深基坑开挖管井降水设计

张 星 甘 乐

（中交二航局第一工程有限公司）

0 引言

在水文地质条件复杂的地区进行基坑开挖，不仅要考虑支护措施的可靠性与经济性，还必须保证良好的降水效果。基坑降水的主要作用包括: 降低水位保障基坑稳定和施工的顺利进行; 增强边坡的稳定性，防止边坡的局部流失或失稳; 防止地基产生管涌、流砂或隆起等; 改善基坑土质的受力特性。降水设计不当或不够重视，轻则延缓工期、增大工程造价，重则危及周边建筑设施和人民生命财产的安全，造成难以预测的损失。

1 工程概况

1.1 工程概述

埃及苏赫纳第二集装箱码头位于苏伊士运河南入口约40km ，在开罗东南方向 140km。本项目建设内容主要包括疏浚、回填（地基处理）、码头结构、护岸、码头办公室、变电所及道堆和其他水电等配套设施。基坑底部长1350m，宽350m，开挖深度约21m。

图 1项目示意图

1.2 工程地质

现场地质大体分为3层：

（1）①粉细砂层或砂夹泥层，为松散地层；

（2）②1为较密实的粉细砂层，中间偶尔会遇到1-2m的黏土层；

（3）②2以及③为较为密实的砂卵石层，下层土层部分标惯值达50以上。 地质剖面图如下图所示。

1.3 水文地质

⑴ 地下水类型

港池区域地下水由相对隔水的不同层厚的粉质粘土或粘土分为两个含水层，上部粉细砂层、砾砂层中的孔隙潜水及下部卵石层中的孔隙水（弱承压）。水位标高约为1.84m，本地区潜水水位受红海潮汐影响，变化幅度约为1.0m。

⑵ 地下水补给、径流、排泄条件

地下水的补给主要受红海潮汐影响。高潮位时海水补给地下水，反之地下水排泄至红海。蒸发是地下水的主要排泄途径。

⑶ 地层渗透性

根据抽水试验报告，地层渗透系数及透水性综合取值见表1所示。

图 2 地质剖面图

表1 主要地层岩性表

2 降水设计概况

2.1 降水方案选择

本工程降水面积大，降深较大，临海近，补给水源充足，降水难度大。考虑到邻水侧为主要补给来源，在此侧布置多排降水井截流。上部渗透系数小下部大，为减少排水量，尽量减小降水井深度。主要沿港池四周布置降水井。计算模型按照潜水非完整井。

2.2 降水井数计算

在不影响施工的情况，本着节能，高效的要求，将降水分为3个阶段：

表2 降水系统模拟

总涌水量计算采用模型计算确定，经模拟计算，整个港池满足降深要求需约240口降水井，单井泵水量1920m3/d。则总涌水量Q=240×1920m3/d=460800m3/d。

2.3 降水井深度及布置

根据场地实际地质条件及相关经验公式，降水井的深度按下式确定（根据《工程地质手册第四版》地下水控制章节经验公式）：

Hw---降水井深度（m）；

Hw1--基坑开开挖深度或上覆隔水层厚度（m），取20.50m；

Hw2--降水水位距离基坑底要求的深度（m），取1.0m；

Hw3--其值=ir0，i为水力坡度，在降水井分布范围内取1/10～1/12; r0为降水井分布范围内的等效半径或降水井排间距的1/2(m);

Hw4--降水期间地下水变幅（m）；

Hw5--降水井工作过滤器长度（m）；

Hw6--沉砂管长度（m）。

其中：Hw3=ir0 i取1/10；r0取井排间距20m；则Hw3=（20～40）×1/2×1/10=1.0～2.0m；

Hw4-已考虑最高水位，此处不考虑，取0m；

Hw6--沉砂管长度，取3m；

Hw5-降水井工作过滤器长度：

按q=24×l’d/α’ (2)

则：l’=qα’/24d (3)

其中：l’——过滤器工作段长度（m）；

q——单井出水量（取2400m3/d）；

d——过滤器外径（取300mm）；

α’——经验系数，渗透系数为10～30m/d 时取50；

则所要求的l’ 值分别为：

q=2400m3/d时：l’=16.7m；

则降水井深度分别为：

Hw=Hw1+Hw2+Hw3+Hw4+Hw5+Hw6

Hw=20.50+1+2+0+16.7+3=43.20m

施工场地划分为四个开挖区域，依次为M1、M2、M3和M4，开挖区域及场地降水井平面布置图如下图3所示。

在靠近海洋线附近布置了4排降水井，一排之内降水井之间的间距为20m。从海洋线往内陆方向，排与排之间降水井的间距依次为20m，40m，以及26m。

在M1与M2之间布置了5排降水井，一排之内降水井之间的间距为20m，从海洋线往内陆方向，排与排之间降水井的间距依次为23m，24m，24m以及25m。

在港池的内陆端布置了两排降水井，一排之内降水井之间的间距为20m，排与排之间降水井的间距依次为29m。

图3 降水井平面布置图

3 现场验证及存在的问题

3.1 水位与运行井数

表3 现场实际工况

3.2 渗透系数反演

3.2.1 经验公式计算反演

以M1为分析对象，根据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》JGJ111-2016附录B，反演渗透系数。

总的涌水量 为134400m3/d；实际降深s为9.65m；潜水含水层厚度 为60m；基坑动水位至含水层底板的距离50.35m；平均动水位55.2m；滤管有效工作部分长度20m；降水影响半径 按500m考虑。基坑等效半径按236m考虑。反演所得渗透系数为 48m/d。

3.2.2 MODFLOW软件计算反演

按实际抽水情况进行降水井布置，反演所得渗透系数为38m/d。

3.3 遇到的问题

现场在M1区域-9m左右存在硬层，降水井深45m，硬层下的水位容易抽出，硬层上方从海侧渗流进来的水无法快速排除，影响开挖进度。为此在海侧围堰布置疏干井，在-9m区域开挖坑进行明排水。根据地勘报告，显示M1区域有硬层，且-17m处有淤泥层。本项目降水设计在M1靠海侧所有的井都是深井，在后期降水的时候，M1东南侧角的两口井由于淤泥层过厚变成废井，在迎海侧南北两侧布置一定的疏干井防止渗流很有必要。

现场进行开挖，边挖修理时，发现南边的降水井处于边坡的中心位置。对降水系统维护和边坡修理有较大的影响。本项目排水系统在后期开挖时，由于设备操作失误，导致排水管道受损，在修理过程中需要关闭M2-M4全部降水井（M1降水系统单独排水），应安装一定数量的阀门。

本项目降水井部分采用的是铁质管，在后期无法拔出。对于项目规范有要求管道必须拔出的，建议采用其他材料管道。

4 结论与建议

1) 地下水在深基坑开挖支护工程中有着举足轻重的影响，降水设计的成败对基坑和周边环境安全非常关键，应该得到充分重视。

2) 深基坑降水方案应结合实际的工程地质条件来选取，可以采用几种方法联合使用，但在施工过程中降水方案应该不断完善，以达到更好的降水效果。

3)本着科学合理、节约资源、满足基坑施工要求即可的原则，降水井分开挖区域阶段进行抽水。

4）在计算渗流系数时，应根据地勘实验确定取值。取值差距会影响井数的数量。