深基坑管井降水技术及对环境的影响研究

摘要：深基坑施工中降水技术是工程实施的关键问题，又是岩土学中比较复杂和困难的问题，归其影响因素多，隐蔽情况多，随机性强。我国幅员辽阔，土层性质复杂多样，没有一种通用的方法能解决所有问题。随着国家把资源的可持续性利用作为战略任务提上日程后，城市地下空间正被广泛的开掘出来。像地铁、地下停车场、地下商场如雨后春笋般地走进人们工作和生活中去。我国深基坑工程已从原来的几米发展到20-30m深。其中不少基建工程由于降水施工做得不到位，导致重大经济损失，并延误建设工期。因此，如何保证基坑工程的安全和经济已成为当前城市的一项重要课题。

关键词：深基坑管井降水环境

管井又称大口径井点，系由滤水井管、吸水管和抽水设备等组成。具有井距大，易于布置，排水量大，降水深(>15m)，降水设备和操作工艺简单等特点。适用于渗透系数大(20-250m3/d)，土质为砂类土，地下水丰富，降水深，面积大、时间长的降水工程应用。

一、深基坑降水中的管井设计

1、计算思路

第一步将基坑进行等效化为一口大井，第二步确定基坑总的涌水量，第三步确定单井出水量，第四步确定井的数量。

2、参数的确定与计算

1)、设计水位降深

水位降深在满足施工要求的时候，应尽量选择较小水位的降深，一般降到操作面下0.5m即可(有特殊要求的除外)，这样可最大程度上避免降水对地层的影响，不至于造成地基承力的下降。

2)、井深及井径的选择

要想使水位降低至操作面下，可以有两种途径，一种是加大井的直径和井的深度，即增大单井的落差，从而达到使最高水位降至操作面下0.5m.另一种通过均匀布井，控制单井的落差，使水位均匀降至设计要求。前一种布井少，对地层扰动大，如建筑物对地基要求高时，此方法不可采用(除非施工后注浆)，且此方法对原有建筑物也会带来较大的不利影响;后一种方法可能布井较多，但对地层扰动小，对原有建筑的危害也较小，因此条件允许时应优先选用后一种方法。另外井深还要考虑单井的出水量与自已现有的水泵配套。

井深主要是根据水位降深、所需要的单井出水能力、水泵的进水口的位置、含水层的厚度、及泥浆淤积深度等因素进行选择。

井径的选择要综合考虑以下几种因素：A、单井要求的出水量;B、水泵的直径;C、当地施工机械，及井管的规格，如选用市场常用的规格，价格可能会便宜对控制成本有益。

3)、渗透系数的选择

渗透系数是降水计算中重要的参数，此参数可以从地质报告中选取，但在大面积布井前，须重新验证，或者搜集附近的实际数据作为参考。

4)、含水层的厚度的取值

含水层的厚度也是一个重要的参数，但地质报告中一般不给出，如果没有地区经验，只能通过综合考虑以往施工经验和降水井的深度及地层的规律来确定。也可事先假定一个数值，按完整井模型，采用使含水层厚度按每1米的间隔递增，计算总的涌水量，然后按非完整井的模型，以同的方法计算总涌水量，最终你会发现，它们会有一个重合点，这样你可以利这一重合点，并结合以往经验综合确定含水层厚度。

5)、深井降水计算

深井单井计算较为简单，计算结果一般与实际较为吻合。但群井计算结果就千万别(群井中单井的出水量)。由于降水时，一般要采用一个以上的井，降水井同时抽水时，互相形成干扰，无法以单井的计算来判断水位的降深，实际上这些井形成了干扰群井。群井总的涌水量计算公式，一般采用近似拟合得出，总涌量各个规范或者计算手册上所列公式的计算结果一般相差无几，且物理意义明确，很容易理解，具体施工时可以参看《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)、《建筑与市政降水工程技术规范》(JGJ/T111-98)或者江正荣的《建筑施工计算手册》。降水施工中最重要的一环是确定单井的出水量。

3、管井数量确定

用总的涌水量除以单井出水量，再加以一定的富余系数即可确定，且此富余系数一般不小于1.1.

4、布井原则

深井一般沿基坑周围离边坡上缘2米左右环形布置，施工允许的情况也可在基坑中布置一部分井(这样降水效果更好)，井点应深入透水层6-9米，通常应比所需降水的深度深6-8米，井距一般为8-15米，井距太大时降水效果不好，如果计算出的数据使井间距大于15米，一般要进行修正。这其中还要考虑到有些水泵坏时，维修的间隔不能给附近水位造成过大的提升，也就是说要有一定的富余度。

二、深基坑降排水措施

某工程在土方开挖和地下室结构、侧壁外防水、基坑土方回填等施工阶段，现场基坑排水暂按基底直接排水，在基坑底周围设置排水沟、集水井进行排水疏干，然后用污水泵连续不间断抽水。在基础过程中，为了防止雨水侵入，基础顶部基坑边线外周边采用开挖截水沟的方法疏导开挖范围内的地表积水，阻止地表面水浸入坑入;基坑设简易排水沟和集水井，水泵抽水在坑内周边开挖排水沟、集水井，进行降水，沟、集水井保持沟底比挖土面低0.3～0.5m，集水井底比沟底低约1m，其直径0.7～1.0m，井壁进行临时支护，底铺碎石0.3m厚，排水沟距坡脚0.3m，沟底宽0.3m，坡度1～5%，基坑降排水应降至施工面以下500mm，且应持续至地下室结构外防水及回填结束，且建筑物自重能克服浮力后才能完全停止。在基础施工过程中要派专人理顺地表排水沟和及时水泵抽水，有组织排出场外。

如果出现泉涌，根据大小情况具体对待，如果很小，可以采取速战速决的办法，立马挖开就浇筑垫层，垫层可以浇筑厚些，如果泉涌很大，就要采取其他措施了，埋导管等。

三、降水对周围环境的影响及其防范措施

在降水过程中，由于会随水流带出部分细微土粒，再加上降水后土体的含水量降低，使土壤产生固结，因而会引起周围地面的沉降，在建筑物密集地区进行降水施工，如因长时间降水引起过大的地面沉降，会带来较严重的后果。

为防止或减少降水对周围环境的影响，避免产生过大的地面沉降，可采取下列一些技术措施：

(1)采用回灌技术：降水对周围环境的影响，是由于土壤内地下水流失造成的。回灌技术即在降水井点和要保护的建(构)筑物之间打设一排井点，在降水井点抽水的同时，通过回灌井点向土层内灌入一定数量的水(即降水井点抽出的水)，形成一道隔水帷幕，从而阻止或减少回灌井点外侧被保护的建(构)筑物地下的地下水流失，使地下水位基本保持不变，这样就不会因降水使地基自重应力增加而引起地面沉降。

(2)采用砂沟、砂井回灌：在降水井点与被保护建(构)筑物之间设置砂井作为回灌井，沿砂井布置一道砂沟，将降水井点抽出的水，适时、适量排入砂沟、再经砂井回灌到地下，实践证明亦能收到良好效果。

(3)使降水速度减缓：在砂质粉土中降水影响范围可达80m以上，降水曲线较平缓，为此可将井点管加长，减缓降水速度，防止产生过大的沉降。亦可在井点系统降水过程中，调小离心泵阀，减缓抽水速度。还可在邻近被保护建(构)筑物一侧，将井点管间距加大，需要时甚至暂停抽水。

为防止抽水过程中将细微土粒带出，可根据土的粒径选择滤网。另外确保井点管周围砂滤层的厚度和施工质量，亦能有效防止降水引起的地面沉降。

四、降水过程中应注意的问题及应对措施

(1)为防止降水引起临近建筑物及路面、管线出现过大沉降，在降水井点管与建筑物、管线、路面间设置了回灌井点，持续用清水回灌，补充该处的地下水，使降水井点的影响半径不超过回灌井点的范围，使地下水保持基本不变;

(2)冬期施工时，在井点联结总管上覆盖上保温材料以防止管道被冻坏;

(3)井点管应保持连续抽水，并设备用电源，以避免泥渣沉淀总管相连;

(4)夏季施工时，由于连遭暴雨，边坡产生流砂、坍方、坑内严面用重积水现象，工程采用如下应急预案：用塑料薄膜在下雨前将边坡覆盖保护好，并备好足够的抽水设备(潜水泵、泥浆泵、水泵、电箱)及人员，及时将雨水排出坑外;及时清理排水明沟及沉淀池内的淤泥。由于措施得力，基坑未出现开挖坡面大面积坍方现象;

(5)降水过程中个别井点管不能正常工作，经检查后发现井点管下部的滤管没有绑扎好，重新绑扎后该井点管恢复正常工作;

(6)降水过程中个别机组抽水量过小，经检查后发现是管路的密封性不好，有漏气现象，重新安装后该机组恢复正常工作。

参考文献：

[1] 李岗, 谷爱民, 张晓伟. 管井井点降水在基坑工程中的应用[J]. 岩土工程技术, 2002, (02)