西南某医院富水砂卵石层深基坑降水方案分析

段雪琴

(四川兴蜀工程勘察设计集团有限公司，四川成都 610023)

基坑降水是决定基坑工程成功与否的一个重要环节[1-3]。在富水砂卵石地层上进行的深基坑工程，因其含水层渗透性强、基坑涌水量大等特点，基坑降水问题更加严峻[4]。因此，如何控制好富水砂卵石层地层地下水是确保基坑安全施工的关键因素。现以西南某医院富水砂卵石层深基坑工程实例为背景，采用JGJ120-2012《建筑基坑支护技术规程》的理论公式进行降水分析，并结合降水效果进行优化处理。

1 工程概况

西南某医院基坑工程位于富水砂卵石层地层中，场地地面高程503.8～505.5 m，高差1.7 m，平均高程504.65 m，地形较平缓。基坑东西向长度为51.76～122.79 m，南北向长度为59.60～149.50 m，开挖总面积约为15 051.7 m2，开挖深度为4.1～6.8 m。基坑施工过程中采用排桩、土钉墙支护方式进行支护，基坑降水采用管井降水，如图1所示。

图1 基坑平面

该工程为某院区预留规划二期用地，位于已建一期大楼东侧，主要功能为医院，由门急诊医技住院大楼、综合楼、后勤楼组成。门急诊医技住院大楼、综合楼设有1层地下室，后勤楼无地下室。

2 地层结构

经钻孔揭露，场地内地层为第四系全新统(Q4ml)的人工填土及耕土、第四系全新统冲积层(Q4al+pl)的砂土和卵石土。地层结构由上而下划分为：耕土①-1、杂填土①-2、素填土①-3、细砂②、卵石③(松散卵石③-1、稍密卵石③-2、中密卵石③-3、细砂③-4、密实卵石③-5)，典型地质剖面如图2所示。

图2 场地典型地质剖面

(1)耕土①-1：黄褐色，稍湿，松散，成分以粉土为主，含大量植物根系，厚度变化较小，平均厚度0.67 m，该层属欠固结高压缩性土。

(2)杂填土①-2：杂色，稍湿，松散，成分以粉土为主，含有大量建筑垃圾、生活垃圾等，部分地段含少量卵石。该层场地内分布不均，厚度变化较大，层厚0.5～2.2 m。

(3)素填土①-3：黄灰色、褐灰色，松散、稍湿，成分以粉土为主，含有少量植物根系、卵石等。该层厚度变化大，顶面埋深0.40～1.2 m，厚0.40～1.6 m，平均厚度0.8 m。

(4)细砂②：灰色、黄灰色，松散，稍湿—湿，成分以石英为主，次为少量长石、云母碎片，局部含少量粉土及黏性土团块透镜体，分布极不均，主要分布在卵石层顶部，厚0.40～1.60 m，平均厚度0.8 m。很湿—饱和，骨架颗粒漂石含量约为5%。

(5)卵石③：杂色，松散—密实，卵石含量约为50%、圆砾含量约为25%、砂土含量约为20%。多呈浑圆状、椭球状及少量为扁圆状，漂石粒径一般在21～28 cm，卵石最大粒径为12～20 cm，一般粒径为5～8 cm，分选一般到较好，磨圆度中等-高，细、中砂充填，级配较好，石质中-微风化状，少量为强风化。卵石层顶部及其中局部夹细-中砂、松散卵石层透镜体，卵石层顶面埋深0.40～4.30 m。

根据卵石的成分含量、粒径、排列接触关系充填物性质和含量及120 kg动力触探试验成果，结合回转钻进全取芯孔资料，将其划分为：松散、稍密、中密及密实卵石层4个亚层。

①松散卵石③-1：杂色，湿—饱和，卵石骨架颗粒含量约为50%～55%，卵石成分以花岗岩类为主，次为石英砂岩及少量石英岩。呈浑圆状，椭球状及少量为扁圆状。细、中砂及砾石充填，排列十分混乱，绝大部分不接触，且局部地段夹薄层状细砂。N120锤击数标准值为2.3击/10 cm。

②稍密卵石③-2：杂色，湿—饱水，卵石骨架颗粒含量约55%～60%，卵石成分以花岗岩类为主，次为石英砂岩及少量石英岩。呈浑圆状，椭球状及少量为扁圆状。细、中砂及砾石充填，排列混乱，大部分不接触。N120锤击数标准值为5.3击/10 cm。

③中密卵石③-3：杂色，湿—饱水，卵石骨架颗粒含量约60%～70%，卵石成分以花岗岩类为主，次为石英砂岩及少量石英岩。呈浑圆状，椭球状及少量为扁圆状。细、中砂及砾石充填，呈交错排列，大部分接触。主要以层状及透镜体状分布于卵石层中。N120锤击数标准值为8.4击/10 cm。

④细砂③-4：黄灰色、青灰色，松散，湿—饱水，成分以石英为主，次为少量长石、云母碎片，分布极不均。N120锤击数标准值为1.8击/10 cm。

⑤密实卵石③-5：杂色，湿—饱水，卵石骨架颗粒含量大于70%，卵石成分以花岗岩类为主，次为石英砂岩及少量石英岩。呈浑圆状，椭球状及少量为扁圆状，细、中砂及砾石充填，呈交错排列，连续接触。N120锤击数标准值为13.8击/10 cm。

3 水文地质条件

本场地在成都平原湔江水系之Ⅰ级阶地，地下水类型主要为赋存于第四系冲洪积砂卵石层中的孔隙潜水，主要由地表水、大气降水补给，卵石层透水性良好。

根据勘察报告，勘察期间实测地下水埋深3.5～4.8 m，平均埋深4.3 m，高程为498.804～501.187 m，平均高程500.165 m。由于勘察时段位于枯水期，雨季到来，地下水的水位将有一定上升，地下水年变化幅度为1.50～2.00 m，历年最高地下水位变化约2.50 m，丰水期地下水位约501.7～502.20 m，砂、卵石层渗透系数取28 m/d。根据成都市相关文件，抗浮水位按正负零取504.00 m。

4 基坑降水方案设计

基坑降水方案按照规范JGJ 120-2012《建筑基坑支护技术规程》推荐方法进行设计[5]。

4.1 降水技术要求

(1)降水面积：按15 907 m2计。

(2)要求水位降深：9.55 m(基坑降水至电梯井以下0.5 m)。

(3)按抗浮水位±0.00标高以下1.75 m设计。

(4)水位下降值：7.8 m。

(5)按潜水非完整井计算。

4.2 降水设计

4.2.1 基坑等效半径r0

式中：r0为沿基坑周边均匀布置的降水井群所围面积等效圆的半径m，A为降水井群连线所围面积。计算得：r0≈71m。

4.2.2 降水井深度H

H=HW1+HW2+HW3+HW4+HW5+HW6

式中：HW为降水管井深度m；HW1为基底深度，取HW1=9.05 m；HW2为降水水位距离基坑底的深度，取HW2=0.5 m；HW3为i·r0，i为水力坡度，在降水井分布范围内宜为1/10～1/15；r0为降水井分布范围的等效半径或降水井排间距的1/2；HW4为降水期间的地下水位变幅；HW5为降水井过滤器工作长度，取HW5=1.5 m；HW6为沉砂管长度。

根据查成都市类似的降水工程设计，砂卵石层的水力坡度取i=1/15，HW3=4.7 m，HW4=2.0 m，HW5=1.5 m，HW6=1.0 m。计算得，H=18.75 m，根据成都降水工程经验取H=20 m。

4.2.3 降水影响半径R

式中：R为降水井影响半径m；sw为降水井的水位降深m；当井水位降深小于10 m时，取sw=10 m；k为含水层的渗透系数m/d，取k=28 m/d；H0为含水层厚度m，取H=45.0 m。结合成都地区经验取R=200 m。

4.2.4 基坑涌水总量Q

按潜水非完整井计算涌水量Q(图3)：

图3 潜水非完整井基坑用水量计算模型

式中：Q为基坑降水的总用水量m3/d;h为基坑动水位至含水层面的深度m，取h=37 m;l为滤水管有效工作部分的长度m,取l=10 m。

计算得Q=18 055.69 m3。

4.2.5 降水井井数n

n=λQ/q1

式中：Q为基坑总涌水量m3/d;q1为设计单井出水量m3/d;λ为调整系数，一级安全等级取1.2，二级安全等级取1.1，三级安全等级取1.0。取λ=1.1。

式中：q2为单井出水能力m3/d;rs为过滤器半径m，取d=0.15 m;l为过滤器进水部分长度m，取l=1.5 m。

计算得单井出水能力得，q2=1009.89 m3/d，设计单井出水量取q1=840 m3/d，q1

4.3 降水井结构

基坑采用管井降水，降水井孔径600 mm，内径300 mm，采用钢筋混凝土井管。管井构造上由实管和滤水管组成，管井井口以下9 m为实管，上部3 m采用黏土封井，实心管之后为过滤管，采取了双层滤水处理方式，底部设1.0 m沉砂管。设计过滤器为缠丝过滤器，过滤管上缠绕2层40目密目网，缠丝间距3 mm。填砾规格20～40 mm砾石，填砾厚度大于100 mm。成井时要求井孔应圆整垂直，井管焊接牢固，安装垂直。洗井采用活塞和空压机联合洗井，确保洗井质量，达到正常抽水时含砂率小于1/20 000[6]。

4.4 水泵选型

根据基坑设计要求降水深度和水泵扬程，选择QY型潜水泵，潜水泵功率为5.5 kW，额定流量为40 m3/h，扬程不小于30 m，估算每天的抽水量可以达到960 m3/d，此抽水量已经超过了单一降水井的涌水量，符合施工要求。

5 降水效果及后期优化处理

基坑开挖之前采用提前20天降水，开挖至基础底标高，基坑降水整体效果明显，施工作业单位严格按照设计要求过滤管上缠绕2层密目网，降水井出砂率小于1/20 000，满足设计要求。由于施工期间跨越暴雨季，且2018年在暴雨期的降雨量及降雨时长均超过历史同期，从5月1日起施工区降雨量同比往年超过50%～100%，其中涪江干流出现了超50年一遇的洪水，且启动了近年以来的II级防汛应急响应。丰富的降雨量及长时降雨导致地表水下渗量急剧增大，基坑内、外水位均较高，基坑内的降雨积水无法及时渗透和通过降水井抽排，导致基坑内积水较多不能满足施工要求。后期经现场踏勘和重新计算，决定在原设计降水井系统的基础上将部分降水井潜水泵功率增大到7.5 kW，额定流量为55 m3/h，扬程为30 m。加大潜水泵功率的井号为1#、4#、14#～23#，一共为12口井。增加降水井功率后，降水满足开挖施工要求。降水后没有影响周围已有建筑物和管线，管线未发生断裂、漏水等现场，满足设计的要求。基坑内干燥的环境不仅提高的基础施工的方便性，也便于基坑内的文明施工和安全用电，满足后期结构施工的要求[7]。

6 结论

西南地区地下水丰富，尤其是施工区域，地下水尤其丰富。当施工段跨越雨季，时常出现基坑内排水无法满足施工和设计的要求，增大降水井泵功率是常用的一种方式，或者增加降水井数量。丰富的地下水一方面为人类提供了一种宝贵的资源,另一方面又给工程建设带来了一定的安全隐患。因此，合理的降水设计至关重要，如果降水出现问题，施工基础会出现问题，影响基础的质量，导致上部结构各种不良的后果。希望本文为以后其他类似工程降水累积经验。