浅谈建筑基坑降水工程的设计

易普男

（辽宁科技工程设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

沈阳恒大绿洲十一期139#-141#楼项目位于南阳湖西二街西侧，云龙湖东二街东侧，汪河路南侧。项目施工过程中，建设项目地下部分采用需基坑支护施工，设计基坑深度为15.0m。在现状条件下，项目所在地的地下水埋深为4.90~10.20m，高于建筑物基础底深度；为避免产生塌方、管涌及坑底突涌，使地下结构顺利施工，必须进行基坑降水，将地下水位降低至基坑最深处以下。

本项目取用水主要为基坑降水。由于建设项目地下3层位于地下水位以下，基坑需采用井点降水的方法，将地下水位降低至基坑底面以下1.0m，以保证地下主体结构顺利施工。根据建设单位提供的降水方案，本工程共布置25 眼降水井（其中2眼降水井备用），降水井安装63m3/h 潜水泵。取水规模：最大取水量34776m3/d，降水时间为2019年5月1日~2020年5月31日（共397d），整个施工期总取水量约1194.93万m3。

该项目退水主要是基坑降水退水。地下水由降水井抽出后汇入场内的主排水管线，再由主排水管线汇入场地东北角的沉砂池，基坑降水抽出地下水通过沉砂池排放到工程场地附近的市政排水管网。地下水取出后全部排放，最大退水量为34776m3/d，设计总退水量为1194.93万m3。排放时间计划为2019年5月1日~2020年5月31日，共计397d。

通过现场调查，在本项目的东侧南阳湖西二街，有一直径为 800mm的雨水管线，是本项目降水排放的唯一出口，该排水管线通过位于南阳湖大街与阳光路交叉处的提水站，最终将雨水排入浑河。降水施工前应进行疏通，确保流速，以满足排水要求。

1 设计依据及设计原则

1.1 法律依据

（1）《中华人民共和国水法》（2016年7月修订）；

（2）《中华人民共和国水污染防治法》（2017年6月修订）；

（3）《建设项目水资源论证管理办法》（2017年12月第二次修正）；

（4）《取水许可和水资源费征收管理条例》（2017年3月修订）；

（5）《辽宁省地下水资源保护条例》（2011年1月修正）；

（6）《辽宁省取水许可和水资源费征收管理实施办法》（2009年7月）。

1.2 技术规程、规范

（1）《建设项目水资源论证导则》（GB/T35580-2017）；

（2）《供水水文地质勘察规范》（GB50027-2001）；

（3）《供水管井设计规范》（GB50296-1999）；

（4）《地下水质量标准》（GB/T14848-93）；

（5）《地表水环境质量标准》（GB/3838-2002）；

（6）《水功能区划分标准》（GB/T50594-2010）；

（7）《供水水文地质手册》1983年版；

（8）《辽宁省污水综合排放标准》（DB21/1627-2008）；

（9）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012)；

（10）《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/111-98）。

1.3 技术文献

（1）《沈阳恒大绿洲139#-142#楼岩土工程勘察报告》（沈阳沈阳建材地质工程勘察院有限公司2018.5）；

（2）《沈阳恒大绿洲十一期139#-141#楼及地下室基坑支护及降水工程深基坑工程安全专项施工方案》（沈阳华昌岩土工程有限公司2018.11）；

（3）《沈阳市水资源》沈阳市水利局，2007；

（4）《沈阳市水资源公报》沈阳市水利局，2017。

2 降水方案设计

2.1 基坑降水采用管井井点降水。

基坑降水主要有集水明排、井点降水、截水等方法。根据《建筑基坑支护技术规程》中“地下水控制”方法适用条件，集水明排、真空井点和喷射井点由于适用于渗透系数较小的地层不适用于本项目；回灌法要求回灌井与降水井的间距不小于6m，本项目四周紧邻马路和建筑物，不满足回灌法要求条件。截水法虽然使用条件较广，但本项目地下隔水层埋深65.1m，且含水层透水性比较好，现有施工工艺无法达到施工要求。仅有管井法井点降水适用条件完全与本项目相符，并且根据沈阳市多年基坑降水经验，管井井点降水效果良好，符合本项目地下水控制要求。

2.2 降水方法的选择

2.2.1 节水技术分析

（1）采取每台水泵独立运行，备用井作为地下水位观测井，每天监测地下水位变化，根据现场土方开挖进度而调整，在地下水位满足基坑内施工要求时，适当减少水泵数量，达到节水的目的。

（2）合理有序地安排施工工期，协调好各部门的配合，加快施工进度，尽早进行基坑回填，即可停止基坑降水。

2.2.2 论证项目建设单位在合理安排工期的前提下，分三个阶段降水。

（1）从基坑开挖、支护开始降水施工工期为45d。基坑均为独立基础，场地整平后标高为37.00m，地下水位27.85m，地下水埋深9.15m。基坑底标高22.00m，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）地下水位降至基坑底面以下1.0m，即本项目地下水位控制深度按6.85m计算。

（2）基坑内地下部分工程施工至基坑回填施工工期为90d。地下水位降至基坑底面以下0.5m，地下水位控制深度按6.35m计算。

（3）主体工程施工在地上10层以下，未达到抗浮要求，地下水位按基底深度控制，控制深度为5.85m，工期为262d。因此，按上述三个阶段计算出的基坑总排水量是合理的。

2.2.3 水文地质条件

勘察期间为平水期，项目建设场地在钻探深度内遇见二层地下水，第一层为孔隙潜水，其初见水位埋深5.6~10.7m，初见水位高程为25.96~28.02m，稳定水位埋深4.9~10.2m，稳定水位高程为27.09~28.61m，含水层为中砂③1、砾砂④、砾砂⑤。第二层为孔隙承压水，其初见水位高程12.47~15.42m，稳定水位高程为27.09~28.61m，含水层为中砂⑦及其以下各层。

其补给形式主要由大气降水及地下径流补给。根据沈阳历年资料统计，地下水年变化幅度约为2.0~3.5m，应考虑地下水位随季节变化所带来的影响。

抗浮设计水位取值31.50m，注意各阶段的抗浮稳定问题；由于第二层孔隙承压水具有较大承压性，最大承压水头将近15m，基坑开挖及施工降水时应进行坑底的抗隆起稳定和抗渗透稳定验算，确保施工安全，必要时应对第二层承压水打井降水减压。

2.2.3.1 含水层水文地质参数计算

为计算单井的出水量，核定本地区的水文地质参数，利用已建成的取水井做抽水试验，相邻的取水井作为观测孔，水泵单井出水量为80m3/h，水位测量使用电测水位计。该井井深38m，井径400mm。项目区地下水位埋深9.15m，取水井属于非完整井，稳定降深2.43m，抽水试验结果见下表。

表1 抽水试验成果表

根据抽水试验结果，采用下列公式进行水文地质参数计算。

K— 渗透系数 (m/d)；

R— 抽水影响半径 (m)；

H— 潜水含水层厚度 (m)；

Q— 出水量 (m³/d)；

S— 抽水孔水位下降值 (m)；

L—过滤器有效长度（m）；

r1、r2— 观测孔至试验孔距离 (m)；

S1、S2—观测孔水位下降值 (m)。

采用数据及计算结果列入下表：

表2 水文地质参数计算成果表

从以上计算结果可见，本地区含水层渗透系数K＝40.88m/d，影响半径R＝258m。与区域水文地质报告基本一致，可以采用。

2.2.3.2 单井出水量设计复核

根据建设单位提供的降水方案，施工降水井25眼（其中2眼备用井）。设计单井最大出水量63m3/h。

依据《供水管井技术规范》（GB50296-99）进行出水量设计复核。

（1）允许井壁进水流速Vj

Vj= K1/2/15 =（40.88÷86400）1/2÷15=0.00145m/s

（2）抽水井设计出水量Q Q≤πDLVj

式中：Q—允许设计出水量（m3/s）；D—开采段井径（m）；

L—过滤器有效长度（m）；

Vj—允许井壁进水流速（m/s）。

Q≤πDLVj=3.14×0.4×20×0.00145=0.0364m3/s =131m3/ h

由此可见，设计单井出水量Qs=63m3/ h＜131m3/ h，满足《供水管井技术规范》出水量的设计复核。

2.2.3.3 基坑涌水量计算

根据论证区地质及水文地质特征，采用均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算。

图1 基坑用水量计算示意图

计算公式如下：

式中：

Q— 基坑总涌水量（m3/s）；

hm—(H+h)/2；

l —过滤器有效长度（m）；

R— 降水影响半径（m）；

r0— 基坑等效半径（m），r0= 0 .2（9a+b）；

S— 基坑水位降深（m）；

计算采用数据及计算结果如下表：

表3 基坑涌水量计算成果表

根据上述计算结果，基坑施工最大日降水量为33838m3/d。实际日最大降水量约为34776m3/d，可满足基坑降水要求。

2.2.4 降水井布置方案

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012），降水井数量n计算公式如下：

n=Q/q

式中：n—降水井数量（眼）；

Q—基坑总涌水量(m3/d)；

q—单井出水能力1512(m3/d)。

经计算，n= 33838/1512=22.4≈23（眼）

基坑降水考虑到l .l的安全系数，增加2眼备用井。实际布置总降水井25眼。另外，考虑到汛期施工遇到强降雨等因素，为保证基坑施工的正常进行，适当增加降水井数量。

2.2.5 降水井运行方案

由于基坑降水井需在基坑开挖前施工，在基坑开挖和基坑内锚索施工时，降水井很可能被破坏，基坑开挖后基坑上部降水井施工作业面不够，因此，必须考虑施工备用井，备用降水井作为地下水位观测井，实时监测地下水位，在满足地下水位控制要求的前提下，减少抽水井数量。防止造成过度降水。在汛期来临时，要做好防汛准备，基坑内要设置明排辅助抽水。

降水运行时，应实时监测地下水位，在满足地下水位控制要求的前提下，减少抽水井数量，防止造成过度降水。根据基坑涌水量和降水井数量计算、基坑内工程施工进度计划、地下水控制要求和场地内地下水实际情况，结合降水工程随着降水时间增加，水量减少的特征，制定降水井运行方案如表4：

表4 施工降水运行方案

2.3 降水井结构

降水井设计井深38m，开孔直径600mm，成井直径40mm，上部4m井壁管采用Φ400水泥管，中部30m过滤器采用Φ400钢筋骨架绑扎竹竿包网过滤器，包网材料全部为80目尼龙网，长度30m；底部4m沉砂管采用Φ400水泥管。孔壁与井壁管间填充原状砂土，孔壁与滤水管间填充3~7mm砾砂。井结构符合《管井技术规范》要求。

3 结语

本文详细论述了沈阳恒大绿洲十一期139#-141#楼项目基坑降水的设计，根据现场实际的施工情况，合力采取取水、排水方式，不影响周边居民生活和生态环境发展。此外，工程基坑降水运行过程中，应对抽、排水系统经常进行日常维护和隐患排查，防止管线漏水等不利因素对基坑安全造成影响。