拉萨地区邻河基坑管井降水案例分析

杨冬雪， 李志虎

(北京市地质工程勘察院，北京 100048)

管井降水是一种设备简单、排水效率高的降水方法，在地下工程的施工中有广泛的应用。在拉萨邻近河岸的京藏交流中心基坑工程中，通过实际抽水试验验算修正相关水文地质参数，对设计方案进行优化调整，以实际施工效果结合项目特点，合理对施工工艺和管理进行优化，以增强降水方案的科学性，提高降水效率。

1 工程概况及水文地质条件

1.1 工程概况

拉萨邻近河岸的京藏交流中心工程，基坑西侧酒店区域开挖深度为6.202～7.206 m，基坑东侧住宅及公寓区域开挖深度为4.685～7.040 m，场地东南侧邻近拉萨河，最近距离约45.4 m。

1.2 工程地质及水文地质条件

拟建场地位于拉萨河I级阶地，为河流冲(洪)积地貌，地形单一，整体较为平坦，部份场地已平整。拟建场地主要为人工填土、中砂、圆砾及卵石土。

人工填土(Q4ml)，灰色，主要成分为砂土和卵砾石，结构松散，干，卵砾石粒径5～90 mm，占30%～45%，砂含量占20%～30%，为新近回填。

填土下方均为卵石土底层，灰色，稍湿-饱和，松散，主要成分为卵石夹中粗砂，卵石母岩成分为花岗岩、石英砂岩。卵石磨圆度较好，分选性和级配中等，厚度在0.5～6.1 m。

勘察场地的地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水，以径流、排泄、蒸发及渗透等方式进行循环。松散岩类孔隙水主要赋存于第四系冲(洪)积地层中，富水性较好，透水性较强，与拉萨河贯通。勘察期间处于相对平水期，没有到达最高的汛期水位，勘察时地下水位埋深为3.25～4.35 m，地下水位高程为3654.160～3654.210 m。

2 降水方案初步设计

2.1 降水方案确定

基坑开挖受地下水影响，需将孔隙潜水水位降低至基坑槽底以下0.5～1.0 m。本项目基坑面积约为52637 m2，拟采用管井降水方案。根据场地实际条件及土建工程，本次设计按整体降水考虑，降水井布置沿基坑外侧封闭布置。降水井直径0.6 m，井间距为8 m。

2.2 勘察建议设计参数取值

根据场区勘察报告，地下水类型为潜水，且含水层深厚，勘察报告给出渗透系数建议值为120～150 m/d。考虑到本项目邻近河岸的工程特点，地下水位补给较快，基坑涌水量难以准确估计，为确保水量计算准确和降水施工效率，需在正式施工前进行抽水试验，以对水文参数进行修正。

3 抽水试验及降水优化设计

3.1 抽水试验

3.1.1 抽水试验的目的

场地的地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水，主要赋存于第四系冲(洪)积地层中，富水性较好，透水性较强，与拉萨河贯通。由于基坑开挖过程中需揭穿潜水，因此能否成功控制地下水是该工程顺利完成施工的关键。为此，针对该层需进行专门的水文地质试验，需要利用渗透系数K值计算地下水涌水量，从而为基坑降水设计中的井点位置、井数和降水井间距提供基础数据和设计依据。

3.1.2 抽水试验设计

正式施工前，首先进行单井抽水试验，根据试验的目的、设计要求，结合场地的水文地质条件，在深入分析含水层的岩性、厚度、透水性等特性的基础上，抽水试验针对孔隙潜水含水层布置了1眼抽水井和不同距离的2眼观测井。抽水试验设计方案如图1所示。

图1 抽水试验井平面布置图

3.1.3 抽水试验结果

抽水试验共进行了稳定流量的两个落程试验。第一落程延续约9 h，稳定延续时间超过7 h，涌水量76.31 m3/h；第二落程延续约9 h，稳定延续时间超过7 h，受水泵质量限制，涌水量为94.11 m3/h。

抽水试验成果统计如表1所示。

3.1.4 水文参数修正

表1 抽水试验成果统计

根据本次试验实际情况，两次降深均为定流量、稳定降深抽水过程，完全符合稳定流抽水试验原理，可依据裘布衣公式原理进行求参数。

参数计算采用了稳定流非完整井公式，公式选择以《供水水文地质勘察规范》(GB 50027-2001)及《供水水文地质手册》为依据，选用2个观测井时，将相关试验数据代入后进行求参数。

式中：H——井底至初始水位高度，m；Q——主井出水量，m3/d；r1、r2——分别为主井距观测井1、2的距离，m；S1、S2——分别为观测井1、观测井2的水位降深，m；l——过滤器工作段长度，m。

依据现场抽水试验结果，利用上述公式计算出含水层渗透系数，具体计算结果见表2。

表2 水文地质参数计算结果统计

(1)本次试验为潜水含水层，其岩性主要为卵石②1层～②3层，2016年7月勘察期间观测水头标高3654.210 m(埋深3.79 m)，根据抽水试验结果，渗透系数为246.2～261.5 m/d。

(2)经综合分析，本场区潜水含水层渗透系数推荐值K=260 m/d。

3.2 降水优化设计

根据勘察资料及结构资料，场地东南侧邻近拉萨河，本次设计采用“岸边降水”计算模型进行基坑涌水量计算，并分别以潜水非完整井和潜水完整井两种方法计算，对计算结果比对分析[3]。

3.2.1 “岸边降水”潜水非完整井计算

式中：Q——基坑涌水量，m3/d；K——渗透系数，m/d；S——基坑水位降深，m；b——基坑中心到岸边的距离，m；r0——基坑等效半径，m；l——过滤器长度，m。

基坑涌水量计算参数见表3。

表3 基坑涌水量计算参数

3.2.2 “岸边降水”潜水完整井计算

由于地下水含水层巨厚，可将含水层厚度修正后，采用“岸边降水”潜水完整井计算模型，公式如下：

式中：Q——基坑涌水量，m3/d；K——渗透系数，m/d；H——潜水含水层厚度，m；S——基坑水位降深，m；b——基坑中心到岸边的距离，m；r0——基坑等效半径，m；R——降水影响半径，m。

基坑涌水量计算参数见表3。

根据两种水量计算方法所得的基坑涌水量，结合降水井的布置数量，得出降水的泵量分别为10和80 m3/h。根据场区现场的抽水试验结果，结合既有施工经验，以完整井计算所得的较大的水量和泵量为降水设计依据。

4 降水施工重点问题及对应措施

降水施工各步骤需严格按照设计及施工组织要求规范施工，并建立相应的联系制度，以保证降水和基坑开挖的顺利进行。结合本工程项目特点和降水施工过程中遇到的难点，为保证降水工程的圆满完成，也为总结本工程降水实施经验，现将工程中遇到的重点问题及对应措施总结如下。

(1)拉萨雨期降雨时间集中、降水量大，造成拉萨河水位上涨迅速，地下水位抬升较快的情况。实际汛期施工过程中，拉萨河水位上升近1 m，基坑底水位标高回涨。针对此种情况，为确保汛期基坑静水位也在基坑集水坑和电梯井结构底板以下，对降水方案进行如下补充设计。

①对基坑东侧的11眼降水井采取将80 m3/h水泵更换为200 m3/h水泵进行抽水维护，确保汛期基坑静水位在基坑集水坑和电梯井结构底板以下；

②对要进行换泵处理的降水井采取逐个处理的原则；

③对计划要换泵的降水井，将新泵需要的电缆和启动柜安排到现场固定位置，并与一级配电箱相连接妥当；

④现场对要更换水泵的降水井采取停泵措施，并利用现场塔吊和吊车将水泵提出，进行水泵更换，泵管组装，相关操作程序完成后，合闸正常抽水维护。

(2)基坑周围建筑物较多，与基坑的距离相对比较近，部分建筑的基础埋深较浅，实施降水工程，如果相关措施不当，质量控制不到位，可能会造成原有建筑物地基产生不均匀沉降现象，达到一定程度从而会影响建筑物的使用安全。为保证周边建筑物的安全采取如下措施。

①用降水方案时，管井施工优先采用反循环钻机或旋挖钻机，采用旋挖钻机时，应注意根据地层变化控制泵量，防止因泵量过大造成孔壁坍塌；

②做好施工准备和组织工作，应做到钻孔、成井、洗井连续顺畅完成；

③正式抽水前对相应的降水井逐一进行含砂量检测，含砂量超标的应做回填和注浆加固处理，分析原因后移位重新施工井；加强维护期降水管理，控制动水位在设计要求的位置，不应有抽降过大或降深不满足要求的情况发生；

④合理安排抽水工期，尽量减少抽水时间，缩短地层固结沉降时间；

⑤加强对相邻建(构)筑物沉降监测工作，及时向相关单位反馈监测信息，根据沉降监测预警，及时分析原因并采取相应的技术措施。

(3)降水过程中必须保持抽水的连续性，防止因停电、机械故障等事故，导致水位上升发生突涌、基底隆起等基坑事故。本项目工程量大，对电力能力要求较高，基坑所在区域电力供应不稳定，降水工程中经常出现停电等现象，为保证持续抽排水，应对停电现象，采取措施如下。

①在施工现场配置备用电源，共10台350 kW的发电机，并配备充足燃料和应急人员，时刻保证发电机处于优良的状态，保证现场在停电后能顺利执行备用发电机降水的应急预案；

②降水过程中，必须有足够的备用泵，方便在降水过程中调换；

③必须有专门人员做好降水监测管理工作，随时查看地下水位变化情况。

(4)本基坑降水抽水量巨大，降水井排水管线采用明排方案，管线以明铺为主，局部受场地限制需埋入地下时，也可采用暗埋方式处理。排水口初步选择基坑北侧、西侧的市政道路下方的雨水井及东南侧的拉萨河，考虑到市政雨水设施在雨季排水的需要，本工程的主要排水口以拉萨河为主，市政雨水井为辅，共设置两个排入拉萨河的集中排水口。降水过程中注意保护排水系统，应注意以下事项。

①设备和车辆要远离排水管线，防治碾压破坏排水管线；

②排水管线要做防锈处理和冬季保温措施；

③对开挖引起的排水系统的变形破坏，要及时检查修复。

5 降水效果

降水方案设计过程中，选择了抽水试验算得的渗透系数，进行水量优化计算，经与实际施工情况复核，水量计算基本与实际相符，方案优化确保了工程的有效实施。本方案的降水设计合理可靠，满足施工要求。

降水施工过程中，充分考虑了项目的特点和地域特点，将降、排水方案等尽量优化，建立了一套完善的应急保障机制，降低了降水工程风险系数，降水效果良好，保证基坑开挖安全的同时，也避免了对周边建筑的影响和水资源的浪费。

6 结语

(1)本工程属于邻河降水，基坑涌水量较大，水位恢复能力强，且降水施工过程中遇到汛期，降雨量增大，河水水位上涨，都对降水工程增加了难度。由于本方案设计时充分考虑了这些难点，针对性的进行了抽水试验，并对水量计算方法进行比选，最终计算得到的计算参数和涌水量与实际施工相符，降水设计配泵满足施工要求，达到了降水的效果。

(2)本基坑南侧邻近建筑物，降水过程不可避免的会造成地层沉降，施工过程中，采取了一系列措施，保证降水施工顺利进行的同时，尽量减少了降水工程对周边建筑的影响。

(3)结合项目的自身特点和现场条件，在施工过程中，有针对性的提出了对于备用电源储备、排水系统管理保护等施工组织管理方案，使降水施工合理高效地进行，达到了降水目的，满足基坑开挖、地下结构施工的要求。

总之，本工程降水面积大，抽排水量巨大，邻近河岸，地下水补给速度快，经过降水方案的优化设计与依照相关规范进行施工管理，稳定、高效、成功地控制了地下水位，为后续类似工程项目的设计实施提供了宝贵的工程经验。