井點降水法在工程中的應用

劉樹群

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

工程降水即在基坑土方開挖的過程中，根據工程地質和水文地質條件，采取有效的排水或降低地下水位的措施，使基坑開挖和基礎施工達到無水狀態，以保證基礎施工的順利進行[1]。隨著地鐵、高層建筑等深基坑的施工需要，井點降水法在工程中應用越來越廣，尤其是在深井井點降水方面，目前最高降水深度達到20多m[2]。結合工程實例，對某工程深基坑降水進行論述。

1 工程概況及水文地質條件

某工程室內地坪高程為43.00 m，場地地形比較平坦，地面高程在42.85～43.15 m之間，設4層地下室，基礎埋深為-16.47 m。經勘查，場地表層1.00～3.20 m為人工堆積層①層，以下為第四紀沖洪積層，深度3.00～6.00 m左右為以粉土、黏性土為主的第②大層；深度6.00～10.00 m左右為以灰色—黃灰色為主的黏性土、粉土第③大層；深度10.00～13.00 m左右為以砂土為主的第④大層；深度13.00～19.00 m左右為以粉土、黏性土為主的第⑤大層，局部區域夾有砂層。深度19.00～25.00 m左右為以粉土、黏性土為主的第⑥大層，局部區域夾有砂層；深度25.00～27.00 m左右為以砂土為主的第⑦大層；深度27.00～33.00 m左右為以粉土、黏性土為主的第⑧大層。經鉆探揭露，地下水分為4層(見表1)。

表1 工程水文地質條件一覽

2 降水方案的選擇及計算參數的選取

2.1 方案選擇

根據水文地質條件，基坑開挖將穿越第一、二含水層，這兩個含水層水量較大，應采用大口徑降水井點。為確保槽底干燥，設計水位降至墊層底下1.0 m。根據本工程場區水文地質條件、工程地質情況、周圍環境綜合考慮，采用抽水管井為工作井點。在基坑四周設置抽水管井，用以疏干基坑內的地下水。由于地下水分布、動態特征及水力聯系復雜，加上降水周期短，地下水不會被完全抽干，夏季降水豐沛等因素的影響，基坑內局部地區仍會有大量滯水，應在基坑邊坡的含水層底板滲水部位埋設導水管，將殘余滯水引至坑內集水池，再用水泵將水排出坑外。

2.2 計算模型

場地地下水屬于潛水類型，故采用均質含水層潛水完整井模型進行設計計算[3]。計算模型見圖1。

圖1 均質含水層潛水完整井模型

該模型基坑降水的涌水量計算公式為

式中Q——基坑涌水量/(m3/d)；

k——滲透系數/(m/d)；

S——基坑水位降深/m；

H——潛水含水層厚度/m；

R——降水影響半徑/m；

r0——基坑等效半徑/m。

2.3 計算參數

滲透系數是降水計算中的一個關鍵參數，其取值是否符合實際，直接影響到基坑涌水量、單井涌水量的計算結果，從而影響降水設計和降水效果[4]。

滲透系數根據抽水試驗公式按下式計算

式中q——單位時間內抽水井內抽出的水量；

K——滲透系數；

r1——降水井中心到較近觀測孔之間的距離；

r2——降水井中心到較遠觀測孔之間的距離。

現場抽水試驗測滲透系數見表2。

表2 工程水文地質條件一覽

基坑等效半徑是計算基坑涌水量的一個中間變量，采用不規則塊狀基坑，基坑等效半徑應按下列公式計算

式中A——基坑面積。

降水半徑的確定采用庫薩公式求得

式中R——降水影響半徑/m；

S——水位降低值/m；

k——土的滲透系數/(m/d)；

H——含水層厚度/m。

根據本工程水文地質條件，S=10.0 m，k=5.00 m/d，地下水位高程按41.7 m考慮，取H=16.5 m。

2.4 基坑總涌水量及單井出水量的計算

基坑總涌水量

根據本工程水文地質條件,計算得

根據《建筑與市政降水工程技術規范》，在降水設計中，單井出水量應小于單井出水能力。

計算公式為

式中q——管井出水能力/(m3/d)；

d——過濾器外徑/mm；

α′——與含水層滲透系數有關的經驗系數，根據含水層滲透系數及含水層厚度綜合取值為130[5]；

l——過濾器淹沒段長度/m，計算得

3 降水井參數設計

3.1 降水深度

H≥H1+h+iL+l+l1+l2

式中H——管井的埋深深度/m;

H1——管井埋設面至基曹底面的距離/m;

h——基坑中央最深挖掘面至降水曲線最高點的安全距離/m;

i——降水曲線坡度;

L——管井中心至基坑中心的短邊距離/m;

l——濾管有效長度/m;

l1——沉砂管長度/m;

l2——井拖高度/m。

根據本工程條件計算得：H=26.5 m

3.2 降水井井點數量n的確定

n=1.1Q/q

式中Q——基坑總涌水量/(m3/d);

q——設計單井出水量/(m3/d)

計算得：n=1.1×2 708.53/73.85=40.34=40.34

為加快降水工期，保證降水效果，采用64眼降水井，其中包括20眼自滲井，主要設置在局部加深的部位。周邊管井間距a=l/(n-1)=440/(65-1)=6.85 m。降水井平面布置見圖2。

圖2 降水井平面布置

3.3 單井構造設計

根據前面計算結果及分析，設定降水井孔深為26.5 m，自滲井深46 m，孔徑600 mm；井管采取直徑400 mm的水泥礫石濾水管，井管外填入2～4 mm的礫石濾料；水泵根據根據流量和降深要求，選擇流量為10～15 m3/h、揚程大于25 m的潛水泵作為抽水用泵。

3.4 排水管網設計

排水總管線采用直徑200 mm PVC管，根據現場排水出口位置，沿降水井邊布置。排水管線坡度不小于1‰。在將污水排入市政排污管之前應進行泥砂沉淀工作。

4 結束語

在詳細地質及水文資料的基礎上詳細分析和確定了該工程的降水方案，合理采用了管井降水的施工方法，并且應用抽排與自滲相結合的手段。在具體的實施過程中，還要充分考慮降水對周圍地基的沉降影響，尤其是在周邊有高層大型建筑時[7]。還要注意降水對基坑本身的影響，在進行降水施工的同時，注意保護邊坡的穩定性[8]。

[1] 劉朝斌.基坑支護于降水工程[M].北京：中國建筑工業出版社，1992：19-20

[2] 陳仲頤，葉書麟.基礎工程學[M].北京：中國建筑工業出版社，1990：404-410

[3] 黃生根，張希浩，曹輝.地基處理與基坑支護工程[M].北京：中國地質大學出版社，1999：278-279

[4] 王偉龍.基坑工程施工[M].武漢：武漢工業大學出版社，1999：100-104

[5] 曹所江.大型基坑降水流線方程的求解與降水設計[J].城工學院學報:自然科學版,2006， 19(3):60-61

[6] 中華人民共和國建設部 JGJ 120—99建筑基坑支護技術規程[S].北京：建筑工業出版社，2005

[7] 中華人民共和國建設部 JGJ/T111—98建筑與市政降水工程技術規范[S].北京：建筑工業出版社，2005

[8] 王建.對深基坑井點降水理論與其在實際應用中某些問題之淺見[J].北京建筑工程學院學報，1997(13)：15-17