井點(diǎn)降水法在工程中的應(yīng)用

劉樹群

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)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(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)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(chǔ)施工達(dá)到無水狀態(tài)，以保證基礎(chǔ)施工的順利進(jìn)行[1]。隨著地鐵、高層建筑等深基坑的施工需要，井點(diǎn)降水法在工程中應(yīng)用越來越廣，尤其是在深井井點(diǎn)降水方面，目前最高降水深度達(dá)到20多m[2]。結(jié)合工程實(shí)例，對某工程深基坑降水進(jìn)行論述。

1 工程概況及水文地質(zhì)條件

某工程室內(nèi)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(shè)4層地下室，基礎(chǔ)埋深為-16.47 m。經(jīng)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(jì)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(qū)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(qū)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(jīng)鉆探揭露，地下水分為4層(見表1)。

表1 工程水文地質(zhì)條件一覽

2 降水方案的選擇及計(jì)算參數(shù)的選取

2.1 方案選擇

根據(jù)水文地質(zhì)條件，基坑開挖將穿越第一、二含水層，這兩個(gè)含水層水量較大，應(yīng)采用大口徑降水井點(diǎn)。為確保槽底干燥，設(shè)計(jì)水位降至墊層底下1.0 m。根據(jù)本工程場區(qū)水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)情況、周圍環(huán)境綜合考慮，采用抽水管井為工作井點(diǎn)。在基坑四周設(shè)置抽水管井，用以疏干基坑內(nèi)的地下水。由于地下水分布、動態(tài)特征及水力聯(lián)系復(fù)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(nèi)局部地區(qū)仍會有大量滯水，應(yīng)在基坑邊坡的含水層底板滲水部位埋設(shè)導(dǎo)水管，將殘余滯水引至坑內(nèi)集水池，再用水泵將水排出坑外。

2.2 計(jì)算模型

場地地下水屬于潛水類型，故采用均質(zhì)含水層潛水完整井模型進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算[3]。計(jì)算模型見圖1。

圖1 均質(zhì)含水層潛水完整井模型

該模型基坑降水的涌水量計(jì)算公式為

式中Q——基坑涌水量/(m3/d)；

k——滲透系數(shù)/(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(jì)算參數(shù)

滲透系數(shù)是降水計(jì)算中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，其取值是否符合實(shí)際，直接影響到基坑涌水量、單井涌水量的計(jì)算結(jié)果，從而影響降水設(shè)計(jì)和降水效果[4]。

滲透系數(shù)根據(jù)抽水試驗(yàn)公式按下式計(jì)算

式中q——單位時(shí)間內(nèi)抽水井內(nèi)抽出的水量；

K——滲透系數(shù)；

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(yuǎn)觀測孔之間的距離。

現(xiàn)場抽水試驗(yàn)測滲透系數(shù)見表2。

表2 工程水文地質(zhì)條件一覽

基坑等效半徑是計(jì)算基坑涌水量的一個(gè)中間變量，采用不規(guī)則塊狀基坑，基坑等效半徑應(yīng)按下列公式計(jì)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(shù)/(m/d)；

H——含水層厚度/m。

根據(jù)本工程水文地質(zhì)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(jì)算

基坑總涌水量

根據(jù)本工程水文地質(zhì)條件,計(jì)算得

根據(jù)《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》，在降水設(shè)計(jì)中，單井出水量應(yīng)小于單井出水能力。

計(jì)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(shù)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)含水層滲透系數(shù)及含水層厚度綜合取值為130[5]；

l——過濾器淹沒段長度/m，計(jì)算得

3 降水井參數(shù)設(shè)計(jì)

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(shè)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(diǎn)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(jù)本工程條件計(jì)算得：H=26.5 m

3.2 降水井井點(diǎn)數(shù)量n的確定

n=1.1Q/q

式中Q——基坑總涌水量/(m3/d);

q——設(shè)計(jì)單井出水量/(m3/d)

計(jì)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(shè)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(gòu)造設(shè)計(jì)

根據(jù)前面計(jì)算結(jié)果及分析，設(shè)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(jù)根據(jù)流量和降深要求，選擇流量為10～15 m3/h、揚(yáng)程大于25 m的潛水泵作為抽水用泵。

3.4 排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)

排水總管線采用直徑200 mm PVC管，根據(jù)現(xiàn)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(yīng)進(jìn)行泥砂沉淀工作。

4 結(jié)束語

在詳細(xì)地質(zhì)及水文資料的基礎(chǔ)上詳細(xì)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(yīng)用抽排與自滲相結(jié)合的手段。在具體的實(shí)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(shí)[7]。還要注意降水對基坑本身的影響，在進(jìn)行降水施工的同時(shí)，注意保護(hù)邊坡的穩(wěn)定性[8]。

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

[2] 陳仲頤，葉書麟.基礎(chǔ)工程學(xué)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990：404-410

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

[4] 王偉龍.基坑工程施工[M].武漢：武漢工業(yè)大學(xué)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(shè)計(jì)[J].城工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006， 19(3):60-61

[6] 中華人民共和國建設(shè)部 JGJ 120—99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京：建筑工業(yè)出版社，2005

[7] 中華人民共和國建設(shè)部 JGJ/T111—98建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：建筑工業(yè)出版社，2005

[8] 王建.對深基坑井點(diǎn)降水理論與其在實(shí)際應(yīng)用中某些問題之淺見[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1997(13)：15-17