管井降水技術在基坑地下水控制工程中的應用

王麗

摘 要：在基坑地下水控制方式中，管井降水技術成熟、施工便捷、效果顯著，已經成為大部分基坑工程的首選地下水控制方式，本文對管井降水技術從設計和施工角度分別闡述和分析，選取合理的地質參數進行設計，采取可靠的成井工藝進行施工，保證了良好的施工降水效果，同時對管井降水技術也提出了一些合理建議和優化思路。

關鍵詞：管井;降水;基坑;地下水控制

中圖分類號：TU463 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0139-02

0引言

隨著城市建設的發展，地下工程規模、深度越來越大，受復雜地質條件的影響，地下水對地下工程的施工影響越來越大，如地下水控制措施選取不當，則可能造成地下工程無法正常施工，甚至對周邊環境造成較大的影響。管井降水做為一種施工便捷、技術成熟、效果顯著的降水技術，在越來越多的基坑工程中得到了廣泛的應用，并且取得了良好的降水效果，滿足了工程需求，取得了較好的社會效益和經濟效益。

1工程概況

擬建某住宅小區工程，位于北京市通州區，地上6層，地下2層，鋼筋混凝土框架結構，基礎采用梁板式筏型基礎。本工程±0.00=22.50m，場地平整后地面標高為20.5m，基坑槽底標高9.85m，基坑開挖深度10.65m，采用“護坡樁+錨索”支護結構。

2工程地質及水文地質條件

2.1場區工程地質條件

根據勘察報告，按成因年代分為人工堆積層、新近沉積層和第四紀沖洪積層三大類，地層巖性及其特點自上而下依次為：

人工堆積層：

粉質粘土-粘質粉土填土①層：黃褐，松散-稍密，稍濕-很濕，含磚灰渣、瓦片、植物根、樹根，局部為耕植土。

新近沉積層：

粉質粘土-重粉質粘土②層：褐黃（暗）-黃褐，很濕，可塑，含云母、氧化鐵，局部夾粉土、粉砂薄層，土質不均勻。

粘質粉土-砂質粉土②1層：褐黃，中密，很濕，含云母、氧化鐵，土質不均夾粉質粘土薄層，分布不均勻。

（有機質）重粉質粘土-粘土②2層：褐灰，濕，可塑-軟塑，含云母、氧化鐵、有機質，夾有機質粉質粘土，土質不均。

粉細砂②3層：褐黃色，稍密，很濕，含少量分解的植物根、石英、長石，局部夾砂質粉土薄層，僅在局部分布或呈透鏡體分布。

細砂③層：褐黃-灰黃、局部灰，稍密-中密，很濕，含云母、石英、長石，局部夾粉土薄層，分布連續。

第四紀沖洪積層：

細砂-中砂④層：灰黃-灰，中密-密實，很濕，含云母、石英、長石，局部含少量圓礫，分布連續;

細砂-中砂⑤層：灰黃-黃灰，很濕，含云母、石英、長石，局部含圓礫;

細砂-中砂⑥層：黃灰-淺灰，密實，很濕，含云母、石英、長石，細砂為主，局部夾粉土薄層;

粉質粘土-重粉質粘土⑥1層：黃灰，很濕，可塑，含云母、氧化鐵，分布較連續;

粉質粘土-重粉質粘土⑦層：黃灰-灰，很濕，硬塑-可塑，含云母、有機質，分布較連續。

2.2場區水文地質條件

勘察期間在30m深度以上揭露一層地下水，為第四系孔隙潛水。潛水水位埋深約為6.6m，靜止水位標高約為13.9m，含水層巖性主要為粉細砂②3層、細砂③層、細中砂④層及細中砂⑤層。

場區地下潛水主要接受大氣降水、地表水的垂直入滲、管線滲漏、地下水側向逕流、越流補給，并以地下逕流、越流為主要排泄方式。該層地下水的年內動態與大氣降水及農田灌溉密切相關。

3地下水控制方案選取

根據《北京市建設工程施工降水管理辦法》，自2008年3月1日起，本市所有新開工的工程限制進行施工降水。建設單位或者施工單位應當采用帷幕隔水方法，隔斷地下水進入施工區域。因地下結構、地層及地下水、施工條件和技術等原因，使得采用帷幕隔水方法很難實施或者雖能實施，但增加的工程投資明顯是不合理的，施工降水方案經過專家評審并通過后，可以采用管井、井點等方法進行施工降水。

按《北京市建設工程施工降水方案專家評審細則》相關要求，滿足“對于明挖基坑，基底位于含水層水位之下，且基底以下5m之內無適當的隔水層”條件時，可判定為“阻水方案技術不可行”，允許采用降水方案[1]。

根據勘察資料，對本工程場區地層進行概化后如圖1所示，本工程基坑槽底標高為9.85m，基坑槽底位于潛水含水層細砂③中，位于潛水水位標高之下，潛水含水層底板標高為-7.90m，基坑槽底距含水層底板為17.75m，滿足基底以下5m之內無適當隔水層的判定條件，所以本工程判定為“阻水方案技術不可行”，可采用降水方案。結合周邊類似工程施工經驗，本工程最終選取技術成熟、施工便利、降水效果好的管井降水方案。

4管井降水方案設計

4.1基坑涌水量計算

（1）依據勘察報告及結構資料進行基坑涌水量計算，選用的地質參數見表1。

（2）選用降水計算模型。

根據上述基本參數，參照地質概化圖進行基坑涌水量計算。

選用“潛水非完整井”計算模型[2]，公式如下：

式中：

Q-基坑降水總涌水量（m3/d）;

k-滲透系數（m/d）;

H-潛水含水層初始厚度（m）;

h-降水后剩余含水層厚度（m）;

R-降水影響半徑（m），對潛水;

r0-基坑等效半徑（m），。

計算過程如下：

B/L=48/131=0.366，取η=1.14，則r0=1.14×（131+48）/4=51.015m

根據地質概化圖，H=21.8m，h=21.8-5.05=16.75m，hm=（21.8+16.75）/2=19.275m

R=2×5.05×（12×21.8）^0.5=163.36m

Q=1.366×12×（21.8×21.8-16.75×16.75）/（lg[（163.36+51.015）/51.015]+（16.75-5）/5×lg（1+0.2×19.275/51.015））=4573.04m3/d

4.2降水設計參數

通過以上分析及計算，確定本次降水設計參數見表2。

說明：（1）管徑為：外徑/壁厚;（2）潛水泵泵量10～15m3/h，施工中可根據實際出水量，對潛水泵量做相應調整以滿足排水需要。

5管井施工工藝及技術要求

定井位：根據設計方案提供的井位圖、地下管線分布圖的位置，在保證降水效果的情況下，對井位和井間距做適當的調整。正常情況下井位偏差≤50mm，若遇特殊情況（比如地下障礙、地面或空中障礙）需調整井位時，應及時通知技術人員在現場調整。

埋設護筒：為避免鉆進過程中循環水流將孔口回填土沖塌，鉆孔前埋設鋼護筒。護筒外徑0.8m，深度視地層情況而定。在護筒上口設進水口，并用粘土將護筒外側填實。護筒必須安放平整，護筒中心即為降水井中心點，當上部回填土顆粒較大時，則采用人工挖孔護壁，防止鉆孔內漿液的流失，保證鉆進正常進行。

壘砌泥漿池：在不具備挖設泥漿池的情況下，為保證鉆進過程中水流循環及保存鉆孔出渣，并且不破壞現狀路面，在路面壘砌單井體積1.5倍的泥漿池，泥漿池底部鋪墊塑料布防止滲水。

鉆機就位、調整：鉆機就位時調整鉆機的平整度和鉆塔的垂直度，對位后用機臺木墊實，以保證鉆機安裝平穩。

鉆孔：在鉆孔過程中保證孔內泥漿液面高度與孔口平，嚴防塌孔。在地層條件允許的情況下，盡量使用地層自造泥漿成孔，若鉆孔通過易塌孔的流砂層或泥漿漏失嚴重的地層時，采用人工造漿護壁鉆進，泥漿比重調至1.1～1.3。為提高鉆進效率和成井質量，采用反循環鉆進工藝成孔。

換漿：鉆孔至設計深度以下0.5m左右，將鉆頭提高0.5m，然后用清水繼續反循環操作替換泥漿。

下管：下管前檢查井管是否已按設計要求包纏尼龍紗網;無砂水泥管接口處要用塑料布包嚴，以防地層中細砂層流失，造成地面下沉。井管確保在井孔居中不歪斜。

填濾料：填料從井四周均勻緩慢填入，避免造成孔內架橋現象，洗井后如發現濾料下沉及時補充濾料，填料高度嚴格按設計要求執行。

洗井：采用壓風機洗井，當井內沉沒比不夠時及時注入清水。對于不同含水段采用雙隔離塞水氣方法沖洗，然后再撈砂，直到水清砂凈為止。

6降水實施效果

本項目降水工作在基坑開挖至地表以下3m時啟動，群井連續抽水15d后，各降水井內地下水位穩定在基坑槽底以下約3m處深度，通過對位于坑內的3處水位觀測孔的水位監測，坑內地下水位均低于基坑槽底標高以下1m，滿足降水設計要求，在后續基坑開挖過程中，從開挖揭露的土層來看，土層基本達到了坑內疏干效果，滿足基坑安全開挖所需。經過對坑內水位觀測孔的水位變化走勢分析，坑內地下水位下降隨降水時間的關系變化大致呈曲線趨勢[3]，如圖2所示。

7結語

通過本工程實踐，表明管井降水技術在深基坑工程中安全可靠、技術可行，設計中選取合理的地質參數進行水量估算，再根據水量大小確定降水井的布置參數，基本可保證基坑的整體降水效果。從設計和施工角度，可結合工程實際，進行必要的方案優化和精心組織，確保建設工程效益與效率的最大化。

（1）降水啟動初期，水位較高，基坑涌水量較大，為加快降水效果，初始抽水時可適當調大抽水泵量。同時，在后期抽水階段，由于水位下降已趨于平穩，可以根據工程所需，適當的有序、間隔關停部分降水井，既可減小抽水量，又可節約工程造價。

（2）管井的成井質量直接決定了降水效果，由于井點施工隱蔽性很強，所以應加強施工全過程的質量監督，嚴格控制成井中的孔徑、孔深、下管、填料、洗井等關鍵工序[4]，在保證單井出水能力的同時，也可有效預防抽水含砂量超標引發過大地面沉降。

（3）在地下水控制措施方面，管井降水效益顯著，是值得大力推廣的技術。但是從水資源保護方面考慮，開采地下水對水資源確實存在一定的影響，工程實際中應合理制定降水方案，可采用降堵結合方案，減量開采地下水，同時對抽取得地下水宜進行二次合理利用，避免資源浪費。

參考文獻

[1] DB11/1115-2014，城市建設工程地下水控制技術規范[S].

[2] JGJ111-2016，建筑與市政工程地下水控制技術規范[S].

[3] 吳林高.工程降水設計施工與基坑滲流理論[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4] 姚天強，石振華.基坑降水手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2006.