复杂地质条件下临河深大基坑降水方案优化设计

【摘要】某船闸工程基坑深大且临河，地质环境条件复杂，含水层情况特殊，须对基坑进行降水。通过对地下连续墙及深井降水施工技术特点进行了分析，强调了临河深基坑降水过程中需要重视的前期抽水试验观察的要点。并依据本工程项目的实施，刷新了对该区域强风化砾岩的透水性认识，提出了在以后的工作中针对该类地层应采取的措施，供同行们借鉴。

【关键词】抽水试验;渗透系数;临河;深基坑;降水;强风化砾岩;

0 引言

在地下水较丰富地段进行深基坑开挖，降水是一个重点及难点。尤其是像船闸这种临河建筑，开挖深度大，地下水补给来源丰富，地质条件又多以砂层为主，含水量大，如何正确选择地层水文地质参数，确定降水方案，显得至关重要。

1 工程概况

某船闸闸室尺度240×32（长×宽），明挖法施工。闸室设计底标高7.50m，地面高程23.50m，开挖深度16.0m，在高程4.00～11.50m范围分布细砂层，砂层下部为砾岩，强风化层厚度3～8m，实测强风化砾岩渗透系数8.0×10-4cm/s，强风化砾岩受胶结程度影响，泥质胶结区渗透系数较小，砂质胶结区渗透系数较大可达1.0×10-3 cm/s，细砂层渗透系数3.0×10-3 cm/s。该层顶板标高11.80m与临近河河底板标高11.60m接近，与河水存在水力联系。细砂层为承压含水层，稳定水位18.50m，砂层顶板11.50m，承压水头约7.0m。

2 工程特点及难点

基坑底部位于砂层中，下部砾岩强风化层的砂质胶结区胶结程度较松散，富水性及渗透性相对较强，渗透性等级属中等，且紧邻河水，河水与砂层水连通，降水难度较大，基坑排水采用地下连续墙加深井降水方案。

3 地下连续墙设计

根据船闸结构底板深度及场地的水文地质条件，闸室底板位于细砂层中，因前期工作对强风化砾岩层渗透性认识不足，且其局部厚度较大，地下连续墙底部高程以进入强风化层砾岩1.5m控制，未将闸室内外水力联系隔断。

4 基坑涌水量计算

本工程属于承压非完整井，基坑涌水量采用公式：

其中，细砂层水平渗透系数为k=3*10-3cm/s=2.592m/d

降水深度H=18.5-7.19=11.31m;基坑面积F=32500m2;基坑半径r0=101.7m;R=182m;l=7m;M=13m;Q=2312 m3/d。

根据经验，规范公式所计算涌水量往往实际小很多，取2倍计算涌水量，即4624 m3/d

单井涌水量：

q=310 m3/d;n=1.1*4624/310=16.4，取17。

计算井深L=16.54-7.69+0.5+30*0.2+0.5+2+0.5=18.35m

Autobank7.5渗流计算：根据autobank7.5渗流计算，稳定渗流情况下，最大渗流量为3.9 m3/d m。

围堰周长约1300m，围堰最大总涌水量为5070 m3/d。井间距取30m时，单井最大涌水量约为120 m3/d。由于本工程基坑设置截渗墙，根据规范计算涌水量误差较大，故根据autobank7.5渗流计算结果来确定涌水量及降水井间距。

5 试验井布置

根据地质资料，选取透水层最厚位置，基坑对称布置1口试验井，2口观测井，并在试验井断面设置3个测压管。试验井位置根据详勘揭露砂层厚度较大处及强风化砾岩砂质胶结处确定。

试验孔设计要求：

1、试验井采用0.6m管径，井口应高于地面以上0.5m。

2、抽水试验对同一层（段）应进行三次水位降深;抽水井最大降深宜接近含水层厚度的1/3;最小降深不小于0.5m，每次降深的差值，不宜小于1m。

3、降水井在滤水管采用无砂管，过滤器采用缠丝包网过滤器。沉淀管接在滤水管底部，长度为0.5m，管径与滤水管相同，底部用铁板封死。

4、抽水设备采用潜水泵，每日抽水能力不小于180m3/d。

6 降水井布置

降水井布置于基坑16.54m边坡平台处，井间距取30m，井深18.35m，共布置44口降水井，计算单井出水量为120 m3/d。降水井布置应根据抽水试验结果确定。

根据抽水试验结果绘制的降水剖面，抽水试验井深度定为22m，闸室底板中心位置水位高程能降至7.19m，满足施工需要，水泵单日出水量20～25m?/d。停泵后水位恢复速度很快，说明目前闸室内地下水补给径流条件畅通，强风化砾岩透水性较强。据降落漏斗曲线分析，截渗墙处曲线坡度（48°）较无渗墙墙处坡度（28°）陡，截渗墙截水效果较为明显。

7 总体布置

7.1依据抽水试验成果布置降水井，在强风化砾岩泥质胶结区及近山侧井间距取30m，泵量25m3/d，强风化砾岩砂质胶结区及临河侧井间距取20m，泵量40m3/d。

7.2降水井的成井施工阶段应边施工边抽水，即完成一口投入降水运行一口，力争在基坑开挖前，将基坑底开挖面以下一定深度的土层含水量减小到最低。

7.3在施工开挖20天前进行抽水，做到能及时降水连续墙内基坑中的地下水位。

7.4抽水需24小时现场值班， 并做好記录，包括涌水量Q和水头降S，以掌握水位动态变化，指导降水运行达到最优。

8 施工验证及总结

根据降水方案施工，水位能够降低至基坑底板0.5m以下，闸室基坑开挖顺利实施。针对临河深大基坑，因地下水与地表水存在较强的水力联系，直接降水较为困难，宜先截水，再配合具体降水方案，截水时宜穿透含水层，截渗墙或桩底置于相对隔水层，对于强风化岩层应提高重视，不应想当然的将其视为不透水层，降水前应进行必要的抽水试验，根据抽水试验成果及实际水文地层条件调整降水方案，做到优化设计，确保基坑降水顺利进行。

参考文献（References）：

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[2] 黄辉， 地铁工程勘察的抽水试验设计和施工技术， 水文地质工程地质，10.3969/j.issn.1000-3665.2002.05.013。

[3] 潘海防， 深基坑深井降水的施工实践，科技创新导报，2011-23-089 。

[4] 张胜，豆海军，刘立权，浅谈深基坑降水的方法， 科技尚品，2016年第11期。

作者简介：高冲，1983-5，男，河南省郾城县，本科，水工环地质高级工程师，主要从事：岩土工程勘察