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深基坑开挖降排水设计

提要　主要介绍了深圳地铁××车站深基坑开挖所采用的管井井点降水方案的设计情况。由于深圳地区浅部土层分布较均匀，层位稳定，故该文介绍的方法具有一定的普遍性。
关键词　管井井点降水　深基坑开挖　排水设计
DEWATERING AND DRAINAGE DESIGN FOR DEEP FOUNDATION PIT EXCAVATION

Abstract　In the paper, the design of dewatering and drainage by pipe well point method for deep foundation pit excavation of a metro station in Shenzhen city is presented. Owing to the shallow soil layers in Shenzhen area are uniformly distributed and stratigraphically steady, thus, the method recommended herein would be general to a certain extent. Keywords　 dewatering and drainage design by pipe well points; deep foundation excavation; water drainage design
1　引言 　　在地下水位较高的地区开挖深基坑，由于含水层被切断，在压差作用下，地下水必然会不断地渗流入基坑，如不进行基坑降排水工作，将会造成基坑浸水，使现场施工条件变差，地基承载力下降，在动水压力作用下还可能引起流砂、管涌和边坡失稳等现象，因此，为确保基坑施工安全，必须采取有效的降水和排水措施。 　　一般情况下，在进行深基坑开挖施工时应具备如下条件： 　
　1)基坑在开挖期间保持干燥状态； 　　2)保持基坑边坡的稳定和基坑底板的稳定； 　　3)不影响邻近建筑物及地下管线的正常使用。 2　工程概况 　　深圳地铁××车站为地下二层，基坑开挖深16～17m，基坑围护结构采用Φ1200人工挖孔桩(密排布置)，桩长21m，基坑平面尺寸为19.1m×237.1m，开挖过程中采用Φ600钢管对围护结构分层支撑。 　　地质报告表明：车站范围内地层从上至下主要为：1)第四系全新统人工堆积层(Qml4)，黄褐～褐灰色，硬塑～坚硬，夹少量砂砾及路基填石，厚1.6～4.5m；2)海相沉积层(Qm4)：粘土，褐黄、灰白、灰黑、深灰色，可塑～坚硬，厚1.5～5.1m；粗砂，灰褐色，含粘土，稍密，很湿，厚0.00～1.75m；砾砂，灰白～深灰色，稍密～中密，很湿，厚0.0～3.3m；3)第四系中更新统残积层(Qel2)，砾质粘性土，灰黄、褐黄、棕黄、棕褐、棕红色、夹灰白色，可塑～坚硬，厚4.4m及大于14.5m；4)燕山期花岗岩，褐黄、黄褐色，全风化，岩芯呈土夹砂砾状。各土层的物理力学性质指标见表1。 表1　各土层物理力学指标(推荐值)

土层名称
γ kN/m3
W %
GS 　
e 　
IP 　
IL 　
a1-2 MPa-1
ES MPa
φ (°)
c kPa
K m/d
fk kPa
素填土(粘土)
18.5
19.2
2.67
0.74
18.1
-0.60
0.40
4.5
24
30
0.01
100
粘土
18.6
32.9
2.67
0.91
21.7
0.24
0.28
6.6
8.7
11
0.0076
160
粗砂
19.9
16.5
2.72
0.59

30
10
3.0
180
砾砂
19.9
25　
2.72
0.65

32
5.0
5.0
200
砾质粘性土
18.9
27.3
2.68
0.81
15.3
0.04
0.49
4.81
25.1
16
0.1
300
全风化花岗岩
19.4
21.0
2.69
0.68
12.6
0.00
0.42
5.0
30
10
0.5
300

　　场地内的地下水埋深3.3～6.8m，主要含水层为砂层，为第四系孔隙潜水，主要补给来源为大气降水。 3　基坑降水方案设计 3.1　降深要求 　　因本工程基坑围护结构采用人工挖孔桩，为保证排桩的人工开发安全，降水设计时，将基坑降水和支护排桩的施工降水作统一考虑，务必保证使地下水位降到排桩桩底0.5m以下，且基坑中心线处要求降深S应低于开挖基底不少于0.5m。综合考虑最小降深为20.2m。 3.2　降水方案 　　适用于深圳地区的深基坑降水常用的只有明沟降水和管井井点降水。由于基坑明沟降水适用于降水深度不大的工程，因此，本工程采用管井井点降水，同时基坑开挖也应设计明沟，但它只是收集基坑中和坑壁局部渗出的地下水和其它施工时的地下水。 　　由于本工程位于城市交通主干道之下，为减少对地面交通的干扰，将井点设置于基坑内。 3.3　基坑涌水量计算和井点设计 　　基坑降水的涌水量与场地水文地质条件、基坑的形状大小及补给水边界条件等有关。本车站基坑工程长度与宽度之比大于10，属窄长式基坑。根据工程地质勘察报告所提供的工程水文地质条件，本工程降水按无压完整井计算。 　　a.最小要求降深S。 S=20.2m 　　b.影响半径R0查《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》(SJG05-96)表12.2.5取R=100m。渗透系数K取降水深度范围内各土层的渗透系数加权平均值，经计算取K=1.0m/d。 　　c.确定井点管的埋置深度。 　　假定井点管间距20m 　　d.基坑涌水量。 　　采用大口井法来预测基坑涌水量。把窄长式基坑看作一个“大井”，其计算半径基坑涌水量为 　　e.计算每根井点最大出水量。 　　f.确定井点数。 　　g.降深验算。 　　不满足降深要求，应增加井点管数量。经过进一步的计算，需增加井点管至26根。 满足降深要求。 以上各式中： 　　Q--基坑涌水量，m3/d; 　　K--含水层渗透系数，m/d; 　　L--基坑长度，m; 　　H--潜水含水层水头高度，m; 　　S--地下水位要求降深，m； 　　S′--地下水位降深，m； 　　R--影响半径，m； 　　H0--井点管的埋设深度，m； 　　H1--井点管的埋设面至基坑底的距离，m； 　　i--地下水降落坡度； 　　B--基坑宽度，m； 　　X0--基坑的假想半径，m； 　　q--单井出水量，m3/d； 　　l0--过滤器工作部分长度，m； 　　r0--井点管半径，m； 　　ri--各井点管至水位降深验算点之间的距离，m。 　　h.抽水设备选择。 　　管井井点降水每一个管井单独用一台水泵进行抽水以降低地下水位。由于本工程降水深度较大，考虑到潜水泵安装简单、耗能少、效率高、成本低，可采用深井泵式潜水泵。根据管井井点的进水量，选用潜水泵号为：1500QJ20-39/6。 3.4　方案制订 　　根据基坑涌水量的理论计算和降深验算的结果，结合本工程的特点，沿纵向在基坑内南北两侧各布置一排井点，每排井点距排桩1m，按20m间距布置26根井点管，并在基坑中心布置观察井4个，以观测水位降深情况。 4　排水方案设计 　　1)排水沟和集水井设置在排桩围护结构之外1m处。 　　2)基坑中的明沟与集水井随基坑的不断开挖而逐步加深，其离开排桩不小于0.3m，明沟的断面采用梯形，其沟底宽度为0.3m。 　　3)集水井设置在基坑角或每隔30～40m设一个，其直径为0.5m，深约1.0m。井壁可用挡土板作临时支护，井底铺0.3m厚的砾石，以防泥砂堵塞水泵。 　　4)排水沟与集水井保持一定高差，集水井比排水沟应低0.5～1.0m，排水沟应比挖土面低0.3～0.5m。 　　5)用抽水设备将集水井中的水排至基坑外部，严禁排出的水回流于基坑内。 　　6)雨期施工前应检查现场的排水系统，保证水流畅通。 　　7)人工挖孔桩施工时，降水以管井降水为主，辅以桩孔内污水泵明排抽水，边抽边挖。 5　结束语 　　基坑降水工程设计，根据土层的渗透系数，要求降水的深度和工程特点，经过技术、经济和节能比较后确定，但由于土层地质条件的复杂性，有关计算参数如土层的渗透系数K和抽水影响半径R等取值是否正确将影响井点系统涌水量计算结果的准确性，从而致使目前基坑降水工程设计在技术、经济上不够合理的情况是相当普遍的。降水实践中要采用信息化施工，定时检测降深、出水量，采用抽水试验验证降水效果，以便进一步优化降水设计的施工方案。 本文参考了深圳市勘察测绘院主编，深圳地区建筑深基坑支护技术规范，SJG 05-96(深圳市标准)，深圳市勘察测绘院，1996。