摘要本文結(jié)合項目具體工程地質(zhì)特點和基坑施工相關(guān)要求，分析了各種降水井的適用條件和基坑區(qū)址內(nèi)的地下水流場的特點，并對在基坑周圍密布降水井的施工方案進行了合理性論證，對軟弱地層基坑采用理論分析、有限元方法、理論解析法和現(xiàn)場試驗，對各種降水方法的特點和適應(yīng)性進行了分析，確定了適用于本基坑項目外部降水的井點類型；然后進行了現(xiàn)場降水試驗，得出了基坑周圍的地下水滲流量大小、抽水井地質(zhì)類型和降水井影響半徑；隨后對基坑所在區(qū)域的大范圍地下水分布情況及其穩(wěn)定滲流流場進行了分析，探討了各種降水方案的合理性，為后續(xù)分析及工程措施奠定了基礎(chǔ)；最后結(jié)合場地條件及降水需求，提出了井點降水+帷幕止水+坑內(nèi)分散隨機降水點的總體方案。所提出的聯(lián)合降水方法大幅度降低了基坑降水井的數(shù)量，解決了降水施工難題，保證了整個工程的施工進度，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞：軟弱地層基坑降水1緒論1.1基坑降水的目的、意義、范圍及應(yīng)達到的要求某項目工程基坑地質(zhì)條件較弱，地層厚度較大，周圍地下水位較高，周圍有連續(xù)的地下水補給通道。在這種復(fù)雜的地質(zhì)條件下，很難建造深度為18米的基坑。特別是本工程項目工期緊張，同時考慮到需要在基坑底部大量進行抗浮錨桿鉆孔施工，若地下水不能得到良好的控制則必將導(dǎo)致基坑底部施工存在巨大風(fēng)險，而且，基坑抗浮錨的施工難以進行。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1軟弱地層基坑降水關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀無論是從地下軌道交通建設(shè)還是地下商場和地下交通樞紐等地下空間開發(fā)，從深度角度來看，大多數(shù)地下建筑在施工期間不可避免地會受到地下水的影響。分析地下水控制引起的環(huán)境問題，然后設(shè)計和建設(shè)地下水控制，但由于地下水控制方法不當，工程事故的發(fā)生和周圍環(huán)境的破壞仍然很頻繁?？偨Y(jié)由地質(zhì)原因和周圍環(huán)境破壞引起的各種地下工程事故。進一步分析原因，一方面，對地下工程施工期間地下水的影響和破壞不夠重視，更多的原因是地下水控制方法的選擇沒有達到地下水控制的最佳效果。相反，它會對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。因此，基于水文地質(zhì)學(xué)，結(jié)合環(huán)境地質(zhì)學(xué)，工程地質(zhì)學(xué)，地下工程設(shè)計與施工等專業(yè)學(xué)科，全面準確地分析地下水控制工程對周圍環(huán)境的影響，研究相應(yīng)的防治措施，確保地下水控制工程的實際效果。它還可以減少有害影響，從而確保地下工程的安全和平穩(wěn)運行。在地下工程施工期間，有兩種主要的地下水控制方法：一個是阻水（也稱為水攔截），另一個是降水（通常稱為工程降水）。常用的堵水方法包括幕簾堵水，灌漿堵水和堵水的冷凍方法。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，水封方法或沉淀方法可以在不復(fù)雜的地質(zhì)條件和周圍環(huán)境條件的條件下達到地下水控制的目的;當復(fù)雜的地質(zhì)條件或地下水控制對周圍環(huán)境產(chǎn)生很大影響時，這兩種方法可以得到綜合利用，相互補充，達到地下水控制的目的。（1）主動降水主動降水主要有：輕型井點和噴射井點降水方法。（2）被動阻水被動降水主要有帷幕阻水，其目的是在地下水控制區(qū)域外圍形成阻水帷幕，這樣抽取地下水時就不會造成對地下控制區(qū)域以外的環(huán)境條件改變。常用的帷幕阻水方法：地下連續(xù)墻、鉆孔咬合樁、高壓旋噴樁帷幕截水、水泥攪拌樁、SMW施工工法。存在的問題主要是地下水控制對周圍環(huán)境的關(guān)注不夠，沒有對周圍環(huán)境的地下水控制進行準確分析。對地下水控制的影響和缺乏響應(yīng)對周圍環(huán)境的影響。地下水控制是地下工程施工的輔助手段。對于大多數(shù)地下建筑來說，這只是一個臨時項目。從專業(yè)分工，項目建設(shè)資金占用和項目建設(shè)風(fēng)險等方面，與整個地下工程的土建工程相比，地下水控制工程的比例很小。根據(jù)地下工程建設(shè)的案例分析，建筑投資者，項目管理方和項目實施者對地下水控制工程的重要性不足。當然，它沒有足夠重視地下水控制項目的影響以及對周圍環(huán)境的影響。例如，中國許多地下軌道交通建設(shè)項目往往沒有參考地下水影響的預(yù)建設(shè)，也沒有做地下水控制項目的專業(yè)設(shè)計。相反，地下水控制項目的成本按比例放在地下工程的土木工程部分。結(jié)果，由于地下水的影響，地下施工被迫停止，導(dǎo)致施工延誤和投資預(yù)算增加。此外，一些項目采取了地下水控制措施，不論對周圍環(huán)境的影響如何。目前，一些巖土工程設(shè)計院也分析了地下水控制造成的周圍環(huán)境問題，但環(huán)境問題涉及許多專業(yè)領(lǐng)域。例如，地質(zhì)，建筑結(jié)構(gòu)，橋梁隧道，水，林業(yè)和生態(tài)環(huán)境，設(shè)計地下水控制工程的專業(yè)人員很難為這些領(lǐng)域提出對策。您只能采用規(guī)避方法，例如繞過或使用極端方法，例如大規(guī)模復(fù)興。一種有效控制地下水建設(shè)，確保施工不會對周圍環(huán)境造成危害，同時降低工程造價，縮短工程周期的有效方法正是大眾所希望的。1.3指導(dǎo)思想及解決的主要問題本課題結(jié)合項目具體工程地質(zhì)特點和基坑施工相關(guān)要求，分析了各種降水井的適用條件和基坑區(qū)址內(nèi)的地下水流場的特點，并對在基坑周圍密布降水井的施工方案進行了合理性論證，隨后進行了降水方案優(yōu)化設(shè)計，提出了減少坑外降水井，設(shè)置內(nèi)部集水坑及局部集水口的坑內(nèi)外聯(lián)合降水技術(shù)。所提出的聯(lián)合降水方法大幅度降低了基坑降水井的數(shù)量，解決了降水施工難題，保證了整個工程的施工進度，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。第二章本論2.1工程概況2.1.1地形、地貌花溪區(qū)地形高程西部普遍偏低，東部低，南北低。該地區(qū)西部，南部和東北部有自然連綿的山脈，作為城市景觀背景。北部和中部屬于淺壩區(qū)，地形一般在25m以下。南部屬于中丘地區(qū)。并在接地帶的中部和南部形成連續(xù)的山峰，最高可達100-200米。該地區(qū)的水系統(tǒng)以南北方向和南西南-東北河為主，北部有兩個樹枝狀水系，河流和水庫有多個分支串聯(lián)。河流很多但不寬。河流的功能主要是灌溉，河灘濕地的帶狀濕地植被豐富。2.1.2工程地質(zhì)條件場區(qū)地下水主要有第四系覆蓋層內(nèi)孔隙水、巖溶管道水及基巖溶蝕裂隙水三種形式?？紫端饕x存于第四系土層中，其分布面廣，富水性和透水性強，主要接受大氣降水補給并向三岔河或冷水溝河等地勢相對低洼處排泄。巖溶管道水和基巖溶蝕裂隙水埋藏于地表以下一定深度，接受大氣降雨和覆蓋層孔隙水的補給，并以泉水形式出露地表或以管狀、脈狀徑流，呈分散型向三岔河下游排泄。根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪結(jié)合區(qū)域資料分析，場區(qū)地層巖性由新至老依次為：第四系人工雜填土、耕植土、淤泥質(zhì)土、坡殘積層，場區(qū)出露三疊系中統(tǒng)松子坎組至下統(tǒng)大冶組地層，巖性上的差別導(dǎo)致整個工程區(qū)巖溶水文地質(zhì)呈不同特性。其中，三疊系中統(tǒng)松子坎組地層以泥-微晶白云巖夾雜色泥質(zhì)白云巖及頁巖，為可溶巖夾非可溶巖地層，巖溶不甚發(fā)育，為弱-中等巖溶發(fā)育地層，地下水賦存形式以第四系覆蓋層內(nèi)孔隙水及基巖溶蝕裂隙水為主，偶有巖溶管道水分布。工程區(qū)地勢較為平坦，無滑坡、崩塌、危巖等地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，其不良地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖溶和淤泥質(zhì)土。受地層巖性影響，由于花溪地區(qū)降雨較豐富且該區(qū)域地表徑流豐富，具備發(fā)育較大巖溶的水文地質(zhì)條件，巖溶發(fā)育可能對工程建設(shè)帶來一定影響。2.2軟弱地質(zhì)復(fù)雜基坑內(nèi)外降水技術(shù)2.2.1降水管井類型的選擇及涌水量計算方法根據(jù)不同的地質(zhì)條件和施工條件，選擇合適的井點降水方式，并完成在該降水方式下的涌水量計算是深基坑降排水的重要研究內(nèi)容。2.2.2基坑降水井類型常用井點降水法有輕型井點法、噴射井點法、輻射井點法、電滲井點法、管井井點、深井井點、自滲井點等。不同形式降水方法的選擇，需視工程性質(zhì)、場地地質(zhì)條件、開挖深度、土質(zhì)特征、施工條件、工期、經(jīng)濟等因素而定。不同類型的降水井有不同的適用條件，如表2.1所示。表2.1降水井類型及適用范圍井點類型巖性滲透系數(shù)（m/d）可降低水位深度/m輕型井點及多層輕型井點粉質(zhì)粘土、粉土、細砂、中細砂0.1～20.0單級<66<多級<20噴射井點砂土、粉土0.1～20.08-20電滲井點粘性土、淤泥質(zhì)土<0.1<6管井井點砂土、碎石類土、巖石1.0～200.0<5深井井點砂土、碎石土10.0～250.0>10粉砂、粉土、粘土、淤泥質(zhì)粘土0.001～0.58-18本工程基坑位于水庫附近，地層含水量大，土層滲透系數(shù)高，采用管井降水法控制地下水位，是最合適的辦法?；禹椖恐?，利用輕型井點至少采用三級輕型井點才能達到降水效果，工程造價要比管井成倍增加；從施工考慮，輕型井點工期長、費用高。因此從經(jīng)濟、施工等方面綜合考慮，最初擬定采用管井井點降水方案。2.2.3基坑降水井涌水量計算管井降水的計算方法是以達西定律為基礎(chǔ)，建立了襲布依地下水運動微分方程，該理論的基本假定為：①地下水流向水井處于穩(wěn)定流動狀態(tài)；②地下水呈層流運動，運動規(guī)律遵循達西定律；③含水層底板水平、均質(zhì)各向同性、厚度相等、在平面上無限展布；④地下水在降落漏斗范圍內(nèi)呈緩變流動；⑤假定靜水位是水平的，降落漏斗的供水邊界是圓柱形的；⑥流向井的地下水主要靠四周側(cè)向補給；⑦水井為完整井。根據(jù)上面這些假定，建立了完整井流的襲布依流量公式。其具體計算方法如下：（1）單個抽水井涌水量計算根據(jù)上述基本假定，設(shè)在無壓滲流區(qū)中心打一潛水井完整井，如圖2.2所示，則抽水量公式按公式2.1計算；在一承壓含水層中心打一口完整井，如圖2.3所示，邊界上的水頭H是不變的，和抽水前初始地下水頭相同，則抽水量公式按公式2.2計算；當在承壓水井中大降深抽水時，如果井水位低于承壓含水層的頂板，在井周圍出現(xiàn)無壓水流區(qū)，于是變成承壓—潛水井，如圖2.4所示，抽水量公式按圖2.3所示。圖2.2向潛水井的穩(wěn)定流動圖2.3向承壓水井的流動圖2.4承壓-潛水井①潛水完整井：（2-1）②承壓完整井（2-2）③承壓-潛水井（2-3）其中：q——單井出水量，；H——抽水前含水層的初始水位，亦潛水含水層平均厚度，m，若為相近的多層含水層時，，其中：hi——各含水層厚度，m；hw——抽水時井內(nèi)的穩(wěn)定水位，從隔水底板算起，m；R——影響半徑，m，影響半徑主要與土的滲透性能有關(guān)。（2）干擾井群涌水量計算如果同一含水層中有二個以上的井同時工作，當井群中各井點的距離小于影響半徑，其任一井中的水位變化值由兩部分組成，一部分是該井本身工作所造成的水位變化值，另一部分則是由于其他井工作在該井處所引起的水位變化值。因此，當干擾井都是抽水井時，干擾井中的水位降深值必然大于相同流量的單井抽水所造成的水位降深值。反之，在水位降深相同的情況下，干擾井的涌水量必然大于單井的涌水量。若井點為n個流量相等、影響半徑相等的完整降水井群無規(guī)則任意排列、互相干擾，且為無限邊界時，如圖2.5所示：圖2.5任意排列的干擾井群①潛水完整井群：（2-4）②承壓完整井群：（2-5）其中：Q——總抽水量，；R0——群井影響半徑，應(yīng)以假想等代圓的圓心開始計算，，m，其中r0為基坑引用半徑；ri——第i口井至中心點處距離，m；其余符號意義和以上一樣。（3）基坑降水的涌水量計算基坑降水的涌水量和現(xiàn)場水文地質(zhì)、基坑的形狀、尺寸及補給水邊界條件等有關(guān)，且基坑降水工程井點布置基本上可分為塊狀形的基坑（多采用環(huán)形封閉式）、條狀的基坑（采用直線形式的布置方法），具體計算公式如表2.2所示。表2.2基坑涌水量計算表注：①表中的適用條件均為：均質(zhì)含水層、基坑遠離邊界；②線性基坑計算公式用于坑內(nèi)排水；③濾管工作部分長度小于2/3含水層厚度時采用非完整井公式計算；④式中：h——基坑動水位至含水層底板深度，m；R——為單井影響半徑，m；r0——環(huán)行井點系統(tǒng)的引用半徑，m。2.3基坑抽水試驗2.3.1試驗方案的設(shè)計抽水井和觀測孔的基本布置：(1)抽水井a(chǎn).井徑井徑的大小必須符合一定的條件：適應(yīng)水泵并且要有適當?shù)拈g隙，以方便安裝和有效運轉(zhuǎn)；另外還要保證井的水力效率。本次試驗抽水井井管為打孔鋼管，外徑為250mm，內(nèi)徑為240mm。b.井深抽水井深度定為40m。c.礫石填料礫石填料厚度至少為8cm左右。(2)觀測孔a.孔徑觀測孔采用PVC管，其直徑為108mm。b.孔深此次抽水試驗2個觀測孔的深度均為20m。c.填料過濾器周圍空間采用粗砂填充。d.觀測孔距離多個觀測孔的距離應(yīng)由近到遠由密到疏。2.3.2抽水試驗要求（1）基本要求試驗開始前，應(yīng)根據(jù)抽水井設(shè)計和施工要求徹底清洗抽水井和觀察孔，以滿足抽水井的質(zhì)量要求。使用水表測量水流量時，使用秒表測量排水10m3所需的時間，精確到0.1秒，溫度和水溫讀數(shù)應(yīng)精確到0.5°C。每個抽水井和觀察孔應(yīng)在抽水試驗開始前測量自然水位。通常每1小時測量一次，連續(xù)測量三次的結(jié)果是相同的，或者當水位差在4小時內(nèi)小于2厘米時，方可作為抽水前的自然水位。對于地下水位受動態(tài)變化影響較大的地區(qū)，觀測時間不應(yīng)少于一天，觀測時間可為30至60分鐘。必要時，應(yīng)在泵送試驗受影響區(qū)域外的同一水文地質(zhì)單元中設(shè)置觀察孔，以掌握試驗期間地下水位的自然變化。自然水位觀測精度為0.5cm，觀測孔精度不大于0.5cm，抽水井移動水位觀測精度不大于1cm。如有必要，可以取水樣進行水質(zhì)分析。當泵送結(jié)束或泵送停止時，應(yīng)測量水位。還應(yīng)防止提取的水回流到泵送的含水層中。（2）穩(wěn)定抽水試驗穩(wěn)定泵送試驗通常應(yīng)進行3次或更多次泵送。每次下降之差不小于1m。對于含有大量或少量水的含水層，或更詳細的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)或精度要求，研究價值很小的含水層只能用于一次或兩次抽水。①抽水試驗的穩(wěn)定標準和水位流量的波動范圍a.出水量與動水位無持續(xù)上升或下降趨勢；b.當用水泵抽水時水位波動2-3cm，流量波動不大于3%時。觀測孔水位波動應(yīng)小于2-3cm。②水位穩(wěn)定延續(xù)時間要求a.卵石、礫石和粗砂含水層穩(wěn)定時間為4-8小時；b.中砂、細砂和粉砂含水層穩(wěn)定時間為8-16小時。一般穩(wěn)定持續(xù)時間應(yīng)根據(jù)抽水試驗的目的，現(xiàn)場水文地質(zhì)的研究程度以及水位的地質(zhì)條件而變化。如果該場地具有高度的水文地質(zhì)研究資料，只需確定滲透系數(shù)，穩(wěn)定的持續(xù)時間可能會更短。相反，在喀斯特地區(qū)或水位受潮汐影響的地區(qū)，應(yīng)延長穩(wěn)定期。（3）非穩(wěn)定抽水試驗①在抽水試驗前應(yīng)觀察天然水位，并準確測量抽水井與觀察孔之間的距離。非穩(wěn)態(tài)泵送測試通常僅執(zhí)行一次抽空，但需要三次或更多次泵送來確定井損失值，并且應(yīng)在每次泵送開始之前測量靜態(tài)水位。②抽水試驗的時間延續(xù)為了滿足計算的需要，應(yīng)根據(jù)觀測孔水位下降的半對數(shù)曲線和時間，即曲線確定非穩(wěn)態(tài)抽水試驗的持續(xù)時間。當曲線顯示拐點時，泵送測試應(yīng)繼續(xù)直到拐點，并且曲線看起來是平坦的。③動水位與出水量觀測對于非定常流動抽水試驗，在抽水開始的同時觀察所有抽水主孔，觀察孔移動水位和流速，抽水開始后，移動水位觀測時間應(yīng)為1，2，3，4，5，6，8，10，12，15，20，25，30，40，50，60，80，100，120分鐘觀測一次，后每30分鐘觀察一次，在5小時后每小時觀察一次，這樣每個觀察數(shù)據(jù)可以均勻地分布在曲線上。停泵后或由于某種原因，應(yīng)測量抽水井和所有觀察孔的回收水位，并從停工時間開始計算時間間隔。從泵送開始每隔一段時間觀察，直到水位恢復(fù)到自然水位。不穩(wěn)定的泵送試驗要求泵送流量保持在恒定值，并且在整個泵送期間的流量變化不大于1％。泵送開始后，每5-10分鐘觀察一次泵井的流動觀察，3-4次后，可以改為1-2小時。2.3.3抽水試驗分析選用鉆孔QK86、QK85、QK84作多孔抽水試驗，孔口高程1231.42m，孔深31.7m，孔徑φ130。鉆孔靜止水位-4.2m，靜止水位標高1227.22m。抽水泵置于13.8m處。單孔穩(wěn)定流抽水試驗作三次降深：S1=8.3m，Q1=3.25L/S；S2=4.7m，Q2=1.78L/S；S3=2.5m，Q3=0.82L/S。圖2.8降深試驗和井點布置本次抽水試驗參照現(xiàn)行《貴州省地方標準》（DB22/46—2004），作反向抽水，動水位觀測時間在開始抽水后第3、5、10、30、45、60、90分鐘進行觀測，以后每30分鐘觀測一次，在泵停止后立即進行水位觀察，并且觀察時間間隔與泵送測試的時間間隔相同。抽水試驗詳述在抽水試驗的綜合結(jié)果中。根據(jù)抽水試驗資料，降深及流量隨時間的過程曲線見Q-S曲線。Q-S曲線為拋物線特點，結(jié)合場地巖性特征可確定場地地下水為巖溶潛水，根據(jù)鉆孔水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)和區(qū)域水文地質(zhì)資料，抽水孔為潛水非完整井。據(jù)《水文地質(zhì)手冊》P546圖解法確定影響半徑，在抽水試驗中，特選用與抽水孔在同一線上的QK85、QK84作水位變化觀測孔。在直角坐標系上，將抽水孔與分布在同一直線上的各觀測孔的同一時刻所測得的水位連起來，沿曲線趨勢延長，與抽水前的靜止水位線相交，該交點至抽水孔的距離就是影響半徑，R=21.2m，見圖2.9及圖2.10所示。圖2.9空間流量時間曲線圖2.10影響半徑圖解按地下水動力學(xué)中單孔潛水非完整井考慮，滲透系數(shù)K按下列公式計算：（2-7）式中：Q—涌水量，m3/d，取值：Q=3.25L/s=280m3/dS—水位降深，m，取值：S=8.3mL—有效進水段長度，m，取值：L=12.8mR—影響半徑，m，取值：R=21.2m，由觀測孔資料確定。r—抽水孔半徑，m，取值r=0.065m。經(jīng)試驗及計算得：滲透系數(shù)k=1.71m/d。據(jù)建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程(JGJ120-2012)“均質(zhì)含水層潛水非完整井涌水量計算”的計算方法，場地地下水呈層流狀態(tài)，可選用如下公式：（2-8）式中：Q—基坑涌水量，m3/d。k—滲透系數(shù)，k=1.71m/d。h—基坑動水位至含水層底面的深度，h=50m。l—濾管有效工作部分的長度，l=3m。H0—潛水含水層厚度，H0=43.5m。R—降水影響半徑，R=21.2mr0—沿基坑周邊均勻布置井群所圍面積等效圓的半徑，基坑為矩形，r0=0.28（a+b）=69.02m經(jīng)計算Q=1833m3/d。2.4降水方案模擬分析通過理論分析和現(xiàn)場抽水試驗，對本場地的地下水的分布和滲流特征有了一定的認識，但針對本基坑的降水方案依然存在井點密集、施工難度大的問題，為此采用了數(shù)值方法對大范圍場地的地下水流場及基坑局部滲流規(guī)律進行了分析。2.4.1大范圍地下水流場模擬分析本工程采用VisualMODFLOW可視化軟件進行基坑降水模擬運算，MODFLOW可以模擬潛水、承壓水和隔水層中的穩(wěn)定流與瞬變流的情況。許多影響因素和水文過程，如河流、溪流、排水溝、水庫、作物蒸散量、降雨和灌溉入滲補給等，都可以用MODFLOW來模擬。該軟件具有水的質(zhì)點向前、向后示蹤流線模擬、任意區(qū)域的水均衡、簡化數(shù)值模擬數(shù)據(jù)前處理和后處理，將模擬的復(fù)雜性降到最小等特點。（1）計算數(shù)學(xué)模型地下水流模擬采用分塊均質(zhì)、各向異性、非穩(wěn)定三維分布參數(shù)地下水流數(shù)學(xué)模型，其數(shù)學(xué)表達形式如下：（2-9）式中：H（x，y，z，t）表示模擬區(qū)任一點（x，y，z）任一時刻t的水頭值（m）；Ω表示地下水滲流區(qū)域；S1為模型的第一類邊界；S2為模型的第二類邊界；Kxx，Kyy，Kzz分別表示x，y，z主方向的滲透系數(shù)（m/d）。w表示源匯項，包括降水入滲補給、蒸發(fā)、井的抽水量的排泄量（d-1）；μs表示貯水率（1/m）；H0（x，y，z）表示初始地下水水頭函數(shù)（m）；H1（x，y，z）為第一類邊界己知地下水水頭函數(shù)（m）；Q（x，y，z，t）為第二類邊界己知單位面積流量或單寬流量函數(shù)（m3/d·m2），零流量邊界或隔水邊界q=0。對于所研究的穩(wěn)定滲流場，根據(jù)變分原理可將上述邊值問題的求解等價于泛函的極值問題，可表達如下：（2-10）（2-11）對于各向同性介質(zhì)（即），且不考慮產(chǎn)水率時，則（2-12）式中是滲流場的整個區(qū)域，而為所求的水頭函數(shù)。滲流流量的計算計算滲流量的方法有很多種，Darcy滲流量計算的等效結(jié)點流量法進行的滲流量計算：（2-13）式中：Q為過流斷面上的流量；n為過流斷面上的結(jié)點數(shù)；表示對那些位于過流斷面一側(cè)的環(huán)繞結(jié)點i的所有單元求和；m為單元e的結(jié)點數(shù)；為單元e傳導(dǎo)矩陣中的傳導(dǎo)系數(shù)；為單元e第j個結(jié)點的水頭。模擬區(qū)東～西方向作為模型的x軸方向，長3500m，每50m劃分一個網(wǎng)格，南～北方向作為模型y軸方向，長2700m，每50m劃分一個網(wǎng)格；項目區(qū)周邊加密網(wǎng)格為25×25m；垂直于xy平面向上為模型z軸正方向，模擬范圍1190～1284m。根據(jù)含水介質(zhì)性質(zhì)及模型計算需求，垂向上概化為1層。圖2.11抽水計算模型（2）模擬相關(guān)參數(shù)根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料、本項目地質(zhì)勘察報告及模型參數(shù)經(jīng)驗取值（表2.4），本項目下伏含水層給水度設(shè)置為10%。表2.4給水度經(jīng)驗數(shù)據(jù)《水文地質(zhì)手冊》巖石名稱給水度（%）最大最小平均粘土502亞粘土1237粉砂19318細砂281021中砂321526粗砂352027礫砂352025細礫352125中礫261323粗礫261221粘土膠結(jié)砂巖322.5裂隙灰?guī)r0.8105.4根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料及本項目巖土工程勘察，本項目區(qū)內(nèi)年平均降雨量為1129.5mm/a。依據(jù)《鐵路工程水文地質(zhì)勘查規(guī)程》（TB10049-2004）提供的不同含水介質(zhì)降雨入滲經(jīng)驗值（表2.5）。本項目區(qū)碳酸巖巖溶含水層降雨入滲系數(shù)取0.10，降雨補給量Recharge設(shè)置為112.95mm。表2.5降雨入滲系數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)含水介質(zhì)λ含水介質(zhì)λ粉質(zhì)粘土0.01～0.02較完整巖石0.10～0.15粉土0.02～0.05較破碎巖石0.15～0.18粉砂0.05～0.08破碎巖石0.18～0.20細砂0.08～0.12極破碎巖石0.20～0.25中砂0.12～0.18巖溶微弱發(fā)育0.01～0.10粗砂0.18～0.24巖溶弱發(fā)育0.10～0.15圓礫（夾砂）0.24～0.30巖溶中等發(fā)育0.15～0.20卵石（夾砂）0.30～0.35巖溶強烈發(fā)育0.20～0.50完整巖石0.01～0.10（3）結(jié)果分析按照前述建立的數(shù)值模型、邊界條件和計算參數(shù)，以非穩(wěn)定流模型運行30a得到的流場作為初始滲流場，見圖2.12。圖中的等值線代表地下水位高程，根據(jù)模擬結(jié)果，受區(qū)內(nèi)地形地貌、地層富水性及水文地質(zhì)條件等因素控制，在地形較高地區(qū)地下水位埋深較大，而在地勢較低的大路槽溝位置，地下水位埋深較淺，這與當?shù)厮牡刭|(zhì)條件及實地調(diào)查結(jié)果相符。圖2.12初始滲流場結(jié)果根據(jù)本項目地質(zhì)勘察報告，本項目區(qū)地下水水位高程介于1229～1232m。初始數(shù)值模擬結(jié)果顯示本項目區(qū)地下水水位高程介于1229.5～1231.8m。模擬滲流場與實際地下水水位基本相同，進一步驗證了利用模型計算所得流場作為項目區(qū)初始滲流場基本合理。①地勘報告抽水推薦方案模擬為模擬設(shè)計推薦的抽水方案，本次于地勘報告建議的抽水井設(shè)置位置布設(shè)抽水井，以1833m3/d持續(xù)抽排地下水，持續(xù)基坑施工結(jié)束，抽水結(jié)果見圖2.13。圖中數(shù)字代表抽水井數(shù)目為32個，總計根據(jù)模擬結(jié)果，采用本項目最初設(shè)計的抽水方案持續(xù)抽水，項目區(qū)地下水水位將降至1219m以下（基坑最低高程位置以下2m），滿足本項目施工要求。但是由于所布置的井數(shù)目較多，會提高工程造價，造成不必要的浪費，故需要對抽水方案進行優(yōu)化設(shè)計。圖2.13地勘報告抽水推薦方案最終流場②初步優(yōu)化方案本項目在實際基坑降水過程中，為確保施工安全，對地勘推薦的基坑降水布井方案進行了優(yōu)化：于基坑外圍環(huán)基坑均勻設(shè)置18口抽水井，總抽水量按地勘報告推薦抽水量1833m3/d（單井抽水量設(shè)置為80～110m3/d），持續(xù)基坑施工結(jié)束。以上述布井及抽水方案進行基坑降水模擬，模擬結(jié)果見圖2.14。根據(jù)模擬結(jié)果，采用優(yōu)化后的基坑降水方案，項目區(qū)的地下水水位亦可降低至1219m以下（基坑最低位置以下2m），滿足本項目施工要求。綜上所述，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，本項目巖土工程勘察設(shè)計的基坑降水方案和項目優(yōu)化后的基坑降水方案，以滿足項目的要求，可滿足工程的施工要求。然而，與原計劃相比，優(yōu)化井計劃設(shè)定的抽水井數(shù)量減少，與原計劃相比，井位設(shè)置得以簡化。推薦優(yōu)化后的布井方案。圖2.14井降水滲流場2.4.2基坑局部降水模擬分析基坑外部降水效果采用了SEEP/W模擬分析，通過建立有限元模型，考慮地下水滲流場和基坑止水圍護的防護效果，重點對基坑內(nèi)部流場進行了分析。分別分析了三個典型斷面E-E、F-F和G-G，三個斷面的圍護止水結(jié)構(gòu)及地質(zhì)條件見圖2.15。圖2.15典型基坑圍護結(jié)構(gòu)斷面圖計算模型的土體參數(shù)選取如下：圖2.16土體及結(jié)構(gòu)計算參數(shù)土層名稱C（kPa）φ（°）重度γ（kN/m3）雜填土1.52719淤泥11.652.6414.55紅黏土36.736.116.54強風(fēng)化泥質(zhì)白云巖夾泥巖2002722.5中風(fēng)化泥質(zhì)白云巖夾泥巖7003924.5旋噴加固體354520.0鉆孔灌注樁303520.0旋噴止水帷幕303820.0得到基坑周圍三個典型斷面的地下水孔隙水壓分布如圖2.17所示。圖2.17典型基坑斷面降水后水位線由上述降水結(jié)果可知，采用外部降水井點雖然可以將坑外大部分區(qū)域地下水降低至預(yù)定位置，且通過止水帷幕將地下水控制住在基坑外部，但如E-E斷面部位的圍護結(jié)構(gòu)底部仍然存在高達40kPa的空隙水壓，一旦局部出現(xiàn)破損或者滲漏，地下水大量涌入坑內(nèi)的同時，還將造成局部土體崩塌，影響圍護結(jié)構(gòu)安全性，因此單純坑外降水并不能滿足施工要求。2.5坑內(nèi)外聯(lián)合降水技術(shù)2.5.1基坑外部降水施工參數(shù)確定后，如何確定管井施工工藝是一個關(guān)鍵工序。根據(jù)管井井點施工經(jīng)驗，采用鉆機鉆孔、管井吊裝的施工工藝，其中管井選用多孔鋼管，內(nèi)徑280毫米，外徑300毫米，每節(jié)管長0.90米。其施工工藝為：測量放樣鉆孔清除孔安裝回填過濾材料。管井施工是基坑降水的重要組成部分，必須嚴格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范進行精心施工，確保成功的井網(wǎng)質(zhì)量和降水。管井井點施工方法如下：1首先測量線路確定井位，采用旋轉(zhuǎn)鉆機-300型鉆孔;2鉆孔底部比管井設(shè)計底部深0.5米以上，管底部用搗固塊堵住;3使用無砂井管，礫石充滿井管和孔壁之間的礫石作為過濾層，粘土在地下0.5米范圍內(nèi)填充夯實。井管頂部應(yīng)比自然地面高0.5米;4鉆井完成后，立即清洗井，清除井壁上的泥漿，恢復(fù)含水層的孔隙;⑤洗井結(jié)束后，安裝井管。濾水管為內(nèi)徑300mm的混凝土濾水管；6泵安裝在管井中間。2.5.2基坑內(nèi)部降水周圍采取井點降水后進行基坑圍護結(jié)構(gòu)和止水帷幕施工，之后進行基坑開挖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工。由于本基坑的淤泥質(zhì)地層的存在，外部降水井點并不能完全達到預(yù)期降水效果，在基坑逐步開挖過程中，許多部位都出現(xiàn)了較為豐富的地下水，一方面嚴重影響了施工效率；另一方面也對后續(xù)筏板基礎(chǔ)的地基承載力造成了影響，此外還存在雨季大氣降水的可能性，因此坑內(nèi)降水是必不可少的工程措施。課題組綜合分析了基坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的施工順序和地下水分布規(guī)律，充分利用了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的低高程部位作為內(nèi)部集水坑，并在地層較高的西南角設(shè)置集水廊道，采用局部抽水的方法，共同控制地下水位。沿地下室基坑底四周設(shè)置500mm寬的排水溝，并間隔50m左右設(shè)置800mm×800mm×1000mm的集水坑，共計12個集水坑，集水坑內(nèi)設(shè)置污水泵（出水口徑φ70）將水抽到坑頂。排水溝和集水坑均采用M5水泥砂漿Mu15頁巖磚砌筑，20mm厚1：3水泥砂漿抹面。排水溝和集水坑石方采用人工鑿除，鑿除的石方同剩余石方一起外運出場。集水坑位置具體在實施過程中可以做適當調(diào)整，以實際實施的為準。由于在地下室底板施工前出水點多，需要反復(fù)移泵，清理疏通臨時水溝，根據(jù)前期明排降水經(jīng)驗，基坑明排降水時每日按3班，每班至少安排3個工人（技工）對排水系統(tǒng)進行操作和維護（清理疏通臨時水溝、移泵）；基礎(chǔ)底板施工完成后改為每日按3班，每班至少安排2個工人（技工）對排水系統(tǒng)進行操作和維護。圖2.18排水溝及集水坑結(jié)構(gòu)示意圖圖2.19基坑排水溝及集水坑降水同時還在局部存在較大滲水部位設(shè)置了集水桶，通過多級抽水泵將基坑內(nèi)部積水排至基坑外，具體見下圖所示。圖2.20局部集水桶由于基底持力層為中風(fēng)化泥巖，屬弱透水層，基礎(chǔ)在施工過程會有很小的明水，遇明水墊層施工固難、防水層無法施工，因此必須將明水排除。根