深基坑支护结构降水设计分析.doc

某深基坑支护结构降水设计分析 顾小兵 李 娅 刘 靖 刘春锋 摘 要：本文对基坑工程的支护结构降水设计进行了简要介绍，对降水井点选择和涌水量计算的关键参数如：土质渗透系数、降水深度、抽水影响半径等进行了讨论,结合工程特殊需要对降水方案进行了部分优化，并分析了井点设计中需注意的问题。关键词：井点系统 渗透系数 降水深度 截水帷幕 引 言基坑开挖及井点降水改变了工程场地水土体系的天然平衡状态, 实质上基坑工程中的一切措施包括围支护、降止水、地基加固等都是用来平衡此体系状态改变的。对降水工程来说主要可分两种情况, 其特点为:以疏干基坑内的地下水为目的,以防止围护结构失稳或基坑内土体破坏为目的。目前，在基坑工程中主要是根据降水要求、场地的水文地质条件和井类型等来选择适当的渗流解析公式, 并据此进行降水工程的设计计算。1 工程概况广东阳江的某排水隧洞前池基坑，地面高程在8.013.0m之间，前池出水侧处于山坡的坡脚下，进水侧为为河流冲积形成的一级阶地，基坑地段属堆积地貌，其下主要为坡积及残积物，地层结构主要为：海积层、残积层及下伏的全、强风化的斑状花岗岩侵入岩体。地下水主要赋存在海积层及残积层中，地下水位高程一般为4.06.0m。结合工程布置和场地条件，基坑除靠山坡侧外均采取放坡开挖形式，考虑靠山坡侧地下水位采取降水措施降低至高程-1.0m的条件下，该侧支护采用了桩锚联合支护形式。2 降水方案选择根据各种降水方法的适用范围及类似工程经验，结合本工程基坑支护降水要求及场地水文地质环境特点，综合比较了轻型井点、喷射井点及电渗井点三种降水方案后，决定采用轻型井点降水方案。轻型井点国内外应用较为广泛，特别适用于基坑面积不大及降低水位不深的场合。该技术在地层中形成的“降水漏斗”和“截水帷幕”，能有效降低地下水位，降低基坑内土层的含水率，改善土体的物理力学性能，消除土层渗透力的影响，对保持边坡和桩间土的稳定较有利。3 降水计算根据地质勘察资料，取地下水位高程为5.0m，即需要降低地下水位深度达6.0m。根据建筑基坑支护技术规程JGJ120-99要求，应采用一级井点降水满足设计要求。因本工程土层渗透系数很低，对于环境渗入水补给接受量很小，在做好坡面覆盖彩条布保护的情况下，降水设计不予考虑该部分影响。轻型井点计算的主要内容有：计算涌水量，确定井点管数量与间距，选择抽水设备等。井点计算因受水文地质、施工质量及井点设备等许多不确定因素影响，故所求算仅为近似数值，计算中部分参数取值不全通过计算，较多情况下参照实践积累资料或现场试验确定。计算图1如下。（1）基坑涌水量采用建筑基坑支护技术规程均质含水层非完整井公式计算：式中：Q-基坑涌水量；k-渗透系数，根据现场试验修正后的含水层综合渗透系数k=0.1m/d；H-含水层厚度（m），由于下伏强风化斑状花岗岩层渗透系数较前两地层小，故认为强风化层为相对不透水层，其顶高程为-10.5m；S-基坑水位降深度（m）；R-降水影响半径（m），本基坑工程侧壁安全等级为二级，可按下式计算：；r0-基坑影响半径（m），对于不规则块状基坑等效半径，式中A为基坑面积；-过滤器进水部分长度，本计算真空井点过滤器长度取1.5m计；h-水降后水位至不透水层深度（m）。 （2）单井出水量单井出水量取决于所在地区的水文地质条件、过滤器的结构、成井工艺和抽水设备能力。由于过滤器加工及成井工艺等人为影响，设计的单井出水量一般小于规范计算值，本工程区基坑试验降水井日出水流量就远不及计算值，故单井出水流量由现场抽水试验结合类似工程排水经验确定。初选降水井井径：250mm，滤水管管径：40mm，过滤器有效进水部分长度：1.5m。设计出水量=？（3）降水井数量及布置井点降水设计中基坑涌水量为整个基坑，本基坑下游坡脚部位为桩锚支护形式开挖，以井点降水作为主要的降止水措施，其余部位采用放坡开挖，仅做截、排明沟等将止水措施。故在降水井水量计算时将基坑涌水量按比例折算。基坑下游坡脚边界线长65m，参照基坑降水工程轻型井点降水章节，在基坑周边水文地质条件相同的情况下，井点按1.5m间距绕基坑下游U型布置，为适当延长两端降水范围，降水井数量增至48眼。降水井间距是通过工程经验类比及相关规范规定选取，降水工程作业前还应进行抽水试验以检验降水井间距布置是否合理，同时为泵选型及真空度等的确定提供依据。（4）降水系统细节设计井点管选用直径为40mm的钢管，填砾料砾料的形状应以均质近圆形颗粒为宜，最好采用石英砂岩的砾石，砾料运至现场后要过筛、冲洗、剔除杂质、土和不合格的砾石。填砾粒径大小应与含水粒度相配合。含水层平均粒径为1.2mm，砾料直径选用47mm规格砾料，填砾厚度为80mm。过滤器长度取1.5m，管壁上钻直径1018mm的孔眼，呈梅花形分布，孔间距3040mm，孔隙率为25%左右，管壁包两层滤网，内层为细滤网，采用网眼3060孔/cm2的尼龙网或铜丝网；外层为粗滤网，采用网眼310孔/cm2的铁丝网或尼龙网。滤网外再缠绕粗铁丝一层保护滤网，滤网下端装铸铁管靴，以防止泥沙进入管内。集水总管按照基坑降水工程集水总管直径选为75mm钢管，用法兰连接，在管壁每隔1.5m设一个与井点管连接的短接头。连接管用来连接井点管和集水总管，直径为40mm，选用螺纹胶管或塑料管。因本降水工程目的是降低边坡部分地下水位，为维护桩锚支护结构稳定而实施，在地下水位控制过程中对抽降引起的坡体变形没有严格要求。根据现场试验井抽排实际情况，在井点设计中借鉴了引渗管井及真空井点的特点，对抽排设备要求及控制管理方式加以适当调整，用液位继电器实现在降水井中预定水位时水泵的自动停启，与泵型相配合将降水井中水位控制在预定位置。降水井布置见图2如下。4 实施效果本基坑工程以在基坑顶、底分别设截水沟和排水沟，坡面设排水孔等措施为主要降排水方案，支护体后井点降水作为边坡降止水方案。在基坑降水设施附近布设了一定数量的地下水位观测井，并在基坑开挖前测得初始值，在整个基坑工程施工过程的观测中，地下水位的变化始终在预期目标范围内，可以说该基坑降水工程完全达到了预期的目的。5 结语（1）基坑场地地下水赋存以上层滞水为主,含水层以粘性土层为主，渗透系数小，地下水在重力作用下向井点管流动，渗流速度慢、水力坡度小。轻型井点主要针对渗透系数较小的地层，其原理是靠真空泵形成负压，主动抽吸土层中的孔隙水，使地下水在滤水管附近下降，从而将周围地层里的水强行吸出。轻型井点虽不能形成大的降落漏斗，但因为井点密集能形成截水帷幕，有利于支护体结构安全稳定。（2）降水工程设计，要首先分析场地水文地质条件。模拟基坑开挖后的水文地质环境，认真分析提供的水文地质参数、要求降水的深度和工程