井点降水法在工程中的应用

刘树群

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

工程降水即在基坑土方开挖的过程中，根据工程地质和水文地质条件，采取有效的排水或降低地下水位的措施，使基坑开挖和基础施工达到无水状态，以保证基础施工的顺利进行[1]。随着地铁、高层建筑等深基坑的施工需要，井点降水法在工程中应用越来越广，尤其是在深井井点降水方面，目前最高降水深度达到20多m[2]。结合工程实例，对某工程深基坑降水进行论述。

1 工程概况及水文地质条件

某工程室内地坪高程为43.00 m，场地地形比较平坦，地面高程在42.85～43.15 m之间，设4层地下室，基础埋深为-16.47 m。经勘查，场地表层1.00～3.20 m为人工堆积层①层，以下为第四纪冲洪积层，深度3.00～6.00 m左右为以粉土、黏性土为主的第②大层；深度6.00～10.00 m左右为以灰色—黄灰色为主的黏性土、粉土第③大层；深度10.00～13.00 m左右为以砂土为主的第④大层；深度13.00～19.00 m左右为以粉土、黏性土为主的第⑤大层，局部区域夹有砂层。深度19.00～25.00 m左右为以粉土、黏性土为主的第⑥大层，局部区域夹有砂层；深度25.00～27.00 m左右为以砂土为主的第⑦大层；深度27.00～33.00 m左右为以粉土、黏性土为主的第⑧大层。经钻探揭露，地下水分为4层(见表1)。

表1 工程水文地质条件一览

2 降水方案的选择及计算参数的选取

2.1 方案选择

根据水文地质条件，基坑开挖将穿越第一、二含水层，这两个含水层水量较大，应采用大口径降水井点。为确保槽底干燥，设计水位降至垫层底下1.0 m。根据本工程场区水文地质条件、工程地质情况、周围环境综合考虑，采用抽水管井为工作井点。在基坑四周设置抽水管井，用以疏干基坑内的地下水。由于地下水分布、动态特征及水力联系复杂，加上降水周期短，地下水不会被完全抽干，夏季降水丰沛等因素的影响，基坑内局部地区仍会有大量滞水，应在基坑边坡的含水层底板渗水部位埋设导水管，将残余滞水引至坑内集水池，再用水泵将水排出坑外。

2.2 计算模型

场地地下水属于潜水类型，故采用均质含水层潜水完整井模型进行设计计算[3]。计算模型见图1。

图1 均质含水层潜水完整井模型

该模型基坑降水的涌水量计算公式为

式中Q——基坑涌水量/(m3/d)；

k——渗透系数/(m/d)；

S——基坑水位降深/m；

H——潜水含水层厚度/m；

R——降水影响半径/m；

r0——基坑等效半径/m。

2.3 计算参数

渗透系数是降水计算中的一个关键参数，其取值是否符合实际，直接影响到基坑涌水量、单井涌水量的计算结果，从而影响降水设计和降水效果[4]。

渗透系数根据抽水试验公式按下式计算

式中q——单位时间内抽水井内抽出的水量；

K——渗透系数；

r1——降水井中心到较近观测孔之间的距离；

r2——降水井中心到较远观测孔之间的距离。

现场抽水试验测渗透系数见表2。

表2 工程水文地质条件一览

基坑等效半径是计算基坑涌水量的一个中间变量，采用不规则块状基坑，基坑等效半径应按下列公式计算

式中A——基坑面积。

降水半径的确定采用库萨公式求得

式中R——降水影响半径/m；

S——水位降低值/m；

k——土的渗透系数/(m/d)；

H——含水层厚度/m。

根据本工程水文地质条件，S=10.0 m，k=5.00 m/d，地下水位高程按41.7 m考虑，取H=16.5 m。

2.4 基坑总涌水量及单井出水量的计算

基坑总涌水量

根据本工程水文地质条件,计算得

根据《建筑与市政降水工程技术规范》，在降水设计中，单井出水量应小于单井出水能力。

计算公式为

式中q——管井出水能力/(m3/d)；

d——过滤器外径/mm；

α′——与含水层渗透系数有关的经验系数，根据含水层渗透系数及含水层厚度综合取值为130[5]；

l——过滤器淹没段长度/m，计算得

3 降水井参数设计

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——管井埋设面至基曹底面的距离/m;

h——基坑中央最深挖掘面至降水曲线最高点的安全距离/m;

i——降水曲线坡度;

L——管井中心至基坑中心的短边距离/m;

l——滤管有效长度/m;

l1——沉砂管长度/m;

l2——井拖高度/m。

根据本工程条件计算得：H=26.5 m

3.2 降水井井点数量n的确定

n=1.1Q/q

式中Q——基坑总涌水量/(m3/d);

q——设计单井出水量/(m3/d)

计算得：n=1.1×2 708.53/73.85=40.34=40.34

为加快降水工期，保证降水效果，采用64眼降水井，其中包括20眼自渗井，主要设置在局部加深的部位。周边管井间距a=l/(n-1)=440/(65-1)=6.85 m。降水井平面布置见图2。

图2 降水井平面布置

3.3 单井构造设计

根据前面计算结果及分析，设定降水井孔深为26.5 m，自渗井深46 m，孔径600 mm；井管采取直径400 mm的水泥砾石滤水管，井管外填入2～4 mm的砾石滤料；水泵根据根据流量和降深要求，选择流量为10～15 m3/h、扬程大于25 m的潜水泵作为抽水用泵。

3.4 排水管网设计

排水总管线采用直径200 mm PVC管，根据现场排水出口位置，沿降水井边布置。排水管线坡度不小于1‰。在将污水排入市政排污管之前应进行泥砂沉淀工作。

4 结束语

在详细地质及水文资料的基础上详细分析和确定了该工程的降水方案，合理采用了管井降水的施工方法，并且应用抽排与自渗相结合的手段。在具体的实施过程中，还要充分考虑降水对周围地基的沉降影响，尤其是在周边有高层大型建筑时[7]。还要注意降水对基坑本身的影响，在进行降水施工的同时，注意保护边坡的稳定性[8]。

[1] 刘朝斌.基坑支护于降水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1992：19-20

[2] 陈仲颐，叶书麟.基础工程学[M].北京：中国建筑工业出版社，1990：404-410

[3] 黄生根，张希浩，曹辉.地基处理与基坑支护工程[M].北京：中国地质大学出版社，1999：278-279

[4] 王伟龙.基坑工程施工[M].武汉：武汉工业大学出版社，1999：100-104

[5] 曹所江.大型基坑降水流线方程的求解与降水设计[J].城工学院学报:自然科学版,2006， 19(3):60-61

[6] 中华人民共和国建设部 JGJ 120—99建筑基坑支护技术规程[S].北京：建筑工业出版社，2005

[7] 中华人民共和国建设部 JGJ/T111—98建筑与市政降水工程技术规范[S].北京：建筑工业出版社，2005

[8] 王建.对深基坑井点降水理论与其在实际应用中某些问题之浅见[J].北京建筑工程学院学报，1997(13)：15-17