洪泥河倒虹吸基坑降水計算及分析

張磊

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津　300250）

洪泥河倒虹吸基坑降水計算及分析

張磊

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津300250）

摘 要：由于工期緊張，洪泥河倒虹吸圍堰內河水排完后即開始進行基坑開挖。由于地下水位較高，基坑開挖過程中出現塌坡和流砂現象。為保證干場施工和控制塌坡與流砂現象的發生，通過對基坑降水的計算及分析，結合工程實際，提出了井點降水法降低地下水位。

關鍵詞：基坑開挖；降水的計算與分析；井點降水法

1　工程概況

為保證雙白引河連通以及雙白引河與洪泥河的水系溝通，設計新建雙白引河穿洪泥河倒虹吸及連通閘工程。倒虹吸與洪泥河呈54.5°角斜交布置。倒虹吸采用2孔2.2 m×2.2 m鋼筋混凝土箱涵，管身段長81 m，其中底部水平管段長33 m、進出口斜管段各長24 m。進出口底高程為-2.0 m，水平段箱涵底高程為-6.4 m。雙白引河與洪泥河互通涵閘與倒虹吸合并布置，采用2.2 m×2.2 m鋼筋混凝土箱涵，閘底板頂高程-2.0 m。由于工期緊張，圍堰穩定后，即開始洪泥河倒虹吸的基坑開挖工作，但由于地下水位較高，開挖初期洪泥河基坑邊坡均出現了不同程度的塌坡和流砂現象。

為保證干場施工，并有效控制塌坡和流砂現象的發生，擬采用井點降水法降低地下水位。

2　降水計算基本數據

根據施工單位給出的資料，兩個圍堰之間的距離140 m，視為基坑長度L；兩岸河堤之間的距離48 m，視為基坑寬度b。

洪泥河段主要含水層為粉土（砂壤土），根據勘察報告，滲透系數建議值K=2.6×10-4cm/s≈0.25 m/d。

按照勘察期間地下水位，確定以下技術指標［1］:左岸鉆孔水位0.72 m，右岸鉆孔水位0.16 m，但因為河床有明水，水位高程約1.5 m，水位值取高值0.72 m。

因渠底高程-6.9 m，應將降水后水位控制在-7.9 m以下（建基面以下1.0 m），則地下水降深值Sd=0.72+7.9=8.62（m）。

含水層厚度H取地下水位至粉土層底部距離，左側鉆孔H1=0.72+10.48=11.2（m），右側鉆孔H2= 0.16+14.94=15.1（m），取平均值H=（H1+H2）/2=13.2 （m）。

潛水含水層降水影響半徑R=2SdKH=2×10×0.25×13.2=36.33（m）（Sd小于10 m按10 m計算）。

基坑等效半徑r0=A π，當基坑L=140 m、b= 48 m時，r0=46.26 m。

3　基坑涌水量計算

按潛水完整井計算公式進行計算［2］:

式中:Q為基坑涌水量（m3/d）；K為滲透系數（m/d）；H為潛水含水層厚度（m）；Sd為降深（m）；r0為基坑等效半徑（m）；R為降水影響半徑（m）。

當K=0.25m/d、H=13.2m、Sd=8.62m、R=36.33m、r0=46.26 m時，Q=207.57 m3/d。

由于本工程基坑開挖不規則，基坑長度取兩圍堰距離偏大，當基坑數據取值不同時計算結果有所差異。粉土滲透系數k取值為2.6×10-4cm/s≈0.25 m/d、5.2×10-4cm/s≈0.45 m/d、7×10-4cm/s≈0.60 m/d時，各種不同工況計算結果見表1。

粉土層黏粒含量5%左右，干密度偏小，孔隙比較大，且粉土層埋藏較淺，根據經驗綜合分析認為K值取5.2×10-4～7×10-4cm/s較為適宜。

4　管井的單井出水量及井點數計算

4.1單井出水量

目前，施工單位降水井徑40 cm，過濾器進水部分長度采用粉土層厚度。洪泥河左岸鉆孔粉土層厚度為7.9 m，右側厚度為5.9 m，平均厚度約7 m。其滲透系數K為5.2×10-4cm/s≈0.45 m/d。

假定抽水管的管徑5cm，單井出水量計算公式為:式中:q為單井出水能力（m3/d）；rs為過濾器半徑（m）；l為過濾器進水部分長度（m）；K為滲透系數（m/d）。

經計算，得出q=50.21 m3/d。

4.2井點數量

井點數量計算公式為:式中:Q為基坑涌水量（m3/d）；其他符號意義同前。

根據表1中不同工況計算的單井出水量及井點數量，見表2。

表2　單井出水能力及降水井數量計算結果

根據表2計算結果，建議降水井數量取8個左右。為保證干場施工，考慮到現狀地下水主要來自洪泥河滲流，建議將降水井均勻布置在管身基坑兩側。

依據工程地質剖面圖粉土層底部的相對隔水層黏性土層頂分布高程，降水井深度建議取17～18 m。

依據類似地區、相似基坑工程實踐經驗，預計抽水時間為1周左右。

參考文獻

［1］河北省水利水電勘測設計研究院.津南區雙白引河辛莊鎮項目區實施方案設計工程地質勘察報告［R］.天津:河北省水利水電勘測設計研究院，2014.

［2］JGJ120-2012，建筑基坑支護技術規程［S］.

表1　基坑長度及滲透系數取值不同時基坑涌水量計算結果

中圖分類號：TV551.4+12

文獻標識碼：B

文章編號：1004-7328（2016）02-0064-02

DOI:10.3969/j.issn.1004-7328.2016.02.021

收稿日期：2015—12—14

作者簡介：張磊（1981—），男，工程師，主要從事工程地質與水文地質勘查工作。