浅谈新疆玛纳斯河冲洪积扇粗颗粒地层基坑降水设计与施工

浅谈新疆玛纳斯河冲洪积扇粗颗粒地层基坑降水设计与施工

王璇王东申泽松赵曾

新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司）乌鲁木齐832002

摘要：地下水位埋深较浅，深基坑开挖地区，常采用井点降水方法，在建筑施工中基坑降水技术是首先，也是最重要最困难的，只有把握这项技术的合理性，才能保证建筑物施工的安全稳健。结合实际工程浅谈在粗颗粒地层中采用的降水方案设计及施工。

关键词：基坑降水；方案设计及施工。

1、工程概况

该工程位于玛纳斯河山前冲洪积扇的扇缘潜水溢出带，是某市重点环保工程。该工程包含：（1）40吨/小时脱硫废水零排放（2）220吨/小时化学浓水回收（含化学RO浓盐水、中和再生废水，并考虑含油废、悬浮物较高的废水）。

该工程建设场地位于该公司场地内。场地地下水埋深1.0m，严重影响到了建筑物基坑开挖及基础施工。为使该工程按期顺利实施，需对该工程基坑开挖范围内进行施工临时降水工作。

本次基坑降水工程，主要针对基础埋置深度大于1.5m的建筑物场地开展降水工作，其中污水处理厂南北长66m、东西长32m，设计基础埋深2.0m、净化水池南北长10m、东西长36m，设计基础埋深5.0m，基坑降水总面积为5918.50m。

2、基坑降水方案设计

2.1勘察工作

据《该项目岩土工程勘察报告》（2018年5月）。厂区地处玛纳斯河山前冲洪积扇的扇缘潜水溢出带。地层在200m深度内，含水层均属于第四系孔隙含水系统，地下水类型为上部潜水、下部多层承压（自流）水。潜水底板埋深为10～50m，底板岩性为粉土、粉质粘土等，分布不稳定，含水层主要为砂砾石，夹有少量的粉细砂层。承压（自流）含水层位于潜水含水层之下，单层厚度5～10m，隔水层顶板埋深10～50m。承压（自流）水含水层岩性以砂砾石为主。

勘察深度内主要地层以圆砾、细砂、粉土为主。第①层杂填土，厚度0.50～1.00m，杂色，稍湿，松散。第②层粉土，埋深0.50～1.00m，厚度为3.4～4.7m，黄色、灰色，稍湿～饱和，稍密。第③层圆砾，埋深4.5～7.3m，厚度3.3m～6.4m，青灰色，松散～中密，饱和。第④层粉土，埋深8.6～11.0m，厚度3.8～8.8m，灰黄色、灰黑色，饱和，稍密～中密状。第⑤层圆砾，埋深17.4～17.8m，厚度3～9m，青灰色，密实，饱和。第⑥层粉土，土黄色，饱和，中密状态，勘探深度20m内未揭穿。

图3降水井平面布置

2.2试验工作

我单位于2010年5月在拟建工程区旁边建筑物进行专业的降水抽水试验专题研究工作，并编制了专题报，该项成果对场地0～30m深度进行了详细的水文地质勘察，并通过单孔、多孔、干扰抽水试验，取得了较为详实的水文地质参数，并对场地典型降水井进行了设计，在工程实施过程中效果较好。本次对该场地地层进行复核，并在场地内进行了一组简易抽水试验，其地层及计算的参数与已建建筑物工程降水试验井计算分析专题报告基本一致。

场地潜水含水层（0～13m）渗透系数为24.66m/d，影响半径为27.92m，单位涌水量0.42m3/h.m；承压水含水层（0～30m）降水渗透系数12.51～39.28m/d，影响半径56.64～149.59m，单位涌水量8.62～6.67m3/h.m。

2.3方案设计

2.3.1降水井结构设计

根据基坑场地地层结构，污水处理厂、水池场地设计降水井井深为20m。孔径800mm，管径325mm，滤水管长度15m，实管长度5m，其中沉淀管2m，井管高出地面0.5m。滤水管开孔不小于25%，缠丝间距1.5mm，粒径3mm～6mm，水泵选用175QJ32-24潜水电泵，泵头下至沉淀管中。

2.3.2降水井布局合理性分析

本次设计中，施工临时降水井位置选择中在基坑开挖线四周1～3m范围，布置一圈，尽量靠近降水目标，以保证降水效果，因此降水井布局时合理的。

2.3.3基坑涌水量计算

非完整井计算基坑涌水量公式：

式中：

Q：基坑涌水量（m3/d）；

K：渗透系数（m/d），取值20；

H：含水层的厚度（m），取值28.8；

S：基坑水位降深（m），取值2.8（处理厂）和5.8（水池）；

R：降水影响半径（m），取值134.4（处理厂）和278.4（水池）；

hm：基坑底部到地板的深度（m），取值18（处理厂）和15（水池）；

l：动水位至孔底的深度（m），取值16（处理厂）和13（水池）；

ro：基坑等效半径（m）。

ro=0.29（a+b）

式中：a、b分别为基坑的长和宽（m）。

计算ro=28.42m（处理厂）；ro=13.34m（水池）。

2.3.4设计井深最大抽水量计算

计算公式：

式中：

q：设计降深抽水量（m3/d）；

k：含水层渗透系数（m/d）；

rs：过滤器的半径（m）；

l：过滤器进水部分长度（m）。

2.3.5降水井设计单井流量、井数及井间距的确定

根据以上计算，设计井深度各建筑物基坑需抽取103.93m3/h的水量。场地南北最长为66m，东西最宽为32m，为有效的疏干基坑地下水，达到设计降深，本次设计采用流量32m3/h，扬程24m的潜水泵，以此来计算降水井的井数及井距。

计算公式：

式中：

Q：基坑涌水量（m3/d）；

q：设计降深抽水量（m3/d）。

根据上述计算，污水处理厂场地降水井需13眼，井距15m，净化水池场地需12眼，井距8m。因考虑到降水运行期从5月至10月底，约180天，水泵检修轮换等因素，因此本次设计污水处理厂场地降水井17眼，井距12m，净化水池场地需16眼，井距6m。

2.3.4数值模型降水预测分析

本次主要运用MODFLOW水流模拟模块。将含水层平面上的网格剖分和垂向上的分层。平面上采用等间距矩形网格进行剖分，每个网格面积1×1m2，共剖分单元网格150×150个。根据钻孔资料将计算区概化为单一潜水含水层。如此剖分后共有单元格22500个，均为有效单元建立模型。水文地质边界条件概化为东侧、南侧、西侧边界可视为流量边界，北侧边界可视为河流边界。模型参数，渗透系数20（m/d），给水度0.1。

依据本次降水设计运行方案，单井日开采量为720m3，总计29眼井，单日开采量为20880m3，连续开采92天。其预测运行结果为：开始降水抽水后3天，水位降深基本达到稳定，拟建厂区范围内，地下水埋深均大于6m，绝大部分地下水埋深大于7m，中心处最大地下水埋深可达13m左右。设计方案可以满足施工降水要求。

2.3.6排水设计

经现场勘察及地面高程测量，选择向东排水。排水方案为厂内由降水井水引入集水池，再由集水池铺设主排水管长约500m至厂区外，厂区外明渠排水至西岸大渠长约2000m，最终汇入西岸大渠，排出工程区。集水池设置于场地东侧约30m处，东西长30m、南北宽100m，深3.0m，高出地面2.0m，池内塑料铺设简易防水；主排水管采用管径400mm的波纹管；水泵抽水设计为管径φ10mm的水带。

3、施工组织设计

3.1人员配置

项目经理及组织人员若干。

3.2机械设备

旋挖钻机1台（型号sr220c）；装载机一台（型号GL953）；汽车起重机1辆（A3D4）

3.3材料

管材：降水井管管径300mm波纹管、排水管管径400mm波纹管；

滤料：5～10mm的砂砾石；

配电箱：二级配电箱（一个）、三级配电箱（9个）及相应的电缆线；

水泵：选用175QJ32-24潜水电泵。

3.4工艺流程

1）井点测量定位；（2）凿孔；（3）吊放井管；（4）回填井管与孔壁间的砾石过滤层；（5）洗井；（6）井管内下设水泵、安装抽水控制电路；（7）试抽水降水井正常工作；（8）降水完毕；（9）填埋降水井。

1、井点测量定位：依据建筑物设计图纸布置降水井位，井位布置于建筑物外围，基坑开挖线外1～3m，采用RTK进行放样，并做好标识及井号。

2、凿孔：采用冲击钻机或旋挖钻机成孔，孔径一般不小于600mm，用泥浆护壁，并在一侧设排泥沟、泥浆坑。

3、吊放井管：成孔后立即清孔，并安装井管（采用吊车，吊装井管进行安装，保证井管居中及垂直）。

4、回填井管与孔壁间的砾石过滤层：井管下入后，井管的滤管部分应放置在含水层的适当范围内，并在井管与孔壁间填充砾石滤料。

5、洗井：安装水泵前，采用活塞洗井，直到井管内排出的水由浑变清，捞净沉淀管中的沉淀。

6、井管内下设水泵、安装抽水控制电路：确定现场用电功率，配备相应的一级、二级主配电箱（接主电源）及三级配电箱（连接主电源与工作泵），水泵安装后，对水泵本身和控制系统作一次全面细致的检查，合格后进行试抽水，满足要求后转入正常工作。

7、试抽水降水井正常工作：观测井中地下水位变化，作好详细记录。

8、降水完毕：平整场地，卸掉抽水泵及相应设备及机械。

9、填埋降水井：水井抽水→起泵→投入砂石混合料→浇筑C10混凝土→振捣密实→回填2%水泥土。

3.5质量控制

本公司已通过ISO9001：2000质量体系认证，获得质量体系证书。本标段工程中标后，我公司将该质量体系延伸覆盖到本工程。

以“建优良工程”为目标，强化质量观点、质量管理预警、工艺卡等质量管理制度。在质量控中将质控重心前移，重视事前控制，建立预控预防措施；以过程控制为中心，坚持执行工序验收程序，强化现场质量管理，推进施工质量持续改进；严格执行成果检查程序，执行快速反应机制、及时总结改进。同时深入开展技术革新活动，保证工程质量达标创优。

严格按照合同的规定和监理单位的指示，对工程使用的材料和工程设备以及工程的所有部位进行全过程的质量控制、检查，做好详细的质量检查记录，编制工程质量报表，定期送交监理单位审查。为监理单位的质量检查和检验提供一切方便。

做好切实可行的实施性施工组织设计，合理安排各分项工程的施工顺序，按倒排法编制进度计划，充分利用本公司施工经验丰富的有利条件，缩短各个流水作业流程，努力加快每个环节的施工进度，确保总体工程进度。建立质量保证体系、措施；安全管理、文明施工、环境保护措施；并做好应急处置措施。

3.6工期计划

2018年5月08日至5月12日，施工方案的的编制、合同书的洽谈、材料准备等工作。2018年5月13日～5月15日，厂区内主排水管线的安装及厂区外排水沟开挖等工作。2018年5月16日～5月28日降水井的施工及配电安装。

2018年5月28日～5月29日降水孔抽水试验工作。2018年5月29日～5月30日水泵及排水带安装。2018年5月30日～5月31日降水孔试抽水调试。2018年6月01日～10月31日降水运行。

4、降水工程实施

2018年5月12日组织人员、机械、设备进行场内管道铺设、场外管沟开挖工作；5月13日旋挖钻机进场进行造孔工作；5月20日完成厂区外主排水管沟开挖；5月22日业主提供最终建筑物布置图，并重新布置井位进行造孔工作；截止5月26日完成厂区内夸路管沟开挖、排水主管道铺设，并完成了16眼降水井，开始进行降水工作；截止5月30场地内所有降水井施工工作完成，完成33眼降水井，井深20m，至此降水运行工作全面开展。在基坑开挖过程中由于西侧污水处理厂设计基础为柱基、基坑开挖深度为2.0m，因地质条件等原因污水处理厂基础进行了设计图纸变更，由原来的柱基，基坑开挖深度为2.0m，变更为为筏板基础，基坑开挖深度为6.0m。项目组及时调整降水井运行方案，保证了降水工作的正常运行，于2018年10月31日，场地基础施工完成，基坑回填，停止降水工作。

5、降水效果

2018年5月26日完成了16眼降水井，开始降水工作。5月30日场地地下水位埋深降至3.0～4.5m；5月30日33眼降水井施工完成，5月31日降水工作全面开展，满负荷运行28眼降水井，现场水位观测，第1天整个场地水位降深约1.0m；第3天水位降深约2.0m，第5天水位降深约3.0m，场地地下水位埋深为6.0～7.0m，满足基础开挖要求；6月30日后地下水位稳定，水位埋深控制在7m。7月5日污水处理厂基础施工完成，10月31日净化水池基础施工完成。本次降水工作按时圆满结束。

6、结论

本次降水工作，通过对勘察资料、水资源论证资料认真研究、分析，制定方案；并组织专家进行方案设计优化、讨论，选择MODFLOW软件预测地下水位降深清况，最终选择工作布置合理、施工操作简便、节能环保的最优方案；在现场施工及降水运行管理最终实施时，地下水位埋深满足基础开挖要求。通过切实可行的方案设计，及有效现场管理，以最少投入，按时圆满完成本次降水工作，并得到业主好评。