商业综合体深基坑项目群井抽水试验的应用探讨

尚立梅

（北京中铁大都工程有限公司，北京 100162）

本文结合工程实际情况选取合理的降水方案，进行深基坑降水设计，结合有关降水理论对影响降水效果的降水设计参数进行了定量分析与研究，对于深基坑降水工程的设计及降水维持具有一定的指导意义。

图1 基地总平面图

1 工程概况

某商业综合体项目分为北区住宅和南区商业综合体两部分，总建筑面积约46.0万m2。北区用地面积约15800m2，设置3层地下室，1#～4#住宅±0.00以上高度100.0m以下；南区用地面积约38800m2，设置5层地下室，公寓及写字楼±0.00以上高度约200.0m，框架核心筒结构；裙楼8层，±0.00以上高度约56.0m，拟采用剪力墙结构。

北区基坑面积约为13500m2，周长约为550m；南区基坑面积约为30500m2，周长约为787m。商业综合体项目基地周边环境见图1所示。

北区基坑采用顺作法设计方案，围护结构采用钻孔灌注桩结合止水帷幕，坑内设置两道钢筋混凝土支撑，根据止水帷幕的不同型式有以下3种围护体方案供选择：

围护体方案1：钻孔灌注桩结合38m三轴水泥土搅拌桩悬挂止水帷幕；

围护体方案2：钻孔灌注桩结合TRD工法等厚度水泥土搅拌墙落底式止水帷幕。

围护体方案3：钻孔灌注桩结合28m三轴水泥土搅拌桩止水。

2 工程地质及水文地质概况

2.1 工程地质

（1）杂填土（1-1）：地表有20cm砼地坪，其下为杂填土混少量碎石组成，土质不均。

（2）素填土（1-2）：主要由粘性土混少量石灰渣及砖渣组成，土质不均。

（3）粉质粘土（2）：褐黄色～黄褐色，稍湿，呈可塑～软塑状态，压缩性中偏高，含氧化铁、及少量铁锰质，无摇振反应，干强度高，韧性中等。

（4）粘土（3-1）：黄褐色，稍湿，呈可塑～软塑状态，压缩性中偏高，含氧化铁、及少量铁锰质，局部夹薄层粉土，切面光滑，无摇振反应，干强度高，韧性中等。

（5）粉质粘土夹粉土（3-2）：褐黄～褐灰色，稍湿，呈可塑～软塑状态，夹少量粉土，干强度一般，韧性中等。

（6）粉砂夹粉质粘土（4-1）：灰色，湿，粉质粘土呈软塑状态，粉砂呈稍密状态，中压缩性，含少量云母片及少量有机质。

（7）细砂（4-2）：灰色，饱和，中密状态，中压缩性，含云母片、石英等矿物，局部夹粉质粘土透镜体（呈软～可塑状态）。

（8）细砂（4-3）：灰色，饱和，中密～密实状态，中压缩性，含云母片、石英等矿物，局部夹粉质粘土透镜体（呈软～可塑状态）。

（9）粉质粘土（4a）：灰色，稍湿，呈可塑状态，中压缩性，无摇振反应，干强度高，韧性中等。

（10）中粗砂夹砾卵石（5）：灰色，饱和，中密状态，中压缩性，含云母片、石英矿物，含砾卵石粒径一般为5～30mm，，含量约5～10%左右。

（11）强风化泥岩（6-1）：灰绿色，泥质结构，层状构造，岩石风化呈土状，遇水易软化崩解，含少量中风化碎块。属极破碎岩体，极软岩，岩体基本质量等级为V级。

（12）中风化泥岩（6-2）：灰绿色，泥质结构，层状构造，岩芯呈柱状，属较破碎岩体，极软岩～软岩，岩体基本质量等级为V级。

2.2 水文地质

（1）本场地分布的地下水主要为赋存填土中的上层滞水和埋藏于砂层中的承压水。水位变化幅度为3.0～5.0m。

（2）根据现场抽水试验测得场地承压水位埋深为8.41m，绝对标高为14.29m。

（3）测得部分钻孔上层滞水稳定水位埋深为0.8～1.5m，对应标高为21.21～21.80m。

（4）北区基坑基底位于承压含水层顶面附近，南区基坑开挖已进入承压含水层，基坑开挖过程中需采取承压水的处理措施确保基坑工程的安全。

土层的力学性质综合成果及渗透系数详见表1：

表1 土层物理力学性质综合成果表

3 抽水试验目的

由于基坑工程实施过程中需长时间抽降第④层承压水，为了解该层承压水水位分布及水文地质参数（含水层的渗透系数K、导水系数T及弹性释水系数S等参数）、该层土与相邻土层的水力联系情况、确定施工期间降压井的降水施工参数和为布置降压井提供依据、确定北区基坑止水帷幕的具体实施方案，以及分析与预测降压降水施工过程中对周边环境的影响，基坑工程实施之前应在本工程场地内部针对第④层承压水含水层进行群井抽水试验。

4 抽水试验设计依据［1］

（1）中机三勘岩土工程有限公司提供的《xxx项目岩土工程勘察中间资料》；

（2）本工程建筑总平面图、剖面图；

（3）GB50027-2001《供水水文地质勘察规范》；

（4）GB50296-99《供水管井技术规范》；

（5）JGJ/T111-98《建筑与市政降水工程技术规范》；

（6）CJJ/T 76-1998《城市地下水动态观测规程》；

（7）《基坑降水手册》，中国建筑工业出版社，2006.04；

（8）《基坑工程手册》，中国建筑工业出版社，2009.11。

5 群井抽水试验设计要求

（1）群井抽水试验过程中承压水的水位降深应不小于9.0m，降压时间不少于14d；

（2）群井抽水试验井应设置四口以第④1层和第④2层为降水目标层的降压井，井点平面按正四边形角点方位布置，井点相互之间距离根据场地水文地质条件暂定20m，施工单位可根据其经验进行调整确定，群井试验场地建议设置远离周边房子的区域；

（3）四口试验井中心范围应布置降水目标层之上各层水位观测井，观测井数量应确保能够反映承压水头坡降情况；

（4）在进行群井抽水试验之前应进行单井抽水试验，单井抽水试验应结合试验井外设置的两口观测井，以获得承压含水层的影响半径，以及承压含水层的渗透系数K、导水系数T及弹性释水系数S等参数；

（5）为了解基坑降压降水对周边环境的影响，抽水试验过程中应进行试验区地面的沉降观测，试验区应布置地面沉降观测网点，以反映降压抽水试验期间的地面沉降情况；

（6）试验单位应根据上述要求编制详尽可行的群井抽水试验方案，试验方案须经围护设计单位及相关单位确认后方可实施。

6 抽水试验方案

抽水试验包括单井抽水试验和群井抽水试验，待单井抽水试验和群井抽水试验结束后，再进行回灌试验。

6.1 布井原则

本次抽水试验抽水层位为④1、④2层，4口抽水井（井号J1～J4）均布置在该层，进行群井抽水试验，为获取准确的水文地质参数和研究上部含水层与④层的水力联系，观测井分别布置在③层（井号G1）、④1层（井号G2）、④2层（井号G3、G4～ G5）。

6.2 布井方案

根据试验目的和计算的要求，抽水试验观测井的布置符合以下要求：

（1）抽水井暂按4口布置，孔距约20.0m，呈正四边形布置，孔深为30m和38m，滤水管长度8m。

（2）用于观测③层水位的井深暂定为9m、④1层水位的井深暂定为14m、④2层水位的井深暂定为30m。

（3）观测孔G1～G3均位于正四边形中心地带；观测孔G4、G5布置在群井外侧。

（4）本方案抽水井深度及构造仅供参考，井的具体布置、深度、构造等技术参数可由抽水试验单位根据具体情况适当调整，经相关各方认可后方可实施。

6.3 回灌试验

单井抽水试验以及群井抽水试验结束之后，尚应进行两次针对④2层承压含水层的回灌试验，回灌试验分两个阶段进行：

第一阶段：待单井、群井抽水试验结束之后，承压含水层的水头恢复至初始水头之后，利用J1、J2井进行回灌，回灌期间利用其他降水井和观测井进行水位观测，获取回灌压力、回灌量、回灌期间水位上升情况等数据；

第二阶段：待第一阶段的回灌试验结束之后，启动2口抽水试验井，将群井中部区域承压水头降至设计要求的标高，在维持此承压水头的状态下，采用J1、J2井进行回灌，回灌期间利用其余观测井进行水位的观测，获取回灌压力、回灌量、回灌期间水位上升情况等数据。

7 抽水试验技术要求

7.1 成井工艺

抽水试验成井工艺流程如下：

准备工作→钻机进场→定位安装→开孔→下护口管→钻进→终孔后冲孔换浆→下井管→稀释泥浆→填砂→止水封孔→洗井→下泵试抽→合理安排排水管路及电缆电路→试验→正式抽水→记录。

7.2 稳定水位观测

抽水试验开始前，连续2小时观测抽水井及观测井内的地下水位。如果观测水位变化幅度不大于2.0cm，认为地下水位处于稳定状态。

7.3 抽水量观测

抽水试验的出水量Q，应保持常量，如有变化，其允许波动率应小于3%。

抽水试验的抽水持续时间暂定为14天。抽水持续时间根据现场观测孔水位下降与时间关系曲线（s～lgt曲线）进行调整，且宜符合下列要求：

（1）若曲线出现拐点后平缓段，并能推出最大水位下降值时，即可停止抽水。

（2）若曲线无拐点，呈直线延伸时，其直线段的水平投影在lgt轴的数值不少于两个对数周期。

动水位与出水量应统一指挥、同步观测，观测时间按抽水开始后的第1、2、3、4、6、8、9、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min进行，以后每隔1h观测1次，观测孔的水位应与抽水孔水位同时观测。

7.4 恢复水位观测

停止抽水后，恢复水位观测频率与前述抽水时的观测频率一致，并持续观测到水位稳定为止。地下水位稳定标准为：连续2h内的水位变幅不大于2.0cm。每次抽水试验结束，待水位恢复稳定后方可进行下一组抽水试验。

7.5 观测精度

抽水量观测：采用水表测量抽水量，测读精度为0.1m3。

地下水位观测：在同一组抽水试验中，采用同一种工具和方法测量地下水位变化。抽水井的水位测读精度为0.02m，观测井的水位测读精度为0.01m。停止抽水后水位自然恢复，此时水位观测尤为重要，水位稳定标准为2h内水位变幅不大于2cm。

8 水文地质参数分析方法

抽水试验单位可采用解析法和数值法确定水文地质参数。

解析法适用于单井抽水试验，并可采用下述承压非完整井的井流公式进行分析计算［2］：

式中 s——水位降深，m；

T——导水系数，m2/d；

Ur=r2S/（4Tt）；

S——储水系数；

B——越流因数，m；

r——抽水井至任意点距离，m；

t——抽水时间，d；

M——含水层厚度，m；

Q——井的流量，m3/d；

Kz——垂直渗透系数，m/d；

Kr——水平渗透系数，m/d；

L—— 抽水井过滤器下端至含水层顶板距离，m；

L1—— 观测孔过滤器下端至含水层顶板距离，m；

d—— 抽水井过滤器上端至含水层顶板距离，m；

d1—— 观测孔过滤器上端至含水层顶板距离，m。

9 试验结果

在试验期间，在抽水井最大降深7.47m，观测井最大降深4.22m情况下：

（1）试验区域地面累计沉降量微小，最大累计沉降量为1.5mm。

（2）距离抽水区域近的地面累计沉降量大，反之则小。

（3）深层土体的累计沉降量较小，且较大沉降量集中在③层顶及④1层顶，最大深层土体的累计沉降量为13mm。

（4）道路累计沉降量微小，最大累计沉降量为0.6mm。

（5）房屋沉降监测点的累计沉降量为0mm。

10 结论及建议

（1）承压含水层静止水位：根据现场的水位测量，承压含水层的各层静止水位稳定在16.43m（绝对标高）左右，其分布特征大体是北侧水位略高于南侧。

（2）承压含水层水文地质参数建议取值：由抽水试验的数据计算，承压含水层的水文地质参数建议取值为：渗透系数K=16m/d，导水系数T=437m2/d，弹性释水系数S=3.4×10-3，影响半径R=165m。

（3）承压含水层与相邻土层之间的水力联系：根据各个含水层在抽水试验中的水位变化情况，在承压含水层连续2周大量抽水的情况下，潜水水位变化在20cm左右，可以确定在试验期间，承压含水层与相邻土层之间的水力联系并不密切，相互之间几乎没有发生越流补给。

（4）基坑施工阶段降压建议方案：根据前期勘察资料、抽水试验的成果及大量武汉地区降水减压井的施工经验，该区减压降水井的建议井深35m，其中实管18.5m，滤管13.5m，沉淀管1m。减压降水井成孔建议孔径550mm，下置的实管及滤水管口径250mm，滤料填位在滤管顶面标高以上2m左右，滤料填位以上至井口填粘土球，粘土球直径为20～40mm，反滤料为直径2～3mm的绿豆砂。

（5）止水帷幕埋深的建议值：根据现场监测的地面沉降数据，在连续2周大量抽水情况下，试验期间抽水井最大降深7.47m、观测井最大降深4.22m，对应的地表累计沉降最大值为1.5mm， 道路累计沉降最大值为0.6mm，房屋累计沉降为0 mm。根据经验，结合周边环境条件，这些沉降不会对环境条件产生较大影响，并考虑到以下几个方面的原因：

①基坑开挖深度在14m左右，已进入互层，在开挖过程中必须防止坑壁发生水土流失，故需考虑侧向止水帷幕深度进入坑底一定范围。

②本次抽水试验时间历时有限，而实际基坑降水持续时间不少于3个月，最大降深也会小于本次试验的降深，故最终沉降量应超过本次试验的监测值。

③根据本区域的工程地质条件并结合武汉地区施工经验，常规SMW工法桩的施工工艺只能进入粉细砂层一定深度。

综合以上因素，止水帷幕埋深的建议值为26～28m。

（6）相邻地面沉降的时空特征及降水对环境影响：在抽水试验期间，根据现场监测数据，相邻地面沉降的时空特点为靠近降水中心区域的沉降最大，沉降量随着距离降水中心区域的变大而减小，50m之外即无影响，对周边的环境影响微小。

［1］ 符亚兵，焦志亮，王卓然. 三维渗流和地面沉降模拟方法在某基坑支护设计中的应用［J］. 工程勘察，2016，44（01）：37-43.

［2］ 张英. 滨海新区某基坑降水设计［J］. 山西建筑，2012，38（13）：67-68.