干扰群井基坑降水设计中水位复核(勘察技术).doc

年第 期 勘 察 科 学 技 术 干扰群井基坑降水设计中的水位复核赵云云1, 2 张垚3 (1成都理工大学，成都 610059；2河北工程大学，河北 邯郸 0560213中国地质大学（北京） 北京 100083)提要 干扰群井基坑降水设计中，对基坑内水位降深的复核是关键的一步，它关系到降水井布置的合理性、影响到降水井的数量及基坑降水的成败，本文针对基坑内地下水位复核公式中相关参数的选取进行了分析，探讨了具体参数取值的合理性问题，认为相关参数的选取应该考虑到抽水井的影响半径，公式中的基坑涌水量应该为抽水井影响半径范围内所有抽水井的出水量，分析了参数的使用条件，并结合实际情况提出了改进建议，新参数的取值方法更符合实际情况。关键词 基坑降水 水位复核 影响半径 基坑涌水量Water level rechecking on designing of foundation pit dewatering of disturbed wellsZhao Yunyun 1, 2 Zhang Yao3（1. Chengdu University of Technology 2. Hebei University of Engineering 3. China University of Geosciences(Beijing)）Abstract In the designing of foundation pit dewatering of disturbed group wells, to check the fall of water level is pivotal step whether reach the requirement of design or not, It relates to the rationality of the arrangement and the quantity of dewatering well and affects whether the dewatering of foundation pit will succeed or fail . Related parameters in rechecking formula to the dewatering of foundation pit have been discussed , the selection of related parameter should consider the pumping well radius of influence ,the flowing yield in foundation pit in formula should be all the flowing yield of pumping well inside the scope of influence radius according to the actual engineering problem ,the usage condition of parameters have been analyzed, and combined the actual instance to put forward the improvement suggestion of the parameters, the new selection method of parameter even accord with actual state.Keywords dewatering of foundation pit; water level recheck; influence radius; flowing yield in foundation pit1 引 言随着我国城市化进程的不断加快、国民经济的飞速发展，相关基础设施建设规模不断增加，楼房越盖越高，基础越挖越深，大量工业与民用建筑涉及到深基坑支护及基坑降水问题，工程若在地下水位较浅的地区开挖较深的基坑而不采取措施，在基坑内外水位压差的作用下，就有可能形成流砂、管 作者简介:赵云云，1980年生，硕士研究生，主要从事水文地质与工程地质教学与科研工作。收稿日期：200710涌，坑底突涌等影响基坑边坡及底板稳定性的岩土工程问题，轻则影响工程进度，重则可能造成基坑周围建筑物破坏、基坑塌方及人员伤亡。为保证工程安全施工，需要在基坑开挖前进行基坑降水设计，在基坑开挖时采取降水措施，以确保工程安全。2 问题的提出目前在基坑降水设计中，轻型井点、喷射井点、电渗井点其降水深度、适用条件等均有所限制，随着目前深水潜水泵的不断更新换代，抽水能力的不断提高，在基坑降水设计施工中，对于深基坑一般多采取管井或深井降水方法。 基坑降水的原理是基于地下水动力学中井的渗流理论，目前可采用稳定流和非稳定流两种方法进行设计，出发点是采用等代大井法，利用遍布基坑周围的降水井同时抽水，群井抽水共同组成一个等代大口井。基坑降水设计的相关步骤及计算在各种有关基坑降水的图书中都有论述，降水设计中有一个最重要的环节就是水位降深的验算，即针对干扰群井抽水，需要验算降水过程中基坑内地下水位是否达到设计要求的降深，这决定了降水设计方案的可行性，也是基坑降水设计的关键一步。 根据建筑基坑支护技术规程JGJ 12099第8.3.7条规定，基坑降水设计中，干扰群井抽水时，基坑中心点水位降深计算可采用下列公式确定：1）潜水完整井稳定流： （1）2）承压完整井稳定流： （2）式中R0=R+r0，Q为基坑总涌水量，S0为基坑中心处或各抽水井中心处地下水位降深，H为潜水含水层厚度（非完整井为有效带深度），M为承压含水层厚度（非完整井为有效带厚度），r1,r2,r3,rn为各井距基坑中心或各抽水井中心处的距离。根据实际情况，可以利用上述公式验算基坑内任一点的水位降低值，但在实际操作中，有关公式中的Q取值、r取值的采用标准则值得商榷。关于Q取值，目前相关文章采用的数值主要有：(1) 根据规范公式计算的基坑总涌水量；(2) 基坑出水总量（由降水井的数量与滤管工作部分长度及单井单位长度出水量三者的乘积）。关于r值，大部分文章计算中采用的值为计算点至各井点之间的距离。Q值、r值的具体取值方法存在多种解释，不同的取值得出的相关基坑水位降深S0也有较大差异，探讨上述数值取值的合理性对基坑降水设计很有必要。它关系到降水设计的成败、降水工作量的大小、成本的高低及降水工程的工期长短。3 Q值、r值的取值合理性分析针对上述Q值、r值的具体取值合理性问题，利用公式（1）、（2），根据实际基坑降水问题的验算过程，分析上述公式中各数值采用的合理性。3.1 场地地质概况某热电厂三期新建的主厂房、烟囱拟采用桩基础，主厂房基础埋深-5.10-7.60m；烟囱基础埋深-5.60。厂区地下水位平埋深均2.20 m，工程施工需要进行基坑降水，主厂房基坑面积约为176x110 m2，降水深度设计要求为8.6m，烟囱基坑半径为15.5m，基坑采用1：1放坡。降水深度设计要求为6.6m，根据上述要求，设计采用管井降水，降水井的成孔直径=600mm，下入内径d=300mm无砂管，封底，井管的连接采用竹条绑扎、校正，滤料采用砂砾石料，石料规格为2-4mm，确保抽水时井壁不进砂。降水采用潜水电泵，水泵出水量3-8m3/h,扬程22m，降水井的运行动水位埋深控制在距井底2m左右。降水井距基坑边缘的距离为1m。厂区内上覆第四系全新统地层为滨海泻湖相沉积和河流冲、洪积相的陆相沉积两大层，下伏基岩为太古界中深变质的花岗岩系。地层自上而下为：第一层：为滨海泻湖相沉积物，一般厚度5.508.00，分布均匀，以粉土和粉质粘土为主，局部夹有淤泥质粉质粘土，第二层：为河流冲、洪积相的陆相沉积物，层厚12.6015.50左右，以粉质粘土、粉土、粘土和粗砂为主。根据地层岩性，分为以下五个亚层：粉质粘土（层号1）：黄褐灰褐色，局部夹粉土层，顶部夹粉细砂层，顶板一般埋深为5.008.30，相应标高为-5.15-2.50，一般厚度1.103.90，平均厚度为2.40。粗砂（层号2）：褐黄色，颗粒不均匀，含有大量角砾，粘性土含量较少，中密，局部稍密，饱和，顶板一般埋深为6.0010.75，平均厚度为2.75。粘土（层号3）：以红棕色为主，间有棕褐色，黄褐色及灰白色，顶板一般埋深为9.2013.00，平均厚度为3.90。粗砂（层号4 ）：浅黄褐棕色，颗粒不均匀，成分以石英和长石为主，粘性土含量较少，该层底部颗粒渐变粗，成为圆砾和角砾。顶板一般埋深为13.7016.80，平均厚度为5.40。卵石（层号5）：颗粒呈亚浑圆形，一般粒径4070mm，最大粒径可达120mm，含砂30-40%，顶板一般埋深为13.1021.60，平均厚度为3.20。扩建场地位于滨海边缘，地势较低，地下水埋藏较浅，勘测期间地下水一般埋深为1.802.60，平均为2.20。3.2 降水井设计、水位验算参数选取分析在电厂岩土工程勘探资料的基础上，根据试验成果及厂区工程地质、水文地质条件综合分析，参考附近降水经验，降水方案设计采用的主要参数为：地下水类型为潜水，含水层渗透系数取值为K=4m/d，抽水影响半径R=200m，给水度=0.164。主要参数如表1。表1 某电厂烟囱、主厂房基坑降水主要参数建筑 名称渗透系数(m3/d)降水面积(m2)要求深降 S0(m)地下水埋深(m)影响半径R(m)主厂房4.00218006.42.2200 烟囱4.0015344.42.2200 图1 主厂房基坑示意图 图2 烟囱基坑示意图在基坑降水设计中，按潜水完整井来考虑，对非完整井的情况，则采用等效厚度带入潜水完整井公式来计算。针对公式（1）、（2）中的Q、r1、r2、r3.r n，水位降深验算中试用不同的Q、r的参数取值来验算基坑地下水位降深情况，参数选取方法及计算结果如表2所示，部分基坑降水布井图及水位降深等值线图如图3图6所示。表2 基坑降水验算结果 参数Q、r取值方式滤管长度( m)烟囱基坑布井烟囱降水情况厂房 基坑布井厂房降水情况备注方式1：公式（1）、（2）中Q、r的取值为Q 、rI110未达到29未达到1115未达到34未达到2118未达到47未达到3120基本达到56未达到41.529未达到5256未达到6方式2：公式（1）、（2）中Q、r的取值为Q1、rI状态16未达到16未达到717达到18达到818达到9方式3：公式（1）、（2）中Q、r的取值为Q2、rII16未达到16未达到1017达到18达到11注：降水井滤管半径均为300mm。表2中有关参数选取情况说明如下：Q 为基坑总涌水量。Q1为基坑总出水量，Q1nq；n为降水井总数；q为单井出水量。Q2为基坑某计算点抽水井影响半径范围内所有降水井的总出水量；Q2=nRq。rI的取值方式中，r1，r2，r3.的取值方法为计算点至各抽水井点之间的距离，rII的取值方式中，r1，r2，r3.的取值方法为计算点至降水影响半径范围内各井点之间的距离。由表2基坑水位降深验算结果可以看出，基坑降水设计中，如采用同样滤管半径、同样滤管长度的降水井，在参数取值方式1 (Q， r取值分别为Q 、rI)情况下，烟囱基坑降水井的数量由10口一直增加到20口，基坑水位才勉强达到设计要求降深，而对于开挖面积较大的主厂房基坑，即使将降水井的数量由29口增加到56口或增加抽水井滤管长度也均达不到设计要求的水位降深。在参数取值方式2（Q， r取值分别为Q1、rI）状况下，烟囱基坑和主厂房基坑分别需要布置7口和18口降水井，地下水位即可达到设计要求降深。在参数取值方式3（Q， r取值分别为Q2、rII）状况下，烟囱基坑和主厂房基坑分别需要布置7口和18口降水井，地下水位也可达到设计要求降深。图3为参数取值为形式1 (Q， r取值分别为Q 、rI)及备注1状况下，烟囱基坑布置10个降水井的情况，经水位降深验算，基坑内的水位不满足设计降深4.4m的要求，从图4地下水位降深等值线图中可以看出，基坑底部地下水未被疏干。图3 备注1 烟囱基坑降水井布置图图4 备注1 烟囱基坑地下水降深等值线图（单位：m）图5为参数取值形式3（Q， r取值分别为Q2、rII）及备注11条件下，主厂房基坑布置18口降水井的情况，由图6可以看出，基坑内的地下水位满足降深大于6.4m的设计要求。图5 备注11 主厂房降水井布置图 图6 备注11 主厂房地下水降深等值线图（单位：m）4 计算结果分析：1）采用公式（1）、（2）验算基坑地下水位降深时，如果参数取值为形式1，公式中的Q采用基坑涌水量的值，QQ，r1，r2，r3.rn的取值为状态rI，则常出现水位降深验算不符合设计要求，需要增加很多井才可能完成基坑降水任务（如烟囱基坑情况14），对较大基坑，很可能会出现增加了很多降水井，或改变降水井的结构，基坑水位降深验算却达不到设计要求的情况（如表2中主厂房基坑备注16）。2）如果参数取值为形式2，公式中Q采用基坑总出水量，QQ1值，r1，r2，r3.rn的取值为状态rI，此时验算的基坑水位降深很容易达到设计降深要求，所需降水井的数量较少。但是如果假定主厂房区地下水抽水影响半径为70m，其它条件不变，经验算（表2中备注9），只需在主厂房区布置9口井就可达到设计要求的降深，这显然跟实际情况不符。3）如果参数取值为形式3，公式中的Q采用基坑某计算点降水井影响半径范围内所有降水井的总出水量；QQ2 ，r1，r2，r3.rn的取值为状态rII，即为计算点至降水影响半径内各抽水井点之间的距离，则计算结果符合实际情况，尤其针对降水面积较大的基坑，布井数量合理（如表2中备注10、11）。 5 结论及建议在干扰群井基坑降水设计中 ，考虑到群井抽水相互干扰的情况，设计中不但要验算各井的出水能力，而且要验算基坑内地下水位降深是否达到设计要求，但在应用公式（1）、（2）验算基坑内任一点的地下水位时，要考虑到基坑的范围、降水井的抽水影响半径，针对不同情况，公式中的参数应该采用不同的取值方法。1）利用公式（1）、（2）验算基坑内任一点水位降深时，Q的取值不应该只采用基坑总涌水量；应分情况区别对待，否则，在某些情况下会出现无论怎样增加降水井的数量，但验算的基坑内的水位降深却总也达不到设计要求，因为无论增加多少口降水井，其增加的抽水量并不能正确的在公式中反映出来，这与实际情况不符。2）如果用nq代替Q值，即用总的单井出水量代替基坑总涌水量Q，如验算中出现会基坑水位降深达不到设计要求的情况，一般情况下，在调整、增加