。

(3)按抗浮水位±0.00標高以下1.75 m設計。

(4)水位下降值：7.8 m。

(5)按潛水非完整井計算。

4.2 降水設計

4.2.1 基坑等效半徑r0

式中：r0為沿基坑周邊均勻布置的降水井群所圍面積等效圓的半徑m，A為降水井群連線所圍面積。計算得：r0≈71m。

4.2.2 降水井深度H

H=HW1+HW2+HW3+HW4+HW5+HW6

式中：HW為降水管井深度m；HW1為基底深度，取HW1=9.05 m；HW2為降水水位距離基坑底的深度，取HW2=0.5 m；HW3為i·r0，i為水力坡度，在降水井分布范圍內宜為1/10～1/15；r0為降水井分布范圍的等效半徑或降水井排間距的1/2；HW4為降水期間的地下水位變幅；HW5為降水井過濾器工作長度，取HW5=1.5 m；HW6為沉砂管長度。

根據查成都市類似的降水工程設計，砂卵石層的水力坡度取i=1/15，HW3=4.7 m，HW4=2.0 m，HW5=1.5 m，HW6=1.0 m。計算得，H=18.75 m，根據成都降水工程經驗取H=20 m。

4.2.3 降水影響半徑R

式中：R為降水井影響半徑m；sw為降水井的水位降深m；當井水位降深小于10 m時，取sw=10 m；k為含水層的滲透系數m/d，取k=28 m/d；H0為含水層厚度m，取H=45.0 m。結合成都地區經驗取R=200 m。

4.2.4 基坑涌水總量Q

按潛水非完整井計算涌水量Q(圖3)：

圖3 潛水非完整井基坑用水量計算模型

式中：Q為基坑降水的總用水量m3/d;h為基坑動水位至含水層面的深度m，取h=37 m;l為濾水管有效工作部分的長度m,取l=10 m。

計算得Q=18 055.69 m3。

4.2.5 降水井井數n

n=λQ/q1

式中：Q為基坑總涌水量m3/d;q1為設計單井出水量m3/d;λ為調整系數，一級安全等級取1.2，二級安全等級取1.1，三級安全等級取1.0。取λ=1.1。

式中：q2為單井出水能力m3/d;rs為過濾器半徑m，取d=0.15 m;l為過濾器進水部分長度m，取l=1.5 m。

計算得單井出水能力得，q2=1009.89 m3/d，設計單井出水量取q1=840 m3/d，q1

4.3 降水井結構

基坑采用管井降水，降水井孔徑600 mm，內徑300 mm，采用鋼筋混凝土井管。管井構造上由實管和濾水管組成，管井井口以下9 m為實管，上部3 m采用黏土封井，實心管之后為過濾管，采取了雙層濾水處理方式，底部設1.0 m沉砂管。設計過濾器為纏絲過濾器，過濾管上纏繞2層40目密目網，纏絲間距3 mm。填礫規格20～40 mm礫石，填礫厚度大于100 mm。成井時要求井孔應圓整垂直，井管焊接牢固，安裝垂直。洗井采用活塞和空壓機聯合洗井，確保洗井質量，達到正常抽水時含砂率小于1/20 000[6]。

4.4 水泵選型

根據基坑設計要求降水深度和水泵揚程，選擇QY型潛水泵，潛水泵功率為5.5 kW，額定流量為40 m3/h，揚程不小于30 m，估算每天的抽水量可以達到960 m3/d，此抽水量已經超過了單一降水井的涌水量，符合施工要求。

5 降水效果及后期優化處理

基坑開挖之前采用提前20天降水，開挖至基礎底標高，基坑降水整體效果明顯，施工作業單位嚴格按照設計要求過濾管上纏繞2層密目網，降水井出砂率小于1/20 000，滿足設計要求。由于施工期間跨越暴雨季，且2018年在暴雨期的降雨量及降雨時長均超過歷史同期，從5月1日起施工區降雨量同比往年超過50%～100%，其中涪江干流出現了超50年一遇的洪水，且啟動了近年以來的II級防汛應急響應。豐富的降雨量及長時降雨導致地表水下滲量急劇增大，基坑內、外水位均較高，基坑內的降雨積水無法及時滲透和通過降水井抽排，導致基坑內積水較多不能滿足施工要求。后期經現場踏勘和重新計算，決定在原設計降水井系統的基礎上將部分降水井潛水泵功率增大到7.5 kW，額定流量為55 m3/h，揚程為30 m。加大潛水泵功率的井號為1#、4#、14#～23#，一共為12口井。增加降水井功率后，降水滿足開挖施工要求。降水后沒有影響周圍已有建筑物和管線，管線未發生斷裂、漏水等現場，滿足設計的要求。基坑內干燥的環境不僅提高的基礎施工的方便性，也便于基坑內的文明施工和安全用電，滿足后期結構施工的要求[7]。

6 結論

西南地區地下水豐富，尤其是施工區域，地下水尤其豐富。當施工段跨越雨季，時常出現基坑內排水無法滿足施工和設計的要求，增大降水井泵功率是常用的一種方式，或者增加降水井數量。豐富的地下水一方面為人類提供了一種寶貴的資源,另一方面又給工程建設帶來了一定的安全隱患。因此，合理的降水設計至關重要，如果降水出現問題，施工基礎會出現問題，影響基礎的質量，導致上部結構各種不良的后果。希望本文為以后其他類似工程降水累積經驗。