粉细砂层基坑井点降水施工技术应用案例

万 敏，徐永康，陈浩阳，张子房

（1、中国建筑第四工程局有限公司 广州510665；2、中建四局华南建设有限公司 广州510663）

0 引言

对于地下水丰富且土质条件不良的基坑，实现降水的有效性及施工实用性一直是岩土工程领域探讨的问题。尤其在地下水资源丰富的区域，若降水处理不及时，待后续底板施工完成，地下水涌动频繁，造成底板结构开裂，增加后续结构施工的繁琐和巨额的修补费用［1］。

某项目地处佛山市禅城区南庄大道南侧、佛山一环西侧，建筑场地周边地表水主要为吉利水道，距离场地约800～2 000 m，西江支流水道与场地水力联系较小，地下水主要受大气降水和地表水渗透补给，排泄以蒸发和向下渗透排泄为主。上层水赋存于人工填土层的砂层中，含水量较小，含水量的多少受大气降水及地下水位的影响大；孔隙承压水主要赋存于不同粒级砂土层，场地内含水层为第③层中砂、第④层粉细砂、第⑤层粉细砂和第⑥层粗砂之中，为第四系三角洲向加积层，通透性较好，孔隙度较高，含水量丰富。综合项目情况，场地地下水涌水量大［2，3］。

在项目地质钻探期间，钻探时测得初见水位为1.30～2.00 m，高程1.30～2.50 m。终孔24 h后实测地下水位埋藏为1.60～2.50 m，高程1.00～2.20 m。

根据地下水位深度结合理论分析，对比不同降水施工效果，最终采用轻型井点降水。其所需设备少，操作简单，易于管理，适用于不超过6 m 的降水深度，实际施工后后期现场降水效果明显，满足施工的需要，规避了开裂风险［4，5］。

1 基坑总涌水量

1.1 计算原理

本项目为均质含水层潜水完整井，基坑涌水量计算如下：

式中：Q为基坑总涌水量；k为土的渗透系数；M为承压水厚度；S为基坑水位深；r0为基坑等效半径，面积为矩形时半径r0=0.29（a+b），a、b分别为基坑中心到河岸的横向、纵向距离。地下水及相应剖面如图1所示［6］。

图1 地下水位剖面Fig.1 Profile of Groundwater Level

1.2 基坑涌水量

根据本项目实际情况将需降水的部位分为6个板块，每块的面积分布相对规则（每块的面积分别为：

1 282 m2、1 062 m2、887 m2、1 670 m2、2 569 m2、894 m2）其中承压水厚度及基坑水位深度等相关数据根据地质勘察剖面图获得，计算得到每个板块的涌水量（Q1～Q6）如表1所示。

表1 每个板块的涌水量Tab.1 Water Inflow of Each Plate

2 降水方案的制定及分析

根据地勘资料和现场实际数据计算得到基坑涌水量，结合现场土质的特殊性制定降水方案，分析及处理如下：

2.1 基坑降水的方式

在基坑施工阶段，用工程实例对降水方式进行对比试验，最终根据降水效果，选择轻型井点降水［7］。

2.1.1 明沟降水

现场基坑施工阶段，作业面较为紧张，而明沟排水作业面积要求较高，尽管施工方便，用具简单，但不适用于在地下水较丰富的地点，若采用这种方法降水，不仅增加施工的工程量，且会因基坑边坡渗水较多，增加基坑边坡的支护难度。

2.1.2 管井井点降水

前期试用管井井点降水，堵管现象频出，使得降水效果大打折扣，后得知管井井点降水适用于渗透系数大的砂砾层。本项目地下水部位地质基础多为粉细砂层，土质不稳定易造成砂土涌流，出现堵管现象，造成设备损耗，影响抽排水效率。

2.1.3 轻型井点降水

轻型井点的降水原理是根据射流原理制作形成的降水形式，由喷嘴喷出一部分高压水在降水中形成负压力，进而土体中的水在压力作用下，进入到管道中，利用高速水流的动能排至地表。粉砂不易堵塞，且比其他井点系统施工更为简单、安全、经济，适用于降低水位不深的环境［8］。

2.2 粉质砂层的降水难点及处理

根据地勘图可知，水位线为绝对标高2.0 m 上下浮动，地下室底板-3.0 m，即整个降水深度为5.0 m 上下浮动，同时整个降水井的土质均为粉砂层直至井底，粉细砂层自稳能力较差，较松散，无粘聚力。自身有一定的流动性，长时间暴露容易发生坍塌，尤其是在含水率降低后（经过降水）。

针对粉质土质的特殊性，轻型井点降水井的开挖面积较小，避免了土质长时间的暴露，根据现场实际，灵活增加井点数量，不易造成土体干扰及流砂。粉质砂层及水位深度符合轻型井点降水的深度范围。同时，在抽排水过程中，人为控制时间，抽水泵的功率根据现场实际需要选用，在涌水量较大部位采用功率较大的自吸泵。

2.3 井点布置

沿基坑底部四周每隔一定间距（以及根据结构侧墙及支护定位，不影响基础及土方施工的前提下）布设井点管，井点管底部设置滤水管插入透水层，上部与集水总管进行连接，然后通过自吸泵将管内滤水真空抽出，从而达到降低基坑四周地下水位的目的，保证了基底的正常施工。

抽水泵的选取：对于涌水量较大的部位采用三相自吸泵，其余位置采用自吸清水泵。

2.4 轻型井点降水的拆除

结构设计单位根据现场实际情况重新对结构进行抗浮验算，在主体结构自重荷载足够承受地下水对结构的浮力前，需持续降水，非塔楼区域降水时间持续至顶板覆土完成，塔楼区域降水时间持续至6 层结构完成［9，10］。

3 现场实施

3.1 井点布置

针对现场实际情况，降水井所用管的直径为φ 63。上述计算的基坑涌水量为22 m³/h，现场抽水泵布置的自吸清水泵流量为1.5～1.8 m³/h，三相自吸泵流量为4～6 m³/h；共计布置抽水泵数量为48 个，三相自吸泵和自吸清水泵各24个，设置轻型井点降水40个。

3.2 轻型井点降水后的涌水量

随着轻型井点降水井数量的增加，基坑水位逐渐下降，即决定涌水量的基坑水深度改变，即现场实际施工，轻型井点降水能达到降水的目的，以满足现场施工的需要［11］。

3.3 实施难点及处理

在轻型井点降水使用过程中，降水效果明显且保证了基坑底部积水较少，即使在小雨情况下也能正常施工。但在降水排水的过程中，局部水涌间断，不稳定，使得井点出现局部涌水，根据现场实际及土质分析：

⑴一般情况下，在降水施工作业过程中，若管中出现异响，则应立即检查冲洗孔或抽水泵是否正常运行，是否因冲孔口密封不严，使得降水系统真空度不高，从而影响降水效率。

⑵在井点布设时，冲洗成孔以及埋设给水管的距离要尽可能缩短，避免造成塌孔现象。

⑶对于后期的井点封堵问题，由于前期预埋镀锌套管，停止抽水后，应对套管内PVC 管进行割除，然后套管内采用防水粉（堵漏灵）进行封堵。

3.4 实际操作及相关数据

最初的降水效果和实际数据关系变化如图2 所示，在降水初期，水位出现下降的趋势，到了后面呈小幅度稳定状态，说明此时的降水和涌水量处于相持平状态。

图2 基坑井点降水井点水位折线（现场降水初期）Fig.2 Broken Line Chart of Water Level at Well Point and Dewatering Well Point of Foundation Pit（Early on-site Precipitation）

上述数据为降水初期的数据，起初水位呈稳定下降趋势，到后续涌水量和降水呈稳定趋势，即水位变化不大，均稳定在3 m 左右。抽水泵的数量为24 台，根据实际数据及现场合理安排后，针对此现象，将现场的抽水设备增加到48 台；截取后期部分数据形成降水折线图（见图3），水位满足现场的施工要求，且降水量和涌水量处于持平状态。

根据图3 数据分析，水位深度基本稳定，且水位深度满足现场正常施工要求，且上述时间段仅为降水的部分时间段，晚间的降水工作不间断，以保证早晨现场正常施工。

图3 基坑井点降水井点水位折线（增加现场抽水设备后期）Fig.3 Broken Line Chart of Water Level at Well Point and Dewatering Well Point of Foundation Pit（Add On-site Pumping Equipment Later）

4 轻型井点降水注意事项

⑴在使用轻型井点降水的过程中，应该定期注意水质中是否含有流砂，若所含流砂比例较大，需组织相关专家论证。

⑵在布置井点的过程中，应考虑布置深度及大小，在个别涌水量较大的部位应该增加轻型降水的布置。

⑶加强对基坑水位的检测，观察水位的变化，如基坑外水位的变化较大，需立即停止降水，必要时回灌降水井，防止由于降水引起结构的沉降和部分结构的拉裂。

⑷基坑底板施工完成后，井点部位需要注意用中砂回填，勿用细砂和土，因为中砂的渗透性较高，含水率较大，能增加水的存储性，有效降低涌水量。

⑸针对广东地区天气变化较大、高温天气水汽散热较快的特点，可根据现场实际关闭部分抽水泵和减短抽水时间；降雨天气合理增加抽水时间。

⑹抽水泵长时间的工作避免不了损坏，在此过程中应该保证抽水的持续性，应该配备若干抽水泵备用，以防抽水泵损坏，影响抽水效率。

⑺滤水管在开挖施工过程中需密切注意承台、钢板桩支护等是否已经做好回顶加固措施，以防挖机施工造成开裂等现象。

⑻由于河水涨潮的原因，早晨水位大部分时间高于傍晚时期水位，即必要时早晨降水可增加抽水泵。

5 总结

针对本项目的粉砂层降水问题，经过实施，采用轻型井点降水，降水深度适用于不高于6 m 的地下水位降水，同时在井点布置过程中，需根据实际情况合理安排抽水泵的数量及抽水时间。在地下水较多且土质为细粉砂层的基坑施工时，“降”水的时间应远远大于“堵”水时间，从根源上减轻因水位深度带来的施工困扰，将降水的功率大大提高且保证土体稳定性，以满足后续施工。