阎良地区大面积深基坑降水方案选择及参数确定

2014-03-15侯龙君王一兵

地下水 2014年3期

侯龙君，王一兵，陈俊，何云

(西北有色勘测工程公司，陕西西安710054)

1 工程概况

该工程位于西安市阎良区，拟建工程占地约85 000 m2，包括商业综合楼、SOHO公寓楼、商务综合楼和五星级酒店及地下车库等。其中基坑开挖范围为南北方向总长约440 m，东西宽约186 m，基坑开挖深度约为11 m。目前，该基坑为阎良区内开挖面积最大的深基坑。

2 工程地质条件

2.1 地层岩性

根据勘察资料，场地地貌单元属渭河北岸一级阶地，勘探深度内地层自上而下依次为表土、第四系全新统黄土状土和上更新统粉质粘土夹粉细砂，细分为7层，基坑范围内可见土层主要包括以下几层:

2.2 地下水

根据勘察期间钻孔揭露可知，场区内地下潜水位埋深9.0～12.0 m 之间，标高188.22～189.82 m，勘察期间属平水期水位，地下水位年变幅1～2 m左右，地下水类型属孔隙潜水。

区内地下水主要接受大气降水补给，少部分来则侧向径流补给，地下水的径流方向与地形总体坡度一致，主要流向西南;潜水排泄方式主要为径流排泄、人工开采等。

表1 地层主要物理力学性质指标

2.3 岩土主要物理性质指标

根据设计院总平图及任务书的说明，结合地质勘察成果，本项目中涉及到的岩土体主要物理力学性质指标见表1。

3 基坑设计方案

基坑为一矩形，长440 m，宽186 m，基坑范围巨大，基坑深11 m。岩土体主要为黄土状土。

3.1 基坑支护设计

根据基坑开挖深度、场地地层结构、周围环境情况以及支护的成本，选择土钉墙支护方案。按照1级安全等级，临时性支护设计。土钉采用人工洛阳铲成孔，成孔直径110 mm，下倾角10～15°，土钉间距1.5 m，梅花形布设，土钉杆件上焊对中支架，下入孔后注水泥浆，注浆方式为重力式注浆，挂250×250 mm钢筋网片固定于坑壁，用加强钢筋连接并压紧，最后进行喷射砼面层。在地下水位以下或含水丰富区，视实际情况设立排水管。边坡采用台阶式放坡，放坡的坡比仍为1∶0.3，在－5.0 m处设置一平台，台阶宽度2.0 m，然后再继续按照1∶0.3坡比下挖至坑底。

3.2 基坑降水设计

3.2.1 方法分析选择

基坑降水已经是一个复杂的工程技术问题，不仅仅是要考虑疏干基坑内的涌水量，还要考虑到经济问题、安全问题和环境地质问题。

在工程实践中有许多方法来控制地下水，基坑降水方法主要有:明沟加集水井降水、轻型井点降水、喷射井点降水、电渗井点降水、深井井点降水等等。各种降水方法有其特点和适用情况。

对于本工程而言，基坑范围巨大，属深大基坑，基坑岩土体富水性较好，且根据勘察资料，基坑北部有一道水渠，宽约4 m，深约2 m，主要用于排放周边居民的生活污水。因此，本工程的基坑降水工程是一难点，降水工程直接关系到整个基坑工程的成败。根据前期勘察提供的参数，经过抽水试验检验，并结合当地经验参数，综合取含水层渗透系数K=5 m/d，影响半径R=50 m作为本次降水的设计参数。

本项目基坑降水面积巨大440 m×186 m，根据设计院要求基坑基底标高－11.1 m，基坑水位要求控制在－13.5 m以下，经实地测量，地下水位基本保持在－9.2 m，降水深度约为4.5 m。由于场地渗水面积大，黄土层渗水系数大，水源补给充沛，施工工期紧等要求，考虑深井井点降水排水量大，降水深，井距大，对平面布置干扰小，不受土层限制，井点制作、降水设备及操作工艺、维护均较简单，施工速度快等诸多优点，因此，最终采用深井井点降水，因基坑跨度较大，在基坑中部设置疏干井，以期达到降水施工的目的。降水井点围绕基坑布设。

3.2.2 降水计算

(1)基坑涌水量

式中:Q总为基坑总排水量;K为含水层渗透系数;H0为含水层厚度;SW为设计基坑水位降深;R0为引用影响半径(R0=R+r0);R为影响半径;r0为引用半径。(按矩形井群布置公式计算求得)

求得Q总=5 508 m3/d

(2)设计单井出水量

采用理论计算为辅，实际成井为主的方法。单井出水量按最大出水能力计算:

式中:r为过滤器半径;l为过滤器长度;

当r=0.2 m时，q=336 m3/d，而实际成井时，单井出水量一般都小于150 m3/d，故确定单井出水量100 m3/d考虑。

(3)降水井点数

通过计算及场地实际情况，共布设降水井60眼。

(4)井点间距

式中:a为井点布设间距;L为基坑长度;n为布设井点数。

沿基坑开挖边缘线外推1～2 m布井，计算井间距为19.5 m，原则上按20 m井距布设，由于基坑面积大，周边封闭降水后，坑内大面积的储存量在短时间内不易疏干，为了加快降水，保证工期，在基坑内另外布设了疏干井18眼，分为3排，间距按40～60 m布设。(井位布置见图1)

图1 井位布置图

(5)管井结构及成井工艺

水井采用完整井，一径到底，用锅锥钻机成孔，井深22 m，成井孔径≥0.6 m，井管直径为0.4 m，滤料为砾径3～5 mm砾石，完井后进行洗井，要求达到基本水清为止。

(6)降水运行监测及调整

降水期间，现场技术人员全程对降水过程进行监控，每天分早晚两次监测水位变化，并对资料进行收集整理，根据水动态曲线及总涌水量的变化，对降水井水泵工作时间进行了优化调整，在保证最大限度的满足施工降水的前提下，节省了投资成本，达到了降水安全、合理、经济的目的。

(7)降水效果验证

由于基坑面积巨大，降水初期漏斗还未扩展开，各井互相影响较小，Q总较大，基本维持在6 500～5 500 m3/d，但随着时间的推移，以及后期疏干井施工投入使用，单井降落漏斗扩展，基坑内补给量减少，以至衰竭，水量减小，维持在5 000 m3/d左右，并渐渐趋于稳定，通过对各疏干孔水位的观测，坑内水位均达到设计标准。故设计采用的水文地质参数和计算方法是适宜的。(见图2)

图2 管井结构示意图

图3 基坑水位变化曲线

(8)降水优化

本次基坑降水过程中，前期基坑涌水量较大，需要所有井点同时工作才能满足降水要求，但到了后期，疏干井投入工作后，基坑内的涌水量减小，趋于平稳，我们根据水位及水量观测结果，对降水井工作时间进行了优化，即关闭了一部分降水井(10口)，通过观测，水位及水量并没有明显的变化，可以判定布设50口降水井即可满足设计要求。