真空深井井點在深基降水中的應用

李春林　李朋斌

摘要：真空深井井點降水的優點是降水半徑大、降水深度較深、設備投資少、結構簡單、操作方便等。文章對真空深井井點在深基降水中的應用進行了探討。

關鍵詞：真空深井井點；深基降水；輕型井點；深井井點；隧道施工 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU463 文章編號：1009-2374（2015）19-0052-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.025

1 井點降水技術的發展歷史

國外第一個有記錄的降水實例，是用在豎井中將水抽去，在倫敦伯明翰鐵路的基爾斯比（Kilsby）隧道的施工中，就是采用的豎井降水，這些沿線布置的豎井抽水總量為430m3/hr，這就是國外第一個有記錄的降水實例。隨著工業的發展，最初采用豎井，1896年在建造柏林地下鐵路時第一次采用深井降水，到了20世紀30年代采用雙閥式自沖井點，以后又實行配套化，在建造大壩時，已采用四～五級井點系統。20世紀50年代，噴射井點參與到了降水的行列。

井點系統和深井相配合，用深井作為下臥承壓水層的降水減壓井，亦不乏其例。近年來，由于采用機械化連續作業等，常交叉采用井點系統、噴射井點和深井。

在我國解放后，隨著社會主義建設的發展，1951年進行了井點系統的小型試驗并獲成功。1952年首先應用于實際工程，亦獲得成功。到了20世紀60年代發展了噴射井點取得了成功，并應用于較深的土方工程中。20世紀70年代又相繼發展了水射泵和隔膜泵井點，另外在一些工程中用電滲降水也取得了成功。

2 真空深井井點的產生

表1

在1990年初寶鋼集團承建的上海市地鐵徐家匯車站的工程中就采用了真空深井井點降水，并獲得了良好的效果和實用專利。2005年承擔的昆山某工程，由于深基坑處在廠房中間，廠房基坑的挖土深度在9.10m，寬度在25.75～28.0m之間，這樣的深度及寬度在廠房內采用放坡的挖土方案是不可能的（基坑的基礎采用SMW工法樁作為圍護結構的）。目前，國內井點降水類別及范圍如表1所示。

從表1可以看出，采用單一的降水方法是有一定的局限性，采用多級的降水方法又滿足不了施工的要求。對于滲透系數在1×10-8m/s以下的土壤降水顯然沒有什么好辦法。例如：1985年在寧波經濟技術開發區的建設中，管溝的施工中其挖土深度僅為5m，采用普通輕型井點降水，在降水的過程中出現了倒流現象；1989～1990年在天津某鋼廠的建設中，采用噴射井點降水，同樣也出現了倒流現象，最后只能采用深井井點降水，其降水周期長達80余天，方見效果。

3 工廠的土質主要物理特性和指標（地質資料）

表2

工程地質亞層 層底

標高 層厚 重度（kN/m3） 摩擦角φ（°） 內聚力c（kPa） 滲透系數

k20

層號 名稱 10-6cm/s

① 填土 -1.3 0.7 18.3 7.8 20

② 粉質黏土 -2.3 1 18.5 9 21

③ 淤泥質粉質黏土 -6.6 4.3 18.3 8.3 16.4

④1 黏土 -10.6 4 19.7 9.6 43.7 5.793

④2 粉質黏土 -13.6 3 18.4 10.1 27.6 2.795

④3 淤泥質粉質黏土 -15.1 1.5 17.8 11.1 13.9 2.345

⑤ 粉十夾粉砂 -19.1 4 18.3 16.7 11.5 4.295

⑥ 粉十夾粉質黏土 -21.1 2 18.6 12.8 12.8 1.397

⑦ 粉十 -31.1 10 18.5 16.2 9.9 4.328

擬建筑區靜止水位在距地表1.00～1.20m，其相應的吳淞高程為2.16～2.36m。

由表2可以看出，擬建工廠30m以內均為軟土分布。

第③軟土層屬淺海相沉積，含黑色腐植質，部分夾薄層粉砂，軟塑-流塑，低滲透，高靈敏度，屬高壓縮土。

第④1、④2層土，不存在任何局部薄粉細砂層，排滲水性能更弱，按工程開挖空間土質的下部均為淤泥質土，其厚度大，且分布普遍、具有高含水量、大孔隙比、低滲透性的特點，并且土質易膨脹、流變，抗剪強度隨時間而降低，第④1、④2層卸荷時極易產生滑動。

根據以往的降水經驗，根據井點的特性開發出真空深井井點。

4 真空深井井點的結構特點和原理

真空深井井點是輕型井點和深井井點的結合產物，其結構原理如圖1所示。昆山某工程深基坑采用的是鋼管總長18m，Φ406×10鋼管底部用鋼板密封，上部用鋼蓋板密封，井點管的下部設有過濾孔，濾頭的外部由濾網包裹，管內設有一臺潛水泵，排水管與蓋板上的出水管相連。

圖1 圖2

在井點管周圍填滿濾料，深井系統與真空系統相連接，開啟真空泵抽真空，并定時進行抽水。

5 降水效果

Q=πdLk1/2/15

式中：

Q——單根井點最大出水量，m3/s

d——過濾器的直徑，m

L——過濾器的長度，m

k——滲透系數，m/s

井點管長18m，在濾頭部位為灰色黏土，取其濾頭長度為6m，滲透系數為2.345×10-8m/s，過濾器直徑d=0.406m，計算得出：單根井點的最大出水量是6.8m3/d。經過一段時間抽水的記錄發現實際出水量，開始每日3.2m3，以后逐漸降低為每日1.0m3。其日出水量和時間的關系如圖2所示。

在開挖前對基坑的降水效果進行了驗算，根據潛水井水位高度計算公式來對此進行驗算：endprint

Z2=H2-Q[lgR-1/n×lgr1·r2·r3……rn]/1.366×k

式中：

Z——任意兩點的水位高度，m

H——含水層厚度，m

k——滲透系數，m/d

Q——井點的流量，m3/d

R——井點影響半徑，m

r1、r2——任意點距兩井的距離，m

首先計算兩點的理論高度，示意見圖3：

圖3

根據經驗得知，當井的影響接近于0.95H的地方，可作為井點的影響半徑。故此：

R=0.95H=0.95×含水層厚度

含水層厚度的計算，由于土的滲透系數很小，深井可作為完全井計算。

H=井點的深度-地下水位距地表的厚度

地下水位距地表為1.00～1.20m，故可取平均值，為1.10m。

所以：

H=（18+1）-1.10=17.1m

R=0.95H=16.25m

由前式可知：

Q=6.8m3/d=7.87×10-5m3/s

k取（2.345×10-8m/s+4.295×10-8m/s）/2=3.32×10-8m/s=2.86848×10-3m/d。

兩井的距離為17m，在整個工程中共設10口井，取其中任意兩點r1=r2=a/2=8.5m。

代入公式計算得出Z=6.87m。

再取兩井間最遠距離，r1=r2=b=8.9m，計算得出Z=8.14m，這樣理論上得知降水的深度分別為11.13m及9.86m。

抽水后又根據實際出水量進行了驗算，得出上述兩點的降水深度為10.23m及9.1m。

在開挖后，發現兩種計算值均偏大，降水效果低的原因很多，主要是：（1）主體結構由圍護結構阻擋地下水的進入；（2）施工過程中的施工質量；（3）現場突發性事件，如停電、停水等。

盡管如此，在整個深基坑的土方施工中，真空深井井點的降水效果還是達到了預期的效果。

6 結語

井點降水的特點有：降低地下水位；增加土的抗剪應力；利用降水時的真空效果增加地基的承載力。

真空深井井點降水的優點有：降水半徑大、降水深度較深、設備投資少、結構簡單、操作方便等；缺點有：施工難度較大、安裝復雜、材料耗費較大、井點回收困難等。

真空深井井點的改進措施：根據其安裝復雜的缺點應進行一些改進，如將井管改為無砂管等。

參考文獻

[1] 孫更生，鄭大同.軟土地基與地下工程[M].北京：中國建筑工業出版社，1984.

[2] 李伯寧.中國土木工程手冊[M].上海：上海科學技術出版社，1989.

作者簡介：李春林（1962-），男，山東淄博人，上海寶冶集團有限公司工程師，研究方向：施工技術；李朋斌（1974-），男，陜西渭南人，上海寶冶集團有限公司高級工程師，研究方向：施工技術。

（責任編輯：陳 倩）endprint