管井降水的设计与施工

■刘 鹏，李 坤 ■南京市长江河道管理处，江苏 南京 210011

1 引言

水工建筑物在开挖深基坑过程中，基础深度一旦超过地下水位埋深，由于含水层被切断，在压差作用下，地下水会不断渗流入基坑，造成基坑浸水，使现场施工条件变差，边坡稳定性、地基承载力下降。为保证施工安全，应采取有效的降水措施。对于地下水丰富、降水深、面积大、渗透系数大、土质为粉砂类土的施工环境，多采用管井降水。通过均匀布井，控制单井落差，使水位降深满足施工要求，同时减少对地层的扰动和对原有建筑物的影响，避免周围地面产生过大的沉降。根据地下水有无压力、管井底部是否达到不透水层，管井分为无压完整井、无压非完整井、承压完整井、承压非完整井，以无压完整井为例用水井理论分析管井的设计与施工。

2 管井的设计思路

2．1 基坑等效化

将开挖的基坑等效化为一口大井，用大井法计算基坑总的涌水量。

总涌水量:Q大=1．366K(2H-S)S/lg(1+R/r)

参数的确定:Q大——总涌水(m3/d)

R——群井降水影响半径(m)，抽水影响半径与土的渗透系数、水位降落值及抽水时间有关，水位稳定后可按库萨金公式求出，也可由带观测井的抽水试验得出。r——基坑等效半径(m)，矩形基坑 r=0．29(a+b)，a、b 为基坑的长、短边。S——水位降落值(m)，一般降到操作面下0．5～1m。H——含水层厚度(m)，综合以往施工经验和降水井的深度及地层来确定。也可先假定一个数值，按完整井模型，采用含水层厚度按1米间隔递增，计算涌水量，然后按非完整井模型，以同样的方法计算总涌水量，它们会有一个重合点，再结合经验确定含水层厚度。K——渗透系数{m/d}，可用现场抽水试验测定，计算中取各土层渗透系数的加权平均数。

2．2 确定单井出水量

根据裘布依公式:Q单=1．366K(2H-S0)So/lgR/r0

参数的确定:Q单——单井在无干扰井下的出水量(m3/d);r0——抽水井半径(m);S0——管中的水位降落值(m);l——滤管长度(m)

2．3 确定管井的数量n

在群井同时抽水的状态下，每个单井的出水量会减少，形成干扰群井，因此在Q单的基础上乘以一个小于1的系数α，则Q'单=αQ单。

n'=Q大/Q’单

即用总的涌水量除以修正后单井出水量，再加以一定的富余系数β，β 一般不小于1．1．

n=βn'

2．4 确定管井的间距

管井一般基坑周围离边坡上缘2米左右环形布置，深度应比所需降水的深度深6～8米，井距一般为8～15米，井距太大降水效果不好，同时考虑水泵损坏时，维修的间隔不能给附近的水位造成过大的提升。通常按实际部署检查疏干基坑中心点O设计水位时装置的总涌水量Q实总，Q实总=1．366K(2H-S)S/lg(R+r)-lg(X1X2X3……Xn)/n

若 Q实总＜nQ'单

井距、井数满足降水要求。

X为井点位置至基坑中心点的距离。

2．5 水泵的选择

水泵流量与管井的出水能力相匹配，水泵小时，达不到降深要求;水泵大时，抽水不能连续，增加维护难度，对地层影响较大。水泵功率N(kw)一般与流量有关:N=KQH/75η1η2．

K——安全系数;Q——基坑涌水量(m3/d);η1——泵效率，一般取0．4 ～0．5;η2——动力机械效率，一般取0．75 ～0．85．

施工现场一般准备大中小各种规格水泵，以便在现场调配。

3 管井的施工

3．1 工艺流程

测放井位——护筒埋设——钻机就位——钻孔——清孔——下井管——填放滤料——洗井——试抽——成井。

3．2 管井结构

管井上、下部各有一节不透水管，中间为透水管，井管内径与单井要求出水量、水泵直径、施工机械及井管的市场规格有关。井壁外裹2～3层尼龙网作滤网，外缠1．0～1．5mm的铁丝固定，井壁与井筒之间填放粗滤料，上口用粘土封填，以防上层滞水流入。井管底部用钢板封底，接头用电焊接头，井管底与井底之间填300mm厚的2～4cm碎石，防止井管下沉。

3．3 施工技术要点

(1)钻孔过程中，认真填写施工记录，记录地层变化情况、含水层岩性及顶板深度和厚度，以及清水或泥浆的漏失情况;(2)安装井管前必须清理井底沉渣，稀释泥浆，比重不大于1．25，填料之前再次稀释泥浆，比重不大于1．15，填料后立即进行洗井，水彻底抽清，保证滤网畅通;(3)水泵应置于设计深度，吸水口应始终保持在动水位以下。水泵排水管线及电源线的铺设安装严格按规范要求进行;(4)对单井进行试抽试验检查降水效果，水位下降速度和出水量。定期取样检测含砂率，保证含砂率不大于0．5‰;(5)为保证降水工作顺利进行，在施工期间不能停电或做好应对停电的预案，使管井连续、稳定降水。

4 结束语

基坑管井降水由于土层水文地质条件的复杂性，有关参数如渗透系数、抽水影响半径等取值的准确性将影响管井系统涌水量的计算成果。因此利用水井理论必须与场地实际情况相联系，在降水实践中采用信息化施工，定时检测降深、涌水量;采用抽水试验验证降水效果，进一步优化降水设计的施工方案。

［1］建筑与市政降水工程技术规范(JGJ/T111-98)［S］．

［2］姚天强，石振华．基坑降水手册［M］．中国建筑工业出版社，2006．