淮安市区某深基坑水文地质参数的确定与降水方案设计

2016-08-18洪迪思

地下水 2016年4期

关键词：渗透系数含水层水文地质

洪迪思，王　亮

(江苏省水文地质海洋地质勘查院，江苏淮安 223005)

淮安市区某深基坑水文地质参数的确定与降水方案设计

洪迪思，王亮

(江苏省水文地质海洋地质勘查院，江苏淮安 223005)

结合淮安市区某深基坑工程实例，介绍抽水试验井设计、抽水试验情况和试验结果，通过不同的计算方法得出含水层的渗透系数、影响半径等水文地质参数。基于抽水试验的结果，提出了深基坑开挖降水的设计方案，采用管井井点降水法进行深基坑降水，根据基坑降深情况下的影响半径、涌水量等确定降水井的数量。同时分析了降水对周边环境的影响程度。

深基坑降水；水文地质参数；抽水试验；淮安市区

在深基坑工程施工中，在地下水位以下、透水性土层(粉土、砂土)中进行基坑开挖，需基坑降水为基坑开挖创造无水条件，降水形成的坑内外水位差，易引起流砂、管涌、突涌和潜蚀等现象，从而引起边坡失稳影响周边建(构)筑物的安全，通过现场抽水试验能客观实际的获得含水层的水文地质参数，为基坑降水方案的提出提供重要的依据。

以淮安市区某商业楼深基坑为例，通过抽水试验来确定深基坑的水文地质参数，并对基坑降水提出合理的设计。

图1　抽水试验井和观测井平面布置图

1　拟建场地工程地质条件

1.1工程概况

淮安某拟建项目位于江苏省淮安市清河区淮海广场东南角，属淮安市商业中心区，总用地面积43 398.4 m2。由1幢地标塔楼(地上73层)、3幢住宅塔楼(地上48层)和商业裙房(地上6～7层)组成，整个场地下设4层地下室(1和2层为商业、3和4层为停车库)，预估地标塔楼基坑开挖深度25.65 m、1#～3#住宅塔楼基坑开挖深度23.15 m、商业裙房基坑开挖深度21.35 m，基坑面积约39 663 m2，周长约822 m，属于一级深基坑。

1.2工程和水文地质条件

拟建场区位于黄泛冲积平原区，地形平坦。根据地质勘察报告，基坑影响范围内地层结构依次为：②层黏土，层厚0.80～3.80 m；③层粉土，层厚10.50～25.20 m、层顶埋深1.00～8.50 m；③1层淤泥质粉质黏土，层厚0.70～3.00 m、层顶埋深1.60～5.40 m；④1层细砂，层厚0.90～8.50 m；④2层粉质黏土夹粉砂，层厚0.60～3.60 m；⑤1层黏土夹粉砂，层厚9.50～20.60 m；⑤2层细砂，层厚1.10～6.30 m；⑥1层中砂，揭露最大厚度12.00 m；⑥2层黏土，层厚0.70～5.70 m；⑦层黏土，揭露最大厚度98.10 m。

表1　各试验井布置和井深表

拟建场地共有4层地下水，分别为2层潜水和2层承压水，潜水含水层埋深2.63～2.76 m，水位标高11.57～11.58 m,含水层平均厚度19.71 m；承压水含水层埋深分别为7.76～7.88 m和15.80 m，水位标高分别为6.26～6.59 m和-1.51m,含水层平均厚度分别为2.82 m和12.0 m。③层粉土和④1层细砂具潜水性质、⑤2层细砂和⑥1层中砂具承压水性质。

2　水文地质参数确定

2.1抽水试验

由于基坑开挖深度较大且平面尺寸较大、⑤2层呈透镜体分布,因此，抽水试验井选择在透水层较大且分布集中处，共布设2组试验井、10组观测井，试验井布置见图1。抽水井和观测井均按照施工期降水井和观测井的要求布置。

本次共布置两组抽水试验井，分别对研究区各主要含水层进行试验，试验井布置和井深见表1。

2.2抽水试验方法

抽水试验方法采用了稳定流试验方法，同时结合非稳定流法计算要求进行观测，洗井及试验性抽水结束后，及时观测静止水位，抽水试验结束，立即进行了恢复水位观测，恢复水位稳定标准与静止水位观测要求相同。

2.3渗透系数的确定

对③层粉土、④1和⑤2层细砂进行了抽水试验，取得的水文地质参数主要为渗透系数K、影响半径R，利用其抽水试验数据进行渗透系数的计算。

1)承压水渗透系数K

根据承压完整井有两个井的计算公式：

式中：K为渗透系数/(m·d-1)；Q为涌水量/(m3·d-1)；M为含水层厚度/m；S1、S2为观测孔(或主井)降深/m；r1、r2为抽水孔至观测孔之间的距离/m

计算结果见表2、表3。

表2　利用两个观测孔的渗透系数计算数据表

2)承压水影响半径R

根据两个观测井的承压完整井影响半径R计算公式：

式中：S1、S2为观测孔降深/m；r1、r2为抽水孔至观测孔之间的距离/m

计算结果见表4。

表3　利用主井和一个观测孔的渗透系数计算数据表

表4　承压水含水层影响半径计算表

3)潜水渗透系数K

③层粉土与④1层细砂水力联系密切，中间无隔水层，这两层同为潜水。

根据潜水非完整井有两个观测井的公式：

计算渗透系数K的值。

式中：Q为涌水量/(m3·d-1)；S1、S2为观测孔降深/m；r1、r2为观测孔距主孔距离/m

计算结果见表5。

根据潜水非完整井单孔公式：

式中：Q为涌水量/(m3·d-1)；r为抽水井半径/m；M为过滤器长度/m；S为抽水井降深/m

计算结果见表6。

表5　利用两个观测孔的渗透系数计算数据表

4)潜水影响半径R

根据《供水水文地质手册》中影响半径的经验公式：

式中：R为影响半径/m；Sw为抽水井内水位降深/m；H为潜水含水层厚度/m(取拟建场地范围内最大厚度26.6 m)；K为渗透系数/(m·d-1)

代入数据，计算结果见表7。

表6　单孔渗透系数计算数据表

表7　潜水含水层影响半径计算表

选择不同的数学计算方法和公式，所计算的结果存在一定的差异，但总体上讲，满足相关规范要求。剔除其中的异常值，结合地区经验值及场地地质条件各层水文地质参数建议值见表8。

表8　各层水文地质参数建议值

3　基坑降水设计

3.1降水方案设计

本工程基坑开挖深度最大为25.65 m。基坑开挖较深、平面尺寸较大、周边环境极其复杂，且场地含水层厚度大、渗透性能好、地下水较丰富，采用管井井点降水法比较合适。取25.65 m为基底埋深深度时，则基坑内水位应降至26.5 m(即水位降深为23.84 m)。疏干降水时，同时疏干③层、④1层和⑤2层含水层。

1)计算基坑等效半径r0

由于基坑为不规则形，其等效半径可根据下式计算：

式中：A为基坑面积(39 663 m2)

计算结果为：r0=112.39 m

2)计算基坑降水的影响半径R

当基坑降水至设计水位26.5 m时，其深度已进入⑤1层黏土夹砂土层内，考虑到疏干抽水将达到⑤1层底板。含水层(上部粉土、下部细砂)，其综合影响半径(R)可根据经验公式：

计算其影响半径。

式中：R为含水层综合影响半径/m；Sw为抽水孔内的水位降深/m，取Sw=23.84 m；K为含水层渗透系数/(m·d-1)，取含水层渗透系数加权平均值K0=27.81(m·d-1)；H为静止水位到含水层底板的距离/m，取H=39.44 m

代入数据，计算得含水层综合影响半径为R=1 579.08 m

3)基坑涌水量的估算

根据面状基坑潜水完整井公式：

计算基坑涌水量。

式中：Q为基坑涌水量/(m3·d-1)；K为含水层渗透系数/(m·d-1)，取含水层渗透系数加权平均值K0=27.81 m/d；H为静止水位至含水层底板的距离/m，取H=39.44 m；S为基坑设计水位降深值/m，取S=26.5 m；R为影响半径/m，取R=1 579.08 m；r0为基坑等效半径/m，取r0=112.39 m

计算结果为：Q=45 933 m3/d。

4)降水井的布设

基坑降水时，各降水井相互干扰。因此，管井(单井)的出水量计算公式在此不适用。根据场地的地质条件、降水井成井质量、施工过程中的破坏及出水质量等因素综合确定单井的出水量约400 m3/d。

式中：Q为基坑总涌水量(m3·d-1)；q为管井单井涌水量(m3·d-1)

计算得：

降水井数量n≈127(口)

即拟建基坑内平均布设降水井127口左右(井深42 m、井径300 mm)。

3.2降水对周边环境的影响及降水效果

基础验槽时，通过开挖段现场实测，地下水位均能降至坑底以下1.5～2.0 m，通过对周边建(构)筑物、管道和道路等巡视监测，未发现明显沉陷、裂缝等现象，证实抽水试验数据准确、可靠，降水方案可行、合理，符合设计和施工要求；为预防挖掘部位地下水的降低，导致其周围地区地下水位随之下降，使土层中因失去水而产生压密，设置一定数量回灌井点，在井点降水的同时,将抽出的地下水通过回灌井点持续地再灌入地基土层内,使降水井点的影响半径不超过回灌井点的范围，防止不利情况的发生。