某建筑場地基坑降水措施研究

陳義民

摘 要：基坑面積約為16 600 m2，基坑開挖相對標高為-18.00 m，開展本次降水的目的是降低承壓含水層的承壓水水頭，將其控制在安全適當的水頭高度，防止基坑底發生突涌。文章首先分析了場地的工程地質條件和水文地質條件，進行了降水井布設，并分析了該工程的難點與對策。

關鍵詞：建筑場地；基坑；降水措施

中圖分類號：TU463 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）23-0163-02

1 工程概況

基坑面積約為16 600 m2，基坑開挖相對標高為-18.00 m，局部開挖相對標高為-18.50 m、-19.00 m和-20.10 m，電梯井相對標高為-21.00 m。開挖深度為17.30 m，局部開挖深度為17.80 m、18.30 m和19.40 m，主樓電梯井深度為22.40 m。采用地下連續墻為圍護結構，圍護結構底埋深為33.00 m和34.50 m。

2 工程地質概況

據巖土工程勘察報告，場地基坑范圍內主要地層及特征如下：

人工填土（Q4ml）層：素填土（地層代號①）：褐紅色，由花崗巖風化土、礫砂等組成，稍濕，稍壓實。層厚0.50～4.0 m，平均1.96 m。雜填土（地層代號①1）：黑灰色，由花崗巖風化土、礫砂、建筑塊碎石及生活垃圾組成，稍濕，稍壓實。層厚0.40～5.20 m，平均1.88 m。

第四系坡積（Q4dl）層：粉質粘土（地層代號②）：磚紅色雜土黃色，混少量石英質礫砂顆粒，切面粗糙，稍濕-很濕，可塑狀態。局部含有大量的石英礫砂顆粒。厚度1.30～7.55 m，平均3.76 m。

第四系沖積（Q4al）層：礫砂（地層代號③）：土黃色，灰白色，成分主要為石英，次棱角狀，分選性一般，飽和，稍密，局部中密。厚度0.50～12.50 m，平均4.22 m。淤泥質粘土（地層代號③1）：灰黑色，為沖溝淤積物，有腐臭味，含大量石英顆粒，飽和，流塑。厚度1.25～4.70 m，平均2.83 m。淤泥質砂土（地層代號③2）：灰黑色，為沖溝淤積物，由淤泥和石英砂組成，見有生活垃圾，飽和，松散。厚度0.40～3.90 m，平均2.20 m。粉質粘土（地層代號④）：土黃、灰白雜灰色，切面較粗糙，含有石英砂，局部為粗砂夾層。飽和，可塑。厚度0.50～7.20 m，平均2.22 m。

第四系殘積（Q4el）層：礫質粘性土（地層代號⑥），局部有砂質粘性土以及有輝綠巖、輝長巖風化形成的粘性土。為棕黃色雜灰白色，原巖結構已破壞，很濕-飽和，硬塑狀態，局部可塑。厚度0.75～25.90 m，平均7.59 m。

燕山期侵入花崗巖（γy）層：全風化層（地層代號⑦）：褐黃色雜灰白色，長石風化成粉狀，云母風化成片狀，巖芯土柱狀，原巖結構尚可辨認。很濕，堅硬。厚度0.50～22.90 m，平均6.89 m。強風化層（地層代號⑧）：黃褐色，棕黃色雜灰白色，長石殘晶呈角礫狀，易碎；暗色礦物風化成粉狀、土狀；巖芯半巖半土狀，原巖結構清晰。揭露厚度0.50～38.2 m，平均13.10 m。中風化層（地層代號⑨）：黃褐、灰白色，中粗粒結構、塊狀構造，錘擊聲較脆，巖芯呈碎塊狀、短柱狀及長柱狀。揭露厚度0.40～6.0 m，平均揭露厚度1.57 m。微風化層（地層代號⑩）：灰白色，中粗粒結構、塊狀構造，巖質新鮮，錘擊聲脆，巖芯呈長柱狀。揭露厚度0.60～9.80 m，平均揭露厚度2.01 m。該層主要在殘丘區及其周邊鉆孔有揭露。

3 水文地質條件

場地含水層主要為沖積礫砂層（地層代號③），礫砂層滲透性強，賦水性好，所含地下水為孔隙潛水，其上為填土覆蓋，隔水底板為花崗巖風化殘積土。風化花崗巖裂隙發育，期間賦存網格狀裂隙水。粉質粘土、礫質粘性土和全風化花崗巖透水性較差，均為弱透水層，為相對隔水層。場地地下水主要接受大氣降水及周邊含水層的越流補給。場地地下水位深度為0.00～6.00 m，相當于絕對標高為2.71～7.26 m之間。

本場地地下水對混凝土無腐蝕性。長期浸水時，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋無腐蝕性；干濕交替時，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋無腐蝕性。對鋼結構有弱腐蝕性。

4 基坑支護

根據本場地地質條件、開挖深度、周邊環境，結合基坑安全、經濟、施工效率等諸因素綜合考慮，本基坑采用護坡樁+預應力錨索+高壓旋噴止水樁、雙排樁+高壓旋噴止水樁支護形式，具體如下：A區：東側、西側、北側東段支護樁采用φ1 000@1 600，樁端嵌入基坑底8.5～9.2 m，設4道預應力錨索，錨索長25 m，成孔直徑為150 mm，索體采用5（4）φ15.2鋼絞線；樁間止水帷幕采用1φ1 200三重管旋噴樁，樁端進入基坑底以下2.0～2.7 m。北側西段第一排支護樁采用φ1 000@1 600，樁端嵌入基坑底8.5 m；設2道預應力錨索，錨索長25 m，成孔直徑為150 mm，索體采用5φ15.2鋼絞線；第二排支護樁采用φ1 000@1 600，樁端嵌入基坑底6.0 m；雙排樁排距為9.9 m；第一排支護樁間止水帷幕采用1φ1 200三重管旋噴樁，樁端進入基坑底以下2.7 m；第二排支護樁間止水帷幕采用1φ1 200三重管旋噴樁，樁端進入基坑底以下6.0 m。B區：東側、南側、西側第一排支護樁采用φ1 200@1 600，樁端嵌入基坑底12.0 m；第二排支護樁采用φ1 000@2 000，樁端嵌入基坑底12.0 m；雙排樁排距為4.9 m，采用1 000×800連梁@3 200連接；第一排支護樁間止水帷幕采用1φ1 200三重管旋噴樁，樁端進入基坑底以下2.0 m。C區：垂直放坡，坡面掛14#@50×50鐵絲網噴砼支護；鳳翔路與酒店區坑底交界處：按45？觷放坡，坡面掛14#@50×50鐵絲網噴砼支護。樁頂以上坡面及樁間土采用掛14#@50×50鐵絲網噴砼保護，噴C20砼厚75 mm。

5 基坑底板穩定性分析

基坑突涌安全性分析。

①開挖深度為17.30 m。

承壓水上覆土壓力：

hs·γs=（23.95-17.30）×20.0=133 kN。

承壓水水頭壓力：

hw·γw=（23.95-4.00）×10.0=199.5 kN。

安全系數F=133/199.5=0.67。

安全系數不滿足1.1，需要降低⑨層承壓水含水層。

要使安全系數滿足1.1，根據上式計算出hw<12.09 m

即承壓水頭埋深應控制在23.95-12.09=11.86 m以下。

17.3 m不滿足，更深肯定不滿足。

②開挖深度為17.80 m。

承壓水上覆土壓力：

hs·γs=（23.95-17.80）×20.0=123 kN。

承壓水水頭壓力：

hw·γw=（23.95-4.00）×10.0=199.5 kN。

安全系數F=123/199.5=0.62。

安全系數不滿足1.1，需要降低⑨層承壓水含水層。

要使安全系數滿足1.1，根據上式計算出hw<11.18 m

即承壓水頭埋深應控制在23.95-11.18=12.77 m以下。

③開挖深度為18.30 m。

承壓水上覆土壓力：

hs·γs=（23.95-18.30）×20.0=113 kN。

承壓水水頭壓力：

hw·γw=（23.95-4.00）×10.0=199.5 kN。

安全系數F =113/199.5=0.57。

安全系數不滿足1.1，需要降低⑨層承壓水含水層。

要使安全系數滿足1.1，根據上式計算出hw<10.27 m

即承壓水頭埋深應控制在23.95-10.27=13.68 m以下。

④開挖深度為19.40 m。

承壓水上覆土壓力：

hs·γs=（23.95-19.40）×20.0=91 kN。

承壓水水頭壓力：

hw·γw=（23.95-4.00）×10.0=199.5 kN。

安全系數F=91/199.5=0.46。

安全系數不滿足1.1，需要降低⑨層承壓水含水層。

要使安全系數滿足1.1，根據上式計算出hw<8.27 m。

即承壓水頭埋深應控制在23.95-8.27 =15.68 m以下。

⑤開挖深度為22.40 m。

承壓水上覆土壓力：

hs·γs=（23.95-22.40）×20.0=31 kN。

承壓水水頭壓力：

hw·γw=（23.95-4.00）×10.0=199.5 kN。

安全系數F=31/199.5=0.16。

安全系數不滿足1.1，需要降低⑨層承壓水含水層。

要使安全系數滿足1.1，根據上式計算出hw<2.82 m。

即承壓水頭埋深應控制在23.95-2.82=21.13 m以下。

6 降水井布設

對于基坑開挖過程中的降雨量，主要采用明排水的方法。由于基坑開挖較深，需要降低承壓水水頭。本區基坑開挖面積約16 600 m2；疏干降水井數 =16 600/220 =75.45口； 布置疏干井數量為76口；根據基坑開挖深度及地層分布特征，疏干井深度為24.0 m。疏干井材質采用無砂水泥管，管徑400 mm，孔徑650 mm?；觾炔辉倭碓O觀測井，降水井可兼作觀測井，如要觀測坑內水位，可停抽幾口降水井，以觀測水位。

本次減壓降水設計計算以初始承壓水水頭埋深4.00 m作為前提條件。工程場地面積較大，考慮到減少降水對周邊環境的影響，亦采用坑內降水，減壓井材質采用鋼管。根據計算，需要在基坑內布置8口第⑨層減壓井，基坑外布置2口觀測井，井深31 m。當基坑降水30 d后，承壓水位可降至24 m左右，滿足基坑突涌穩定性要求。

在減壓井施工結束后應做一次群井抽水試驗，以準確測定承壓水的靜止承壓水頭埋深，并確定是否滿足降承壓水的要求，對降水方案作進一步的調整和優化。局部超深坑要待設計圖紙出來后再進行細化。

7 結論與建議

基坑大面積開挖深度為17.30 m，局部深坑開挖深度為17.80 m、18.30 m和19.40 m，主樓電梯井深度為22.40 m。減壓井施工結束后及時做群井抽水試驗，驗證降水效果和現場降水電路、排水情況，對基坑降水方案進行調整和優化。

參考文獻：

[1] 宋建學，周乃軍，鄧攀.基坑降水引起的環境變形研究[J].建筑科學，2006，（3）.

[2] 馮曉臘，熊文林，胡濤，等.三維水-土耦合模型在深基坑降水計算中的應用[J].巖石力學與工程學報，2005，（7）.

[3] 許錫金，李東霞.基坑降水引起地面沉降計算方法研究[J].巖土工程技術，2004，（4）.