地下室降水管井封堵施工方法優化研究

謝璐，卓文軍，石小磊

（中國建筑第二工程局有限公司華東分公司，上海 200120）

1 引言

在現代建筑工程中，地下室由于其特殊的地理位置和功能需求，常常會遇到地下水的問題。地下室管井作為地下水排放的重要設施，設計和施工方法的優良與否直接影響地下室的使用效果和安全性。然而，現有的管井封堵施工方法在管井的排水效率、穩定性、維護成本和環保性等方面存在一些問題，需要進一步研究和改進。

2 地下室降水管井封堵現有施工方法及其問題

2.1 現有施工方法介紹

在地下室降水管井封堵施工過程中，需要使用專業的挖掘設備，如挖掘機或手動工具，在預定地點挖出一個管井，挖掘完成后，開始管井的施工。此時，需要在管井周圍澆筑混凝土形成管井的基礎，在上面建立鋼筋混凝土管井結構，鋼筋混凝土的強度高、耐用性好，能有效防止管井在使用過程中出現破損。管井建設完畢后，安裝降水設備，包括水泵和相應的電氣設備。水泵通常安裝在管井底部，以便有效抽取管井內的水；電氣設備則需要安裝在管井的一側，以方便為水泵提供穩定的電力；還要設置適當的通風設備，以保證管井內部的空氣流通。當所有設備都安裝好后，進行管井的封堵工作，主要通過在管井頂部和周圍部分澆筑混凝土來實現。封堵的目的是防止雨水或地下水進入管井，有效保護管井內的設備不受到損害。施工完成后，施工團隊需要對管井進行必要的測試，檢查水泵的運行情況，以及監測管井的防水效果，確保其能夠正常運行，并對管井的結構進行全面的檢查，確保其結構安全[1]。

2.2 現有方法中存在的問題

雖然當前的地下室降水管井封堵施工方法已經在一定程度上滿足了實際需求，但是從多個角度來看，仍然存在不少問題和挑戰。

1）從技術角度來看，使用混凝土進行封堵的方法可能導致管井與地面的連接部分出現滲水現象。因為地面常出現塌陷、開裂等現象，這些現象可能會破壞封堵層的完整性，從而導致地下水滲入管井。鋼筋混凝土管井具有良好的強度和耐用性，但是在長期的使用過程中，由于地下水的侵蝕，管井可能會出現破損，影響管井的正常使用。

2）從設備角度來看，現有的水泵和電氣設備可能會出現故障和維護困難的問題。特別是在管井運行期間，由于地下環境潮濕，空間狹小，設備的故障率可能會提高，而設備的維護和修理則需要耗費大量的人力和物力。

3）從經濟角度來看，當前的封堵施工方法需要使用大量的混凝土和鋼筋，施工成本較高；管井的封堵和維護工作需要長期進行，運營成本也較高。

4）傳統的管井封堵施工方法對環境有一定的威脅，同時也無法保障施工的安全性。因封堵材料多采用混凝土，生產和使用中會造成大量的二氧化碳排放，且管井封堵施工在地下進行，空間狹窄，通風不便，無法確保施工人員的作業安全[2]。

3 新封堵施工方法研究

3.1 新型封堵材料研究

面對地下室降水管井封堵問題，新型封堵材料的研究成為一種可能的解決方案。

1）水性聚氨酯材料具有良好的防水性能，能夠形成一個強度高、柔韌性好的防水層，有效防止地下水滲透，同時也具有良好的抗腐蝕性和耐磨性，使得封堵層在長期使用過程中能夠保持穩定，延長了管井的使用壽命。

2）納米材料也被廣泛應用在新型封堵材料的研究中，納米材料因其獨特的物理和化學性能，在提高封堵層防水性、增強封堵層結構強度等方面具有顯著優勢。例如，利用納米硅素的尺寸效應和表面效應，可以制造出具有極佳防水性和強度的封堵材料。

3）生物基材料在地下室管井封堵中的應用也較為常見。這種材料的主要優點是環保，具有可降解、可再生的特性。盡管生物基材料在防水性和強度方面可能亞于一些無機材料，但通過科學的配方設計和加工工藝，也可以制造出性能優越的封堵材料。

除了以上新型材料，還有一些其他新型封堵材料也在研發中，如具有自修復功能的封堵材料、具有智能感應和調控功能的封堵材料等。新型材料的開發和應用將為解決地下室降水管井封堵問題提供更多可能[3]。

3.2 新型封堵施工工藝的研究

在地下室降水管井封堵的施工工藝方面，新的研究和探索正在不斷展開。新的工藝研究不僅關注封堵材料的選擇和使用，還在探索如何提高施工效率、減少環境影響，以及提高封堵的質量和效果。封堵工藝的研究成果對提升工程質量、延長管井使用壽命、降低維護成本具有重大的實際意義。新型封堵施工工藝首先關注的是如何改進封堵材料的施工方式。（1）對于使用新型水性聚氨酯材料的封堵工作，研究人員正在開發新的涂敷技術和設備，以保證材料能夠均勻、有效地涂敷在管井表面，從而形成一層完整的防水層。（2）對于在地下室管井使用納米材料進行封堵工作，研究人員則在探索如何最大限度地利用納米材料的獨特性能，如改進混合、攪拌工藝，以保證納米材料能夠充分發揮作用。（3）在新型封堵施工工藝中，環保和效率問題也被高度關注，研究人員正在探索使用環保型的施工設備，比如，電動設備，以減少碳排放；改進施工流程和操作方式，以提高施工效率，減少材料和能源的浪費。（4）新型封堵施工工藝還在嘗試引入先進的監測和質量控制技術。例如，使用無損檢測技術對封堵效果進行實時監測和評價，以保證封堵質量；使用智能化的數據分析工具，對施工過程中的各種數據進行分析，以發現潛在的問題和風險，從而進行及時的調整和改進。

3.3 新型封堵設備的研究

對于涂敷封堵材料的設備，研究人員正在研發一種能夠精確控制涂敷厚度和速度的設備，從而避免涂敷過程中可能出現的問題，如涂敷不均、泡沫生成等，同時為適應地下環境的特殊條件，設備還需要具有防水、防腐蝕、抗沖擊等性能。對于混合封堵材料的設備，新的研究和開發工作主要在于提高混合的效率和質量，這其中涉及許多因素，如混合時間、混合速度、混合順序等，都需要得到精細的控制。在新型封堵設備的研究中，為減少施工過程中的環境影響，研究者們正在研發低噪聲、低碳排放的封堵設備。新型封堵設備還需要具備良好的安全性能，能夠自動檢測和處理故障，能夠預警可能的危險情況，從而避免事故的發生[4]，保障施工人員的安全。

4 管井設計優化研究

4.1 地下室管井設計因素分析

地下室管井設計是一個復雜且重要的工程項目，因其主要功能是排水，設計人員必須確保管井有足夠的容量和適當的斜度，以便順暢地排出地下水，防止水積和溢出；管井要有足夠的強度和穩定性，能夠抵抗地下水流的沖擊，防止由于地質條件變化或極端氣候條件導致的管井結構破壞。設計人員需要考慮地下室的整體布局和使用功能，以確定管井的最佳位置。例如，管井應盡量遠離人員活動區域，以降低噪聲和振動的影響；管井的布局應與地下室的其他設施，如電線、排氣管等，保持適當的距離，以避免互相干擾。在材料選擇上，管井的設計需要考慮材料的性能和成本，材料應具有良好的防水性能、強度和耐腐蝕性，能夠在長期的使用過程中保持穩定；應選擇可回收或低碳的材料，以減少對環境的影響和成本。管井的維護和管理也是設計的重要考慮因素，應設有便于打開和關閉的檢查口，以便于進行定期的檢查和維護，還應考慮到可能的應急情況，例如，設有溢流設備和報警裝置，以應對可能的水災事件。

4.2 新型管井設計方案的提出

為滿足建筑行業對地下室管井設計更高效、環保和經濟需求，提高管井的排水效率和穩定，新的設計方案采用了一種特殊的管井壁面處理技術，可以減少水流對管井壁的摩擦力，提高排水效率。新的管井結構設計還引入了增強穩定性的元素，如使用強度更高的材料，加強管井的支撐結構，以提高管井對地質變化的抵抗能力。為了使地下室的使用空間和功能最大化，新的設計方案采用了一種靈活的管井布局設計，設計人員可以根據需要調整管井的位置和數量，以最大限度地減少管井對地下室的影響[5]。在管井的維護和管理上，新的設計方案還采用了智能設備和數據分析工具，可以實時監測管井的狀態，降低維護成本和風險，強調預防性維護，通過定期的檢查和修理，預防潛在的問題，從而延長管井的使用壽命。

5 地下室降水管井設計方案的優化試驗驗證

5.1 試驗驗證的設置和條件

本文選擇了一座具有典型地下室降水管井結構的建筑作為研究對象，此建筑的地下室降水管井系統包括多個井口和管道連接，以便模擬實際工程情況。在試驗中，使用了不同的封堵材料和設備，包括混凝土、低碳環保材料等，以驗證封堵效果。在試驗前考慮了不同的封堵材料和比例，以評估封堵材料的封堵效果和穩定性，同時還研究了不同的施工方案，如傳統封堵施工方案和提出的優化施工方案，以比較二者的效率和可行性。此外，還考慮了封堵施工的時間和成本因素，以便在優化方法時綜合考慮工程的實用性。在試驗驗證過程中，（1）采集了封堵前后的數據，包括降水管井內部水位、水壓和滲透性等參數，能夠直接反映封堵施工方法的效果；（2）進行了模擬分析，利用計算機軟件對地下室降水管井進行數值模擬，以預測不同封堵方案的效果。模擬分析可以提供更全面的信息，如流體動力學行為和應力分布等。為了保證試驗驗證和模擬分析的準確性和可靠性，嚴格控制了試驗條件和模型參數，使用先進的測量儀器和傳感器進行數據采集，并進行多次重復試驗以驗證結果的可重復性。在模擬分析中，根據實際工程參數設置了合理的模型邊界條件和物理參數，并進行了驗證和敏感性分析。

5.2 試驗數據分析

通過試驗驗證和模擬分析，對地下室降水管井封堵施工方法的優化效果進行了評估，比較出了不同封堵材料的效果。

1）使用低碳環保材料進行封堵的情況下，地下室降水管井的水位平均下降了30%，水壓減小了40%，滲透性降低了50%。而使用混凝土進行封堵時，水位平均下降了20%，水壓減小了30%，滲透性降低了40%。這表明密封膠在封堵施工中具有更好的效果。

2）傳統封堵施工需要較長的施工時間，平均為4 h，而本文提出的優化施工方法只需要2 h。

3）優化后的地下室降水管井施工的封堵效果更為穩定，封堵后的管井滲透性比傳統封堵方法相比下降了20%。因此，本文提出的優化施工方案在時間和效果上都具備優勢。

6 結語

通過對現有的地下室管井封堵施工方法進行分析，對新型封堵材料、施工工藝、設備進行研究，并提出了一種新型的地下室管井設計方案。該方案通過優化管井的結構設計和布局位置，使用性能優良且環保的新型材料，并采用智能設備和數據分析工具進行實時監控和預防性維護，不僅提高了管井的排水效率和穩定性，降低了維護成本，還提高了地下室的使用效率和舒適度，減少了環境影響。因此，新型設計方案的提出和實施，對于解決現有的管井封堵施工問題、提高地下室的使用效果和安全性，以及推動地下室管井設計的發展，具有重要的理論和實踐意義。