路志南 李莹萍

(1.甘肃省建筑科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730070; 2.苏交科集团股份有限公司甘肃分公司，甘肃 兰州 730070)

基坑开挖时，若地下水位高于基坑坑底，则需提前对该地下水位进行降水措施，以保证坑内水位低于基坑坑底，保证正常的施工干作业[1]。基坑降水计算根据水位及地质条件不同分为潜水完整井、潜水非完整井、承压水完整井、承压水非完整井4种涌水量计算模型，甘肃地区水位基本位于潜水层卵石层中，涉及的计算主要为潜水完整井与潜水非完整井，后者计算依据相关基坑涌水量计算公式所得降水井数量基本能满足实际降水需要，而对于当浅水层厚度较小的基坑降水设计计算中，一般仅仅计算基坑涌水量除以单井流量计算出的降水井数经常不满足设计降深要求，需要综合考虑基坑涌水量后计算基坑内各点的实际降深，通过上述连续试算后最终确定该项目所需降水井个数、间距等以满足实际降水要求。

1 工程概况

甘肃某棚户区改造安置小区项目基坑降水项目，该基坑整体形状为矩形，长约280 m，宽约210 m，开挖深度约6.3 m～9.8 m，开挖基底标高1 862.6 m～1 864.6 m。该基坑南北侧为道路，东西两侧为单层～三层民房区。依据该项目地勘报告从上至下土层分布为：

④层砂质泥岩(N)：棕红色，泥质结构，层中含砂量较大，薄层状构造，泥质胶结。矿物成分主要以黏土矿物(如高岭石、水云母、蒙脱石等)组成，次为碎屑矿物(石英、长石、云母等)。成岩作用较差，所见岩芯呈短柱状或散状，干时坚硬，遇水扰动或暴露地表极易软化或风化崩解，扰动后易破碎，属极软岩，顶部1 m～2 m为强风化，其下为中风化。该层最大勘察层厚为11.1 m(未揭穿)，层面埋深4.7 m～12.0 m，层顶面高程为1 861.65 m～1 866.73 m。

场地地下水类型属孔隙潜水，主要赋存于第四系卵石层中，流向东北，勘察期间水位高程1 863.69 m～1 865.4 m。

根据JGJ 120—2012建筑基坑支护技术规程及主体施工要求，现场水位降至坑底0.5 m，即本次降水后设计水位标高为1 862.6 m-0.5 m=1 862.1 m。场地地下水主要赋存于卵石层与砂岩层中，降水分为大量抽排基坑内卵石层中的地下水和有组织疏排基坑内渗出的地下水。该项目基坑平面图如图1所示。

2 降水设计

该项目现状水位标高为1 863.69 m～1 865.4 m，高于坑底标高1 862.6 m～1 864.6 m，采用基坑周边布置降水管井+坑底设置截排水明沟、降水井进行降水。

2.1 计算参数取值

卵石层渗透系数：K=50 m/d。

含水层厚度：H=1 865.4-1 860.4=5.0 m。

基坑设计水位降深：Sd=1 865.4-(1 862.6-0.5)=3.3 m(降至坑底0.5 m)。

井水位降深：Sw=Sd+r0×1/15=3.3+134.73×1/15=12.282>含水层厚度。

此处取Sw=H=5.0 m。

根据JGJ 120—2012建筑基坑支护技术规程，计算降水影响半径时，Sw不足10.0 m按10.0 m计算，故降水影响半径：

2.2 降水计算

场地地下水类型属孔隙潜水，主要赋存于第四系卵石层中，底部砂岩层为相对隔水层，故采用潜水完整井计算基坑涌水量。

降水管井的单井出水能力q0计算：

按干扰井群计算的第j个降水井的单井流量qj通过求解下列线性方程组计算：

其中，Swk为第k口井的井水位设计降深，m；rkj为第j口井中心至第k口井中心的距离，m；当j=k时，取降水井半径rw；当rkj>R时，取rkj=R，具体关系如图3所示。

该项目11口降水井联立方程组如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

联立以上11元1次方程组可得：

q1=301.87,q2=288.72,q3=295.03，q4=256.39,q5=278.74,q6=275.52，q7=283.27,q8=312.96,q9=252.06，q10=253.17,q11=312.18。

水位降深S0按下式计算：

将各降水井流量q代入计算公式，对基坑中间及周边点位进行降深计算，可得出：采用基坑周边布置降水管井降水形式，基坑内实际降深最浅位置并不在基坑中部，而在基坑周边某两降水井连线之间中点处，如图3所示：基坑内中点实际降深为2.21 m，最小降深出现在基坑西北角，1号降水井与11号降水井中间位置，降深为1.84 m。

由此可见经涌水量计算布置的降水井数量最小降深为1.84 m<3.3 m，无法满足设计降深要求，根据甘肃地区以往卵石层项目降水经验，调整降水井按20.0 m间距布置约47口降水管井如图4所示。

联立方程组：

(12)

(13)

(14)

⋮ ⋮ ⋮

(47)

解得：

q1= 115.82,q2=96.35，q3=87.42,q4=83.05，⋮⋮q44=89.36,q45=104.49，q46=139.74,q47=162.26。

各单井出水量相加可得降水井总出水量：

q总=q1+q2+q3+…+q47=4 469.52 m3/d>Q=2 874.39 m3/d，涌水量满足设计要求。

再验证基坑内各点实际水位降深：

基坑中点水位降深为3.72 m，最小降深位置为西北角46号降水井与47号降水井连线中间，为3.16 m，如图5所示，略小于设计降深3.3 m，可通过局部设置排水明沟、集水井进行降水基本可满足要求。

3 结论与建议

采用基坑周边布置降水管井降水形式，基坑内实际降深最浅位置并不在基坑中部，而在基坑周边某两降水井连线之间中点处，对于潜水含水层厚度较薄的情况下可采用以下降水措施：

1)大量抽排基坑内卵石层中的地下水：采用沿基坑周边布置管井井点降水，通过每个井点降水井内的抽水，使地下水位降至砂岩层面以下一定深度。

对于潜水完整井降水设计计算中，当潜水水位较薄不大于5.0 m时，所需整体降水量不大情况下，单纯通过基坑涌水量与单井出水量计算降水井个数一般间距较大，虽可满足基坑整体涌水量要求，但各点实际降深均无法达到设计要求，需要配合各点实际降深公式进行计算，可结合实际经验多次试算后最终试算出可以满足设计要求的最优降水井个数。

通过两次计算可知基坑周边布置封闭管井降水情况下，基坑内降深最小点不在基坑中点，而在基坑边两降水井中间位置。

2)基坑底部二次排水。

有组织疏排基坑内渗出的地下水：由于管井井点降水存在一定的间距，砂岩层面存在起伏以及砂岩层具有一定的隔水性，基坑周边分布的降水井无法排干净砂岩内及砂岩层面降水井渗出的地下水，为防止渗出的地下水浸泡基坑底板下的地基砂岩，在卵石层底与砂岩层面附近设置泄水孔，疏排地下渗水，然后有组织收集并集中疏排至基坑外。

在基坑下沿和建筑外墙外挖明沟宽0.3 m，沟深0.3 m；在基坑中心部位挖小沟将水引至明沟，坡度为10%或在基坑中心挖集水坑，用排污泵将水排出；基坑四周和周边设置集水坑，深度低于基坑底板-1.0 m。

3)基坑坡顶排水措施。

基坑坡顶上口线外设置一圈排水主管，主管可采用钢管，汇集坑内降水井中水后经沉淀池处理后排入市政排水管网。

根据基坑平面大小及市政雨水口位置设置沉淀池，该项目沉淀池长3 m，宽1.5 m，高1.5 m。沉淀池具体位置根据市政下水口位置确定。

基坑四周支护范围内的地表应加以修整，采用混凝土硬化地面，并设置适宜的坡度和排水排洪措施，避免地表雨水向下浸入基坑周围土体，影响基坑土质力学性质从而影响基坑安全。基坑坡顶应适当加高做成倒坡，便于迳流远离边坡。

4)预防措施。

基坑开挖前提前施工降水管井进行降水，降水井运行一段时间出水稳定后，核对降水井单井出水量是否满足设计要求，降水井单井出水量不满足设计要求时可在基坑中部根据主体集水坑、电梯井等位置增加适当降水井，增加基坑总涌水量以满足设计要求。

降水井降水运行初期，部分土粒会随水泵抽水流出坑外，应量测排水过程中泥沙含量，采取增加过滤网或减小水泵功率、降低抽水速度等措施减小泥沙含量满足相关要求，避免大量泥沙带出导致影响周边环境。