某基坑的降水設計與監測方案之研究

【摘要】基坑施工期間同步降水設計是保障基坑運行安全的重要手段之一。本研究中結合某工程實例，對降水設計以及監測方案方面的關鍵問題展開探討與研究，望引起重視。

【關鍵詞】基坑；降水；設計；監測

在建筑工程基礎工程以及基坑施工作業的實施期間，可能因條件影響而需要在地下水位以下區域進行開挖，特別是對于高層建筑來說，為了保障其上部結構的穩定，決定了基礎埋深較大，地下室層數較多。也正是受此因素影響，在施工過程當中若處理不當，則地下水可能進入基坑內部造成基坑滲水，其后果輕則降低地基土強度，增大土體變形，重則造成土體自重應力的增加，形成基礎附加沉降，對建筑物結構安全產生不良影響。為避免上述問題，可在基坑施工支護期間同步進行降水處理，促進水力梯度的降低，配合密切監測以增加基坑邊坡穩定性，防治管涌、流砂等問題的產生。

1 工程概況

某大廈位于城市西南地區，是一座綜合性的商務建筑。大廈地上層數為33層，地下層數為2層。施工方案中本基坑東西走向長度為76.0m，南北走向寬度為57.0m，基坑整體開挖深度為13.0m。現場實測基坑北側距離A市市區主要街道直線距離為19.5m，西側、南側距離既有建筑直線距離為9.1m，東側距離既有建筑直線距離為8.3m。前期勘察數據顯示本工程所處區域地下水水位埋深為9.0m，以下為不透水層。

工程地質條件自上而下依次為：（1）雜填土，厚度為1.6m，重度為19.0kN/m3，黏聚力為20.0kPa，內摩擦角為35.0°；（2）粉質土，厚度為5.4m，重度為19.1kN/m3，黏聚力為28.0kPa，內摩擦角為23.0°；（3）粉質黏土，厚度為2.8m，重度為19.5kN/m3，黏聚力為25.0kPa，內摩擦角為19.0°；（4）中細砂，厚度為2.3m，重度為19.0kN/m3，內摩擦角為38.0°，滲透系數為3.0×10-3cm/s；（5）礫砂，厚度為3.4m，重度為19.0kN/m3，內摩擦角為40.0°，滲透系數為1.8×10-1cm/s；（6）圓礫砂，厚度為9.5m，重度為19.0kN/m3，內摩擦角為40.0°，滲透系數為1.4×10-1cm/s。

2 降水設計

2.1 降水方案比選

結合已有工程實踐來看，在高層建筑基坑支護對降水方案進行選擇時，可以按照現場土的顆粒成分選擇相適應的施工方法。例如，針對粒徑在中粗砂以上的土體，優先選擇堵截法或開挖法進行降水設計；針對細砂以及中砂顆粒的土體，優先選擇應用管井法或井點法進行降水設計；針對黏土以及淤泥質土的土體，則優先選擇應用電滲法或真空法進行降水設計。

結合本工程的基本情況來看，該基坑開挖過程當中的含水層分布主要為中細砂、礫砂、以及圓礫砂。故而，可在井點法或管井法中進行選擇。在此基礎之上，從施工技術可行性的角度上來看，井點法降水設計與施工比較適用于地下水水位較高的基坑，且降水過程中需要考慮多級降水模式，施工難度較大。故而從現場地質條件以及施工可行性的方面考慮，本工程中選擇管井法進行基坑降水處理。

2.2 管井井點設計

本工程中，管井井點采用基坑外布置的方式，由于本工程中基坑平面為矩形，故根據施工規范以采用環形封閉式布置方案。在此基礎之上，為了能夠保障基坑內降水排水的有效性，需要著重對以下幾個參數的計算與設計：

1）井管埋設深度。本工程中，井管埋設深度應當確保地下水水位能夠下降至基坑底面以下，距離在0.5m～1.0m之間。具體的參數可通過如下方式計算：

井管埋設深度（單位：m）=地下水水位與基坑地面距離（單位：m）+地下水水位與集水總管距離（單位：m）+降水后地下水水位與基坑地面安全距離（單位：m）+水力坡度*井點管與基坑中心距離（單位：m）+過濾器工作部分長度（單位：m）+沉砂管長度（單位：m）；

其中，水力坡度可根據基坑降水布置方案取固定值，本工程中，在環形布置方案下，該參數取值為1/10。故結合本工程實際數據，計算得井管埋設深度為24.2m。

2）抽水影響半徑。該參數可按照如下式進行計算：

抽水影響半徑（單位：m）=60*[6*時間（單位：d）*含水層厚度（單位：m）*滲透系數（單位：m/d）]﹣1；

其中，土體給水系數根據施工現場地質分布情況取對應值，礫石層給水系數取固定值0.3，卵石層給水系數取固定值0.35。同時對滲透系數進行加權平均處理，最后故結合本工程實際數據，計算得本工程中的抽水影響半徑為113.1m。

3 監測方案

結合本工程實際情況，在基坑降水過程當中考慮到地下水水位的變化以及在平面上的擴展趨勢，監測的主要內容是：地面沉降變形，單井點出水量伴隨時間所產生變化，周邊建筑物變形等。

為了滿足以上監測要求，在測孔的布置上要求滿足“控制降水區同時影響一定范圍內地下水動態”的要求，故在本工程中于降水區中心平行、垂直地下水水流方向分別布置一排觀測孔。同時，在降水區內，將觀測孔排延伸至基坑中心；在降水區外，則將觀測孔排延長2～3*降水深度（注：每排觀測孔需要≥4個）。

在本工程中經現場監測發現：本基坑將是會導致周邊地基土出現一定程度上的變形。其主要原因是地下水水位下降，導致土層中的含水量降低，致使土體產生壓縮固結，進而表現為周邊建筑物的不均勻性沉降。故而，在基坑采用管井降水方案時，必須采取相應的措施避免周邊既有建筑結構受損。考慮本工程的實際情況，降水施工期間同步采用回灌溝法進行處理，效果確切。

4 結束語

本文中所分析某大廈基坑降水作業已經施工完畢，施工期間未發生安全事故。基坑建設完成后運行良好，滿足高層建筑基礎施工要求，證明了本工程中基坑應用管井法降水方案的有效性，驗證了降水設計方案的效果，能夠為同類型工程的降水設計與監測控制提供借鑒。

參考文獻：

[1] 王翠英，黃理興，段衛昌等.深基坑降水引起周邊地面沉降量值計算修正系數MS的確定[J].巖土力學，2006，27（6）：1011-1016.