复杂地层中基坑降水方案设计及优化研究

朱东东 杜明芳

河南工业大学（450000）

0 引言

在基坑工程施工过程中，基坑降水是一项必不可少的施工项目。学者们对基坑降水也进行了诸多研究，并取得了相应成果。黄文亮[1]结合武汉地铁范湖站基坑工程实例，对武汉地铁范湖站深基坑降水技术进行了研究。 黄震[2]等对地下工程施工降水的方法进行了比较全面的总结。各种土质条件下的基坑降水方法也各不相同，文章将结合洛阳市轨道交通1 号线02 标段周王城广场站基坑工程实例，对该车站基坑降水施工技术进行探讨研究。

1 工程概况

周王城广场站位于人民西路和人民东路之间，车站沿中州中路敷设。 本站为地下三层岛式车站，车站主体结构采用双柱三跨钢筋混凝土箱型框架结构，站台宽度13 m。 本工程地质条件地面以下依次为：杂填土、素填土、黄土状粉质黏土、黄土状粉土、粉质黏土、粉土、细砂、卵石。地下水类型为孔隙潜水，含水层为卵石层及砂层。 补给方式有大气降水入渗、洛河和涧河侧渗、水渠渗漏、灌溉回渗等方式，主要排泄方式为开采排泄、蒸发排泄、侧向径流排泄。

2 降水设计方案

2.1 基坑总涌水量计算

由于围护结构未隔断基坑内、外潜水含水层的水利联系，因此本工程采用大井法计算其基坑涌水量。 根据规范 《建筑基坑支护技术规程JGJ 120—2012》，群井按大井简化时，均质含水层潜水非完整井的基坑总涌水量可按下式计算。

式中：Q——基坑侧向径 流 补 给 量（m3/d）；K——渗透系数（m/d），80 m/d；h——基坑动水位到含水层底面的深度（m），21m；l——有效滤管的长度（m），6 m；R——影响半径（m），引用影响半径（m），r0=0.29(a+b)

经计算，当周王城广场站基坑水位降深达到6.51 m 时，基坑总涌水量为23 219.27 m3。

2.2 降水井数量计算

降水井单井出水能力：

l——有效过滤器长度，6 m；r——井半径，0.162 5 m；K——渗透系数，80 m/d。

计算所得单井出水量是最大单井出水量，根据实际，单井出水量取791.9 m3/d。

经计算，周王城广场站共需要布置降水井33口。

2.3 降水井优化设计

由于本次计算采用的水位降深为基坑最大降深6.51 m。而基坑降水时，标准段水位降深仅为3.32 m，因此实际上整个基坑降水不需要布置33 口降压井。 为了提高经济效益、节约成本，同时提高方案的科学合理性，我们在此借助于渗流模拟软件，采用了三维渗流数值法进行计算，对降水井进行优化设计，为降水设计与施工提供理论依据。

为了便于渗流软件计算，对基坑及水文地质条件进行概化：模型的上界取地面标高+148.8 m，底界为③9-4 层卵石层底板，标高取+100.7m ；为了克服边界的不确定性给计算结果来来随意性，取基坑端头各边均向外延伸500 m 的范围作为本次模拟计算区域，共计1 126 m×1 027 m，四周均按定水头边界处理，初始水位标高+127.57 m。 水平方向本着由基坑向外逐渐变疏的原则进行剖分，根据土层性质，垂直方向上将地层看作均质潜水含水层。 计算结果如图1 所示。

图1 基坑降水水位标高等值线图和基坑降水水位降深等值线图（m）

因此经过三维数值模拟优化计算，周王城广场站共需要布置降水井28 口，其中左端头布置降水井7 口（2 口布置在坑内，5 口布置在坑外）；标准段布置降水井10 口（均布置在坑外）；右端头布置降水井 11 口（4 口布置在坑内，7 口布置在坑外）。 详见降水井平面布置图。

3 结语

基坑降水方案要因地制宜，本工程含水层为卵石层，地质情况复杂，所采取降水方案切实可行，以期为类似工程提供参考。