污水管道深基坑单侧降水计算方法的探索

李存亚

（江苏美华交通工程有限公司 225500）

1 工程概况

广州路南延工程为姜堰经济开发区内规划的南北向城市主干路之一，本项目北起陈庄路，南止于新G328国道，全长为2.707km（包括沿线桥梁）。路线主要控制点为路线起点、路线终点、老通扬运河航道水位。本次实施路基、桥梁、排水工程，根据规划方案要求，本次实施半幅工程量。合同编号为GZLNY-SG标。

本项目按二级公路标准建设，设计速度60km/h。本次实施半幅工程量。标准段路基宽20m，其各部分组成为6.25m绿化带+3.5m硬路肩+7m行车道+3.25m中间带，桥梁设计荷载为公路I级。技术指标按交通部颁《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）的有关规定执行。由于按半幅施工，全线雨水管、污水管各计一道，位于道路绿化带下，雨水管道埋深较浅。污水管道距道路中心线16.75m处，管径为DN400-DN800，其中DN800钢筋混凝土二级污水管（承插口）约1517m，由于有设计纵坡，污水管道埋深5.23～5.9m，各种型号的污水检查井97座。

2 地质情况

根据现场钻探、室内土试验资料及静力触探分析，拟建工程勘察深度范围内，地基土自上而下分为9层，自上而下描述如下：

（1）表土：褐灰色，上部含植物根茎，下部以粘性土为主，该层层底标高一般3.96～4.07m，层厚一般0.90～1.00m；河道中心部位水深约3.20～3.50m，河底臭淤泥厚约0.10～0.20m。该层土欠均质，结构松散，低强度。

（2）粉土：黄褐色～浅灰色，湿～很湿，中密，含铁锰氧化物及浸染物，具水平微层理。摇振反应中等，土面无光泽，干强度及韧性低。层底标高1.47～1.96m，厚度2.00～2.60m。该层土河道部位大部缺失，属中压缩性中等强度地基土。

（3）粉砂：灰～青灰色，饱和，中密，单粒结构，以石英、长石、云母等为主要矿物成分，粘粒含量为1.4～2.2%，颗粒均匀，级配不良。层底标高-3.04～-2.83m，厚度4.30～5.00m。该层土场区均有分布，较稳定，属中压缩性、中等强度地基土。

（4）粉质粘土：黄褐色，可塑，水平层理，含铁锰斑渍，粘粒集合体呈絮状结构。无摇振反应，有光泽，中等高干强度及韧性。层底标高-9.14～-8.23m，厚度5.40～6.10m。该层土属中压缩性地基土，工程地质条件较好。

（5）粉质粘土夹粉土：浅灰色～灰黄，饱水，软塑～可塑，局部含有机质，无摇振反应，稍有光泽，中等干强度及韧性；夹层粉土呈稍密状态，水平微层理。该层土欠均质，两者厚度比约5：1。层底标高-12.64～-12.33m，厚度3.50～4.10m。该层土场区普遍分布，属中压缩性地基土，工程地质条件一般。

（6）粉土：灰黄色～浅灰色，湿～很湿，中密，含云母碎片，具水平微层理。摇振反应迅速，土面无光泽，干强度及韧性低。层底标高-15.34～-15.13m，厚度2.70～2.80m。该层土全场分布，属中等压缩性地基土。

7层以下略，施工期间地下水埋深约2.0m。

3 初步设想

由于表土中含腐植物较多，稳定性差，层厚仅1.05m左右，所以将表土整体揭除，这样既能方便施工，又能降低基坑总体深度，边坡更稳定安全。因为全线距离较长，基坑呈长条状，周边水系发达，基坑开挖前需降水一星期左右，故计划采用管井降水方案，为方便施工，沿施工段面单侧（路基外侧）布置管井。

因降水范围内底层为粉质粘土，透水性差，水平渗透系数为0.05m/d，故本基坑降水为潜水完整井。

施工计划每次开挖长度最长不超过100m，基坑底宽度考虑可操作性，采用3m底宽，计划采用二级放坡开挖，先将表层填土1.05m挖除，则最大基坑深度4.85m，考虑过滤器长度，则基坑降水深度Sw=5.43m，含水层厚度取最大H=6.05m。由于现场条件限制，降水井沿基坑一侧布置，管井间距计划为10m。

图1 管井平面布置示意图

表1 水文地质资料

根据地质情况和现场实测数据，平均渗透系数取k=2.52m/d。

计算过程：

（1）基坑总涌水量计算：

现场管井降水断面布置示意图如下，该地层为均质潜水含水层按照按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）中公式7.3.7-1进行计算降水影响半径。

图2 基坑降水示意图

Sw=5.43m，按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）中，第7.3.7条。

因现场条件限制，降水井仅一侧排列，故r0取6.3m。

根据基坑边界条件选用以下公式计算：

Q为基坑涌水量；

k为渗透系数（2.52m/d）；

H为含水层厚度（6.05m）；

R为降水井影响半径（42.4m）；

r0为基坑等效半径（6.3m）；

Sd为基坑水位降深（4.85+0.5-0.95=4.4m）。

Sd=（D-dw）+S

D为基坑开挖深度（4.85m）；

dw为地下静水位埋深（0.95m）；

S为基坑中心处水位与基坑设计开挖面的距离（0.5m）。

通过以上计算可得基坑总涌水量为131.2m3。

（2）降水井数量确定：

单井出水量计算：

q0=120πrslk1/3=120×3.1416×0.085×1×2.521/3=43.61m3/d

降水井数量计算：

n=1.1Q/q0

q0为单井出水能力（m3/d）；

rs为过滤器半径（0.085m）；

l为过滤器进水部分长度（1m）；

k为含水层渗透系数（2.52m/d）。

通过计算得井点管数量为2个。

图3

如图3所示，距两个井管8.04m处降水深度能代表基坑内地下水位深度，因此计算该点降水深度，如能满足设计降水深度4.4m，即可。

（3）基坑在管井对侧边缘（距管井中心距离6.3m处）水位降深计算：

故该井点布置方案满足施工降水要求。

4 施工效果

该项目污水管道在2018年10～11月之间施工，实际地下水位与设计相符，在管井连续降水大约7d左右进行基坑开挖，当开挖至基坑底时，发现基坑边坡有少量渗水现象，造成下级边坡有少量滑塌的现象，经继续降水效果不佳，其实际降水深度未能达到设计要求，后来采取局部设置井点降水进行补救。

分析其成因，我方认为有以下几个方面的因素：

（1）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）中，一般假定均采用封闭基坑，所提供的计算公式，均为管井在基坑周围布置闭合状，按干扰群井为基础的计算。对于单侧降水计算没有现成计算公式，而项目现场采用了单侧管井，无法形成闭合效果，所以其计算公式有所偏差。

（2）土层地质不均匀，其渗透系数需要现场实测，经取三个单井抽水试验，其单井实际出水量为36.9m3/d、38.5m3/d和42.1m3/d。

（3）根据《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）中，对于条状基坑，潜水完整井按公式6.5.2-5进行计算。

其降水深度与现场相近。

5 结论

因试验数据不完善，建议在实际施工过程中，先打几口试验井，进行渗透系数测定。另外，对于条状基坑尽量采用《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）进行计算。以上浅见仅为个人意见，供同行们进行参考。