基坑降水方案具有良好的适应性

摘要本文结合项目具体工程地质特点和基坑施工相关要求，分析了各种降水井的适用条件和基坑区址内的地下水流场的特点，并对在基坑周围密布降水井的施工方案进行了合理性论证，对软弱地层基坑采用理论分析、有限元方法、理论解析法和现场试验，对各种降水方法的特点和适应性进行了分析，确定了适用于本基坑项目外部降水的井点类型；然后进行了现场降水试验，得出了基坑周围的地下水渗流量大小、抽水井地质类型和降水井影响半径；随后对基坑所在区域的大范围地下水分布情况及其稳定渗流流场进行了分析，探讨了各种降水方案的合理性，为后续分析及工程措施奠定了基础；最后结合场地条件及降水需求，提出了井点降水+帷幕止水+坑内分散随机降水点的总体方案。所提出的联合降水方法大幅度降低了基坑降水井的数量，解决了降水施工难题，保证了整个工程的施工进度，具有明显的社会效益和经济效益。关键词：软弱地层基坑降水1绪论1.1基坑降水的目的、意义、范围及应达到的要求某项目工程基坑地质条件较弱，地层厚度较大，周围地下水位较高，周围有连续的地下水补给通道。在这种复杂的地质条件下，很难建造深度为18米的基坑。特别是本工程项目工期紧张，同时考虑到需要在基坑底部大量进行抗浮锚杆钻孔施工，若地下水不能得到良好的控制则必将导致基坑底部施工存在巨大风险，而且，基坑抗浮锚的施工难以进行。1.2国内外研究现状1.2.1软弱地层基坑降水关键技术研究现状无论是从地下轨道交通建设还是地下商场和地下交通枢纽等地下空间开发，从深度角度来看，大多数地下建筑在施工期间不可避免地会受到地下水的影响。分析地下水控制引起的环境问题，然后设计和建设地下水控制，但由于地下水控制方法不当，工程事故的发生和周围环境的破坏仍然很频繁。总结由地质原因和周围环境破坏引起的各种地下工程事故。进一步分析原因，一方面，对地下工程施工期间地下水的影响和破坏不够重视，更多的原因是地下水控制方法的选择没有达到地下水控制的最佳效果。相反，它会对周围环境产生影响。因此，基于水文地质学，结合环境地质学，工程地质学，地下工程设计与施工等专业学科，全面准确地分析地下水控制工程对周围环境的影响，研究相应的防治措施，确保地下水控制工程的实际效果。它还可以减少有害影响，从而确保地下工程的安全和平稳运行。在地下工程施工期间，有两种主要的地下水控制方法：一个是阻水（也称为水拦截），另一个是降水（通常称为工程降水）。常用的堵水方法包括幕帘堵水，灌浆堵水和堵水的冷冻方法。根据以往的工程经验，水封方法或沉淀方法可以在不复杂的地质条件和周围环境条件的条件下达到地下水控制的目的;当复杂的地质条件或地下水控制对周围环境产生很大影响时，这两种方法可以得到综合利用，相互补充，达到地下水控制的目的。（1）主动降水主动降水主要有：轻型井点和喷射井点降水方法。（2）被动阻水被动降水主要有帷幕阻水，其目的是在地下水控制区域外围形成阻水帷幕，这样抽取地下水时就不会造成对地下控制区域以外的环境条件改变。常用的帷幕阻水方法：地下连续墙、钻孔咬合桩、高压旋喷桩帷幕截水、水泥搅拌桩、SMW施工工法。存在的问题主要是地下水控制对周围环境的关注不够，没有对周围环境的地下水控制进行准确分析。对地下水控制的影响和缺乏响应对周围环境的影响。地下水控制是地下工程施工的辅助手段。对于大多数地下建筑来说，这只是一个临时项目。从专业分工，项目建设资金占用和项目建设风险等方面，与整个地下工程的土建工程相比，地下水控制工程的比例很小。根据地下工程建设的案例分析，建筑投资者，项目管理方和项目实施者对地下水控制工程的重要性不足。当然，它没有足够重视地下水控制项目的影响以及对周围环境的影响。例如，中国许多地下轨道交通建设项目往往没有参考地下水影响的预建设，也没有做地下水控制项目的专业设计。相反，地下水控制项目的成本按比例放在地下工程的土木工程部分。结果，由于地下水的影响，地下施工被迫停止，导致施工延误和投资预算增加。此外，一些项目采取了地下水控制措施，不论对周围环境的影响如何。目前，一些岩土工程设计院也分析了地下水控制造成的周围环境问题，但环境问题涉及许多专业领域。例如，地质，建筑结构，桥梁隧道，水，林业和生态环境，设计地下水控制工程的专业人员很难为这些领域提出对策。您只能采用规避方法，例如绕过或使用极端方法，例如大规模复兴。一种有效控制地下水建设，确保施工不会对周围环境造成危害，同时降低工程造价，缩短工程周期的有效方法正是大众所希望的。1.3指导思想及解决的主要问题本课题结合项目具体工程地质特点和基坑施工相关要求，分析了各种降水井的适用条件和基坑区址内的地下水流场的特点，并对在基坑周围密布降水井的施工方案进行了合理性论证，随后进行了降水方案优化设计，提出了减少坑外降水井，设置内部集水坑及局部集水口的坑内外联合降水技术。所提出的联合降水方法大幅度降低了基坑降水井的数量，解决了降水施工难题，保证了整个工程的施工进度，具有明显的社会效益和经济效益。第二章本论2.1工程概况2.1.1地形、地貌花溪区地形高程西部普遍偏低，东部低，南北低。该地区西部，南部和东北部有自然连绵的山脉，作为城市景观背景。北部和中部属于浅坝区，地形一般在25m以下。南部属于中丘地区。并在接地带的中部和南部形成连续的山峰，最高可达100-200米。该地区的水系统以南北方向和南西南-东北河为主，北部有两个树枝状水系，河流和水库有多个分支串联。河流很多但不宽。河流的功能主要是灌溉，河滩湿地的带状湿地植被丰富。2.1.2工程地质条件场区地下水主要有第四系覆盖层内孔隙水、岩溶管道水及基岩溶蚀裂隙水三种形式。孔隙水主要赋存于第四系土层中，其分布面广，富水性和透水性强，主要接受大气降水补给并向三岔河或冷水沟河等地势相对低洼处排泄。岩溶管道水和基岩溶蚀裂隙水埋藏于地表以下一定深度，接受大气降雨和覆盖层孔隙水的补给，并以泉水形式出露地表或以管状、脉状径流，呈分散型向三岔河下游排泄。根据地质调绘结合区域资料分析，场区地层岩性由新至老依次为：第四系人工杂填土、耕植土、淤泥质土、坡残积层，场区出露三叠系中统松子坎组至下统大冶组地层，岩性上的差别导致整个工程区岩溶水文地质呈不同特性。其中，三叠系中统松子坎组地层以泥-微晶白云岩夹杂色泥质白云岩及页岩，为可溶岩夹非可溶岩地层，岩溶不甚发育，为弱-中等岩溶发育地层，地下水赋存形式以第四系覆盖层内孔隙水及基岩溶蚀裂隙水为主，偶有岩溶管道水分布。工程区地势较为平坦，无滑坡、崩塌、危岩等地质现象发育，其不良地质现象主要表现为岩溶和淤泥质土。受地层岩性影响，由于花溪地区降雨较丰富且该区域地表径流丰富，具备发育较大岩溶的水文地质条件，岩溶发育可能对工程建设带来一定影响。2.2软弱地质复杂基坑内外降水技术2.2.1降水管井类型的选择及涌水量计算方法根据不同的地质条件和施工条件，选择合适的井点降水方式，并完成在该降水方式下的涌水量计算是深基坑降排水的重要研究内容。2.2.2基坑降水井类型常用井点降水法有轻型井点法、喷射井点法、辐射井点法、电渗井点法、管井井点、深井井点、自渗井点等。不同形式降水方法的选择，需视工程性质、场地地质条件、开挖深度、土质特征、施工条件、工期、经济等因素而定。不同类型的降水井有不同的适用条件，如表2.1所示。表2.1降水井类型及适用范围井点类型岩性渗透系数（m/d）可降低水位深度/m轻型井点及多层轻型井点粉质粘土、粉土、细砂、中细砂0.1～20.0单级<66<多级<20喷射井点砂土、粉土0.1～20.08-20电渗井点粘性土、淤泥质土<0.1<6管井井点砂土、碎石类土、岩石1.0～200.0<5深井井点砂土、碎石土10.0～250.0>10粉砂、粉土、粘土、淤泥质粘土0.001～0.58-18本工程基坑位于水库附近，地层含水量大，土层渗透系数高，采用管井降水法控制地下水位，是最合适的办法。基坑项目中，利用轻型井点至少采用三级轻型井点才能达到降水效果，工程造价要比管井成倍增加；从施工考虑，轻型井点工期长、费用高。因此从经济、施工等方面综合考虑，最初拟定采用管井井点降水方案。2.2.3基坑降水井涌水量计算管井降水的计算方法是以达西定律为基础，建立了袭布依地下水运动微分方程，该理论的基本假定为：①地下水流向水井处于稳定流动状态；②地下水呈层流运动，运动规律遵循达西定律；③含水层底板水平、均质各向同性、厚度相等、在平面上无限展布；④地下水在降落漏斗范围内呈缓变流动；⑤假定静水位是水平的，降落漏斗的供水边界是圆柱形的；⑥流向井的地下水主要靠四周侧向补给；⑦水井为完整井。根据上面这些假定，建立了完整井流的袭布依流量公式。其具体计算方法如下：（1）单个抽水井涌水量计算根据上述基本假定，设在无压渗流区中心打一潜水井完整井，如图2.2所示，则抽水量公式按公式2.1计算；在一承压含水层中心打一口完整井，如图2.3所示，边界上的水头H是不变的，和抽水前初始地下水头相同，则抽水量公式按公式2.2计算；当在承压水井中大降深抽水时，如果井水位低于承压含水层的顶板，在井周围出现无压水流区，于是变成承压—潜水井，如图2.4所示，抽水量公式按图2.3所示。图2.2向潜水井的稳定流动图2.3向承压水井的流动图2.4承压-潜水井①潜水完整井：（2-1）②承压完整井（2-2）③承压-潜水井（2-3）其中：q——单井出水量，；H——抽水前含水层的初始水位，亦潜水含水层平均厚度，m，若为相近的多层含水层时，，其中：hi——各含水层厚度，m；hw——抽水时井内的稳定水位，从隔水底板算起，m；R——影响半径，m，影响半径主要与土的渗透性能有关。（2）干扰井群涌水量计算如果同一含水层中有二个以上的井同时工作，当井群中各井点的距离小于影响半径，其任一井中的水位变化值由两部分组成，一部分是该井本身工作所造成的水位变化值，另一部分则是由于其他井工作在该井处所引起的水位变化值。因此，当干扰井都是抽水井时，干扰井中的水位降深值必然大于相同流量的单井抽水所造成的水位降深值。反之，在水位降深相同的情况下，干扰井的涌水量必然大于单井的涌水量。若井点为n个流量相等、影响半径相等的完整降水井群无规则任意排列、互相干扰，且为无限边界时，如图2.5所示：图2.5任意排列的干扰井群①潜水完整井群：（2-4）②承压完整井群：（2-5）其中：Q——总抽水量，；R0——群井影响半径，应以假想等代圆的圆心开始计算，，m，其中r0为基坑引用半径；ri——第i口井至中心点处距离，m；其余符号意义和以上一样。（3）基坑降水的涌水量计算基坑降水的涌水量和现场水文地质、基坑的形状、尺寸及补给水边界条件等有关，且基坑降水工程井点布置基本上可分为块状形的基坑（多采用环形封闭式）、条状的基坑（采用直线形式的布置方法），具体计算公式如表2.2所示。表2.2基坑涌水量计算表注：①表中的适用条件均为：均质含水层、基坑远离边界；②线性基坑计算公式用于坑内排水；③滤管工作部分长度小于2/3含水层厚度时采用非完整井公式计算；④式中：h——基坑动水位至含水层底板深度，m；R——为单井影响半径，m；r0——环行井点系统的引用半径，m。2.3基坑抽水试验2.3.1试验方案的设计抽水井和观测孔的基本布置：(1)抽水井a.井径井径的大小必须符合一定的条件：适应水泵并且要有适当的间隙，以方便安装和有效运转；另外还要保证井的水力效率。本次试验抽水井井管为打孔钢管，外径为250mm，内径为240mm。b.井深抽水井深度定为40m。c.砾石填料砾石填料厚度至少为8cm左右。(2)观测孔a.孔径观测孔采用PVC管，其直径为108mm。b.孔深此次抽水试验2个观测孔的深度均为20m。c.填料过滤器周围空间采用粗砂填充。d.观测孔距离多个观测孔的距离应由近到远由密到疏。2.3.2抽水试验要求（1）基本要求试验开始前，应根据抽水井设计和施工要求彻底清洗抽水井和观察孔，以满足抽水井的质量要求。使用水表测量水流量时，使用秒表测量排水10m3所需的时间，精确到0.1秒，温度和水温读数应精确到0.5°C。每个抽水井和观察孔应在抽水试验开始前测量自然水位。通常每1小时测量一次，连续测量三次的结果是相同的，或者当水位差在4小时内小于2厘米时，方可作为抽水前的自然水位。对于地下水位受动态变化影响较大的地区，观测时间不应少于一天，观测时间可为30至60分钟。必要时，应在泵送试验受影响区域外的同一水文地质单元中设置观察孔，以掌握试验期间地下水位的自然变化。自然水位观测精度为0.5cm，观测孔精度不大于0.5cm，抽水井移动水位观测精度不大于1cm。如有必要，可以取水样进行水质分析。当泵送结束或泵送停止时，应测量水位。还应防止提取的水回流到泵送的含水层中。（2）稳定抽水试验稳定泵送试验通常应进行3次或更多次泵送。每次下降之差不小于1m。对于含有大量或少量水的含水层，或更详细的水文地质数据或精度要求，研究价值很小的含水层只能用于一次或两次抽水。①抽水试验的稳定标准和水位流量的波动范围a.出水量与动水位无持续上升或下降趋势；b.当用水泵抽水时水位波动2-3cm，流量波动不大于3%时。观测孔水位波动应小于2-3cm。②水位稳定延续时间要求a.卵石、砾石和粗砂含水层稳定时间为4-8小时；b.中砂、细砂和粉砂含水层稳定时间为8-16小时。一般稳定持续时间应根据抽水试验的目的，现场水文地质的研究程度以及水位的地质条件而变化。如果该场地具有高度的水文地质研究资料，只需确定渗透系数，稳定的持续时间可能会更短。相反，在喀斯特地区或水位受潮汐影响的地区，应延长稳定期。（3）非稳定抽水试验①在抽水试验前应观察天然水位，并准确测量抽水井与观察孔之间的距离。非稳态泵送测试通常仅执行一次抽空，但需要三次或更多次泵送来确定井损失值，并且应在每次泵送开始之前测量静态水位。②抽水试验的时间延续为了满足计算的需要，应根据观测孔水位下降的半对数曲线和时间，即曲线确定非稳态抽水试验的持续时间。当曲线显示拐点时，泵送测试应继续直到拐点，并且曲线看起来是平坦的。③动水位与出水量观测对于非定常流动抽水试验，在抽水开始的同时观察所有抽水主孔，观察孔移动水位和流速，抽水开始后，移动水位观测时间应为1，2，3，4，5，6，8，10，12，15，20，25，30，40，50，60，80，100，120分钟观测一次，后每30分钟观察一次，在5小时后每小时观察一次，这样每个观察数据可以均匀地分布在曲线上。停泵后或由于某种原因，应测量抽水井和所有观察孔的回收水位，并从停工时间开始计算时间间隔。从泵送开始每隔一段时间观察，直到水位恢复到自然水位。不稳定的泵送试验要求泵送流量保持在恒定值，并且在整个泵送期间的流量变化不大于1％。泵送开始后，每5-10分钟观察一次泵井的流动观察，3-4次后，可以改为1-2小时。2.3.3抽水试验分析选用钻孔QK86、QK85、QK84作多孔抽水试验，孔口高程1231.42m，孔深31.7m，孔径φ130。钻孔静止水位-4.2m，静止水位标高1227.22m。抽水泵置于13.8m处。单孔稳定流抽水试验作三次降深：S1=8.3m，Q1=3.25L/S；S2=4.7m，Q2=1.78L/S；S3=2.5m，Q3=0.82L/S。图2.8降深试验和井点布置本次抽水试验参照现行《贵州省地方标准》（DB22/46—2004），作反向抽水，动水位观测时间在开始抽水后第3、5、10、30、45、60、90分钟进行观测，以后每30分钟观测一次，在泵停止后立即进行水位观察，并且观察时间间隔与泵送测试的时间间隔相同。抽水试验详述在抽水试验的综合结果中。根据抽水试验资料，降深及流量随时间的过程曲线见Q-S曲线。Q-S曲线为抛物线特点，结合场地岩性特征可确定场地地下水为岩溶潜水，根据钻孔水文地质结构和区域水文地质资料，抽水孔为潜水非完整井。据《水文地质手册》P546图解法确定影响半径，在抽水试验中，特选用与抽水孔在同一线上的QK85、QK84作水位变化观测孔。在直角坐标系上，将抽水孔与分布在同一直线上的各观测孔的同一时刻所测得的水位连起来，沿曲线趋势延长，与抽水前的静止水位线相交，该交点至抽水孔的距离就是影响半径，R=21.2m，见图2.9及图2.10所示。图2.9空间流量时间曲线图2.10影响半径图解按地下水动力学中单孔潜水非完整井考虑，渗透系数K按下列公式计算：（2-7）式中：Q—涌水量，m3/d，取值：Q=3.25L/s=280m3/dS—水位降深，m，取值：S=8.3mL—有效进水段长度，m，取值：L=12.8mR—影响半径，m，取值：R=21.2m，由观测孔资料确定。r—抽水孔半径，m，取值r=0.065m。经试验及计算得：渗透系数k=1.71m/d。据建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)“均质含水层潜水非完整井涌水量计算”的计算方法，场地地下水呈层流状态，可选用如下公式：（2-8）式中：Q—基坑涌水量，m3/d。k—渗透系数，k=1.71m/d。h—基坑动水位至含水层底面的深度，h=50m。l—滤管有效工作部分的长度，l=3m。H0—潜水含水层厚度，H0=43.5m。R—降水影响半径，R=21.2mr0—沿基坑周边均匀布置井群所围面积等效圆的半径，基坑为矩形，r0=0.28（a+b）=69.02m经计算Q=1833m3/d。2.4降水方案模拟分析通过理论分析和现场抽水试验，对本场地的地下水的分布和渗流特征有了一定的认识，但针对本基坑的降水方案依然存在井点密集、施工难度大的问题，为此采用了数值方法对大范围场地的地下水流场及基坑局部渗流规律进行了分析。2.4.1大范围地下水流场模拟分析本工程采用VisualMODFLOW可视化软件进行基坑降水模拟运算，MODFLOW可以模拟潜水、承压水和隔水层中的稳定流与瞬变流的情况。许多影响因素和水文过程，如河流、溪流、排水沟、水库、作物蒸散量、降雨和灌溉入渗补给等，都可以用MODFLOW来模拟。该软件具有水的质点向前、向后示踪流线模拟、任意区域的水均衡、简化数值模拟数据前处理和后处理，将模拟的复杂性降到最小等特点。（1）计算数学模型地下水流模拟采用分块均质、各向异性、非稳定三维分布参数地下水流数学模型，其数学表达形式如下：（2-9）式中：H（x，y，z，t）表示模拟区任一点（x，y，z）任一时刻t的水头值（m）；Ω表示地下水渗流区域；S1为模型的第一类边界；S2为模型的第二类边界；Kxx，Kyy，Kzz分别表示x，y，z主方向的渗透系数（m/d）。w表示源汇项，包括降水入渗补给、蒸发、井的抽水量的排泄量（d-1）；μs表示贮水率（1/m）；H0（x，y，z）表示初始地下水水头函数（m）；H1（x，y，z）为第一类边界己知地下水水头函数（m）；Q（x，y，z，t）为第二类边界己知单位面积流量或单宽流量函数（m3/d·m2），零流量边界或隔水边界q=0。对于所研究的稳定渗流场，根据变分原理可将上述边值问题的求解等价于泛函的极值问题，可表达如下：（2-10）（2-11）对于各向同性介质（即），且不考虑产水率时，则（2-12）式中是渗流场的整个区域，而为所求的水头函数。渗流流量的计算计算渗流量的方法有很多种，Darcy渗流量计算的等效结点流量法进行的渗流量计算：（2-13）式中：Q为过流断面上的流量；n为过流断面上的结点数；表示对那些位于过流断面一侧的环绕结点i的所有单元求和；m为单元e的结点数；为单元e传导矩阵中的传导系数；为单元e第j个结点的水头。模拟区东～西方向作为模型的x轴方向，长3500m，每50m划分一个网格，南～北方向作为模型y轴方向，长2700m，每50m划分一个网格；项目区周边加密网格为25×25m；垂直于xy平面向上为模型z轴正方向，模拟范围1190～1284m。根据含水介质性质及模型计算需求，垂向上概化为1层。图2.11抽水计算模型（2）模拟相关参数根据区域水文地质资料、本项目地质勘察报告及模型参数经验取值（表2.4），本项目下伏含水层给水度设置为10%。表2.4给水度经验数据《水文地质手册》岩石名称给水度（%）最大最小平均粘土502亚粘土1237粉砂19318细砂281021中砂321526粗砂352027砾砂352025细砾352125中砾261323粗砾261221粘土胶结砂岩322.5裂隙灰岩0.8105.4根据区域水文地质资料及本项目岩土工程勘察，本项目区内年平均降雨量为1129.5mm/a。依据《铁路工程水文地质勘查规程》（TB10049-2004）提供的不同含水介质降雨入渗经验值（表2.5）。本项目区碳酸岩岩溶含水层降雨入渗系数取0.10，降雨补给量Recharge设置为112.95mm。表2.5降雨入渗系数经验数据含水介质λ含水介质λ粉质粘土0.01～0.02较完整岩石0.10～0.15粉土0.02～0.05较破碎岩石0.15～0.18粉砂0.05～0.08破碎岩石0.18～0.20细砂0.08～0.12极破碎岩石0.20～0.25中砂0.12～0.18岩溶微弱发育0.01～0.10粗砂0.18～0.24岩溶弱发育0.10～0.15圆砾（夹砂）0.24～0.30岩溶中等发育0.15～0.20卵石（夹砂）0.30～0.35岩溶强烈发育0.20～0.50完整岩石0.01～0.10（3）结果分析按照前述建立的数值模型、边界条件和计算参数，以非稳定流模型运行30a得到的流场作为初始渗流场，见图2.12。图中的等值线代表地下水位高程，根据模拟结果，受区内地形地貌、地层富水性及水文地质条件等因素控制，在地形较高地区地下水位埋深较大，而在地势较低的大路槽沟位置，地下水位埋深较浅，这与当地水文地质条件及实地调查结果相符。图2.12初始渗流场结果根据本项目地质勘察报告，本项目区地下水水位高程介于1229～1232m。初始数值模拟结果显示本项目区地下水水位高程介于1229.5～1231.8m。模拟渗流场与实际地下水水位基本相同，进一步验证了利用模型计算所得流场作为项目区初始渗流场基本合理。①地勘报告抽水推荐方案模拟为模拟设计推荐的抽水方案，本次于地勘报告建议的抽水井设置位置布设抽水井，以1833m3/d持续抽排地下水，持续基坑施工结束，抽水结果见图2.13。图中数字代表抽水井数目为32个，总计根据模拟结果，采用本项目最初设计的抽水方案持续抽水，项目区地下水水位将降至1219m以下（基坑最低高程位置以下2m），满足本项目施工要求。但是由于所布置的井数目较多，会提高工程造价，造成不必要的浪费，故需要对抽水方案进行优化设计。图2.13地勘报告抽水推荐方案最终流场②初步优化方案本项目在实际基坑降水过程中，为确保施工安全，对地勘推荐的基坑降水布井方案进行了优化：于基坑外围环基坑均匀设置18口抽水井，总抽水量按地勘报告推荐抽水量1833m3/d（单井抽水量设置为80～110m3/d），持续基坑施工结束。以上述布井及抽水方案进行基坑降水模拟，模拟结果见图2.14。根据模拟结果，采用优化后的基坑降水方案，项目区的地下水水位亦可降低至1219m以下（基坑最低位置以下2m），满足本项目施工要求。综上所述，根据数值模拟结果，本项目岩土工程勘察设计的基坑降水方案和项目优化后的基坑降水方案，以满足项目的要求，可满足工程的施工要求。然而，与原计划相比，优化井计划设定的抽水井数量减少，与原计划相比，井位设置得以简化。推荐优化后的布井方案。图2.14井降水渗流场2.4.2基坑局部降水模拟分析基坑外部降水效果采用了SEEP/W模拟分析，通过建立有限元模型，考虑地下水渗流场和基坑止水围护的防护效果，重点对基坑内部流场进行了分析。分别分析了三个典型断面E-E、F-F和G-G，三个断面的围护止水结构及地质条件见图2.15。图2.15典型基坑围护结构断面图计算模型的土体参数选取如下：图2.16土体及结构计算参数土层名称C（kPa）φ（°）重度γ（kN/m3）杂填土1.52719淤泥11.652.6414.55红黏土36.736.116.54强风化泥质白云岩夹泥岩2002722.5中风化泥质白云岩夹泥岩7003924.5旋喷加固体354520.0钻孔灌注桩303520.0旋喷止水帷幕303820.0得到基坑周围三个典型断面的地下水孔隙水压分布如图2.17所示。图2.17典型基坑断面降水后水位线由上述降水结果可知，采用外部降水井点虽然可以将坑外大部分区域地下水降低至预定位置，且通过止水帷幕将地下水控制住在基坑外部，但如E-E断面部位的围护结构底部仍然存在高达40kPa的空隙水压，一旦局部出现破损或者渗漏，地下水大量涌入坑内的同时，还将造成局部土体崩塌，影响围护结构安全性，因此单纯坑外降水并不能满足施工要求。2.5坑内外联合降水技术2.5.1基坑外部降水施工参数确定后，如何确定管井施工工艺是一个关键工序。根据管井井点施工经验，采用钻机钻孔、管井吊装的施工工艺，其中管井选用多孔钢管，内径280毫米，外径300毫米，每节管长0.90米。其施工工艺为：测量放样钻孔清除孔安装回填过滤材料。管井施工是基坑降水的重要组成部分，必须严格按照相关技术规范进行精心施工，确保成功的井网质量和降水。管井井点施工方法如下：1首先测量线路确定井位，采用旋转钻机-300型钻孔;2钻孔底部比管井设计底部深0.5米以上，管底部用捣固块堵住;3使用无砂井管，砾石充满井管和孔壁之间的砾石作为过滤层，粘土在地下0.5米范围内填充夯实。井管顶部应比自然地面高0.5米;4钻井完成后，立即清洗井，清除井壁上的泥浆，恢复含水层的孔隙;⑤洗井结束后，安装井管。滤水管为内径300mm的混凝土滤水管；6泵安装在管井中间。2.5.2基坑内部降水周围采取井点降水后进行基坑围护结构和止水帷幕施工，之后进行基坑开挖和内部结构施工。由于本基坑的淤泥质地层的存在，外部降水井点并不能完全达到预期降水效果，在基坑逐步开挖过程中，许多部位都出现了较为丰富的地下水，一方面严重影响了施工效率；另一方面也对后续筏板基础的地基承载力造成了影响，此外还存在雨季大气降水的可能性，因此坑内降水是必不可少的工程措施。课题组综合分析了基坑内部结构的施工顺序和地下水分布规律，充分利用了内部结构的低高程部位作为内部集水坑，并在地层较高的西南角设置集水廊道，采用局部抽水的方法，共同控制地下水位。沿地下室基坑底四周设置500mm宽的排水沟，并间隔50m左右设置800mm×800mm×1000mm的集水坑，共计12个集水坑，集水坑内设置污水泵（出水口径φ70）将水抽到坑顶。排水沟和集水坑均采用M5水泥砂浆Mu15页岩砖砌筑，20mm厚1：3水泥砂浆抹面。排水沟和集水坑石方采用人工凿除，凿除的石方同剩余石方一起外运出场。集水坑位置具体在实施过程中可以做适当调整，以实际实施的为准。由于在地下室底板施工前出水点多，需要反复移泵，清理疏通临时水沟，根据前期明排降水经验，基坑明排降水时每日按3班，每班至少安排3个工人（技工）对排水系统进行操作和维护（清理疏通临时水沟、移泵）；基础底板施工完成后改为每日按3班，每班至少安排2个工人（技工）对排水系统进行操作和维护。图2.18排水沟及集水坑结构示意图图2.19基坑排水沟及集水坑降水同时还在局部存在较大渗水部位设置了集水桶，通过多级抽水泵将基坑内部积水排至基坑外，具体见下图所示。图2.20局部集水桶由于基底持力层为中风化泥岩，属弱透水层，基础在施工过程会有很小的明水，遇明水垫层施工固难、防水层无法施工，因此必须将明水排除。根