地质灾害与环境环境
JOURNAL OF GEOLOGICAL HAZARDS AND ENVIRONMENT PRESERVATION
　1999年　第10卷　第4期　Vol.4　No.12 1999



地下水水位预测在深基坑工程中的应用
王俊杰　张慧萍
摘要：通过地下水水位预测，能够确定从降水井合笼到基坑开挖时的日期、开挖速度，可调整降水井的布局，确定最佳降水方案。结合工程实例，阐述地下水水位预测在深基坑降水方案设计中的应用，具有较好的实用价值。
关键词：人工降水；水位预测；水位降深；优化设计
中图分类号：TU46+ 3
文献标识码：A
文章编号：1006-4362(1999)04-0063-04
THE APPLICATION OF GROUNDWATER
TABLE PREDICATION IN DEEP FOUNDATION EXCAVATION
Wang Junjie　Zhang Huiping
(Shandong Technological Academy of Water Conservancy,Taian　271000)
Abstract：To determine the time between the finish of dewatering wells and excavation of foundation pit,the excavation velocity,the layout of dewatering wells and the best plan of dewatering,the predication of groundwater table must be done.This article introduces how to apply the predication of groundwater table in the deep foundation ditch dewatering engineering.The application is of good practical value.
Key words：artificial dewatering;predication of water table;drawdown of water table;optimum design
　　随着城市建设的发展，高层或超高层建筑深基坑工程越来越多。人工降低地下水位，不仅能使基坑开挖施工在干燥的环境中进行，从而有利于机械化施工，达到多快好省的目的，而且还能增加深基坑边坡的稳定性。如果降水效果不好，可能造成基坑无法顺利开挖或延误开挖时间，有时甚至在开挖过程中或开挖之后短时间内造成边坡失稳。因此，人工降水是保证深基坑开挖的基础工作。为了加快高层建筑的建设速度，保证降水效果良好，同时节约投资，降水方案应作到经济、合理。为此，必须对深基坑开挖的降水问题进行水位预测。
1　基本公式
　　深基坑人工降水的水位预测，一般是应用地下水动力学中的稳定流和非稳定流潜水完整井与承压水完整井干扰井群公式。这里仅列出潜水完整井干扰井群公式，即：
　　(1) 稳定流
　(1)
或
　(2)
　　(2) 非稳定流
　(3)
或
　(4)
式中，h为计算点潜水含水层厚度(即计算点水位)；H为降水前潜水含水层的初始厚度(初始水位)；S为计算点处水位降深；K为渗透系数；T为导水系数；Qi为第i眼降水井的抽水流量；Q为对计算点有影响的各井流量总和；n为抽水井个数；R为影响半径；ri为从计算点到不同抽水井的距离；W(ui)为井函数。
2　工程实例及水位预测
　　(1) 工程概况：　山东省济南市某工程基坑长50 m，宽38 m，基本呈矩形，开挖深度-8.9 m。基坑支护方式为土钉加预应力锚杆。基坑所处的地质条件自上而下为：
　　① 杂填土，厚2.0～3.0 m；② 粉质粘土，可塑—硬塑，厚2.0～4.5 m；③ 粉质粘土，夹碎石透镜体，厚2.0～3.0 m；④ 碎石粘土，厚4.0～5.0 m；⑤ 胶结砾岩，厚5.0～6.5 m；⑥ 全风化辉长岩，厚3.0～4.0 m；⑦ 中强风化辉长岩。
　　地下水位埋深2.5 m左右。据上述条件，在基坑周围共布13眼井，井距13.0～14.0 m，井径0.4 m，井深18.0 m。
　　(2) 开挖日期的预测：　合理确定从降水井合笼开始降水，到基坑开挖的日期是很重要的问题。过早开挖会出水，造成停工；过晚开挖则影响施工进度，造成浪费。为解决此问题，可以利用非稳定流的Theis公式对降水进行预测，从而确定开挖日期，这里用式(4)进行基坑中心孔不同时刻的水位预测。水位降深预测结果与实测结果见图1。由图1可知，从降水井合笼后11天可以开挖。即基坑中心11天的水位降深为6.5 m，加上埋深2.5 m，共计9.0 m，完全满足开挖深度8.9 m的要求。实践证明，此日期开挖没有出现任何问题。


图1　基坑中心孔水位预测曲线与实测曲线对比图
Fig.1　The contrast of predicative curve with measured curve of groundwater table in the central well of foundation ditch
　　(3) 地下水水位降深的预测：　了解基坑内外不同时刻地下水水位的变化，可指导基坑开挖和调整井的布局，优化降水方案。
　　① 利用群井非稳定流的Theis公式进行预测
　　利用潜水完整井群井非稳定流的Theis公式，可以预测基坑内外不同地点不同时刻的地下水水位降深，这里用式(4)预测开始降水后5天，15天基坑内外的地下水位，见图2，图3。


图2　基坑降水5天等水位线图
Fig.2　Isobaths of groundwater table on the
fifth day
1.基坑；2.等水位线(以下各图同此)


　图3　基坑降水15天等水位线图
Fig.3　Isobaths of groundwater table on
the fifteenth day
　　② 利用群井稳定流的Dupuit公式进行预测
　　利用潜水完整井群井稳定流的Dupuit公式，可以预测基坑内外最终稳定时的地下水水位降深。通过此水位降深可以看出降水能否满足要求，若不能满足要求，则要对方案进行调整、优化。这里用式(2)对最终稳定时的地下水水位进行预测，结果见图4。


图4　基坑降水预测稳定时等水位线图
Fig.4　The isobaths of groundwater table after the dewatering is stable
　　(4) 利用水位预测，确定开挖速度：　利用非稳定流群井的Theis公式，可以预测基坑内某一点不同时刻的水位降深曲线(参见图1)，利用此曲线可以指导分层开挖及开挖的速度 ，同时结合基坑支护对开挖的要求，以及工程施工方面挖土机及运输车辆的数量及能力，可对方案进行调整。
　　(5) 利用水位预测，确定基坑降水对邻近建筑物的影响：　基坑降水会引起邻近建筑物处地下水水位的下降，进一步引起建筑物沉降。利用稳定流群井的Dupuit公式可以预测邻近建筑物处地下水在降水稳定时的水位降深，结合土力学理论，可计算出建筑物因降水引起的沉降变化，以确定基坑降水对邻近建筑物的影响。
　　(6) 利用水位预测，优化降水方案：　设计的降水方案能否满足基坑开挖施工的要求，除需要有合理的井数、井距和井深外，还要满足从降水井合笼到基坑开挖的日期，以及整个基坑开挖时间和分层开挖时间的要求。为达到这些目的，需对降水方案依非稳定流群井的Theis公式和稳定流群井的Dupuit公式进行地下水水位降深预测。根据预测结果，调整降水方案；再预测，再调整；直到满足要求。通过这样调整的降水方案，就是最优方案。
3　结论
　　(1) 基坑降水在整个深基坑工程中占有重要地位，必须引起足够重视。
　　(2) 经济合理的降水方案，是基坑顺利开挖的基本保证，同时可以改善基坑边坡岩土体的岩土工程特性，从而降低工程费用。因此，最优降水方案是每一位降水工程设计者的奋斗目标。
　　(3) 水位预测在降水方案设计中的应用，使最优降水方案的设计和基坑开挖的信息化施工得以实现。既可保证工程质量，又可节约投资，具有较好的社会效益和经济效益。
　　(4) 水位预测的计算工作量很大，必须借助计算机进行预测。
　　对于含水层为承压含水层的情况，可以利用稳定流与非稳定流的承压水完整井群井的公式进行预测。
第一作者简介：王俊杰，男，1973年生于甘肃陇西。1998年毕业于兰州大学地质系，获岩土工程硕士学位。现从教于山东水利专科学校。
作者单位：王俊杰　张慧萍　山东水利专科学校，泰安　271000
参考文献
［1］　薛禹群 主编.地下水动力学原理［M］.北京：地质出版社，1986.
［2］　龚晓南，高有潮 主编.深基坑工程设计施工手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998.
收稿日期：1999-06-07
