管井降水在深基坑开挖中的设计与施工

章启彬

繁昌县水务局，安徽 繁昌 241200

管井降水在深基坑开挖中的设计与施工

章启彬

繁昌县水务局，安徽 繁昌 241200

管井降水指沿基坑周围以一定的间隔布设一个管井，管井内安装水泵，当每个管井同时抽取地下水时，使基坑内的地下水位降到开挖基础底面以下，并始终保持地下水位低于基础底面一定距离，以达到在干燥状态下进行基础施工的目的，直至基础施工回填完毕。

繁昌县城南污水处理工程设计污水处理能力3万吨/天。厂区建筑物主要有粗格栅及进水提升泵房、细格栅沉砂池、厌氧池、氧化沟、二沉池及配水井、污泥泵房及污泥脱水设施等。

粗格栅及进水提升泵房为场内埋深最大的建筑物，开挖深度10.2m，基坑开挖采用大开挖施工方案，周围布置有细格栅沉砂池、厌氧池和污泥脱水机房等建筑物。

1 工程概况

1.1 工程地质

繁昌县城南污水处理工程拟建场地地势平坦，为峨溪河河漫滩及一级阶地过渡带地貌，属“故河道”及软弱地基场地，地层结构自上而下依次为:

① 耕土层:呈灰褐、褐色等，稍湿，松散～稍密，层厚0.60m～2.50m，层底标高4.23m～6.67m。

② 黏土层:呈黄褐色，稍湿～湿，可塑，干强度中等偏低，压缩性中等偏高，韧性中等，摇振反应无，切面稍有光泽。含氧化铁，铁锰结核等。层厚0.60m～2.00m，层底标高3.90m～5.19m。

③ 淤泥质粉质壤土层:呈灰褐色、灰黄色等，湿，流塑～软塑状态。层厚8.80m～11.30m，局部地段底层有粉质黏土混细砂透镜体。

④ 圆砾混中粗砂层:呈黄、灰黄色等，中密，湿。其主要成分为石英颗粒，层中夹有卵砾石，直径为0.9m～2.8cm。该层上部分布有厚度不均的粉细砂。该层未钻穿，最大揭露厚度5m。

1.2 水文地质

工程区内地表均为第四系松散沉积层，地下水类型主要为孔隙潜水和承压水。孔隙潜水赋存于耕土层、黏土层和淤泥质粉质壤土层中，承压水主要分布于圆砾混中粗砂层中，地下水位受地表水及河水位的补给，随季节变化明显，汛期河水位高，地下水向远离河流方向运动，枯水期侧反之。冬季峨溪河水位5.5m。

主要地层渗透系数为:淤泥质粉质壤土层渗透系数5.0E－7m/s ；圆砾混中粗砂层渗透系数1.62E－7m/s。

1.3 降水要求

根据地勘报告，本工程降水重点是使地下水从绝对高程5.5m，降到底板最深开挖面以下0.5m～1.0m，绝对高程为-3.5m，要求降深为9.0m。达到基坑在无水条件下开挖土方和进行底部结构施工，同时确保周边建筑安全和基坑边坡稳定。

2 降水方案设计

2.1 降水方案选择

污水泵站底部坐落在圆砾混中粗砂层上，基坑开挖深度10.2m，开挖深度范围内主要为淤泥质粉质壤土层，渗透系数5.0E～7m/s ，具有弱透水性。基坑底部为圆砾混中粗砂层，渗透系数1.62E～7m/s，该层透水性较强，并且地下水具有承压性，为基坑的主要含水层，适合采用管井降水。

2.2 井点参数拟定

1) 基坑涌水量

管井平面布置图如图1所示，泵房基础为圆砾混中粗砂层，渗透系数1.62E～7m/s，其上部为厚度约9m的淤泥质粉质壤土，渗透系数5.0E～7m/s，可视为相对不透水层。基坑涌水量计算模型简化为均质含水层承压～潜水非完整井，涌水量根据下式计算:

其中，Q为基坑涌水量（单位:m3/ d）；K为含水层渗透系数（单位:m/d）；H为含水层厚度（单位:m）；M为承压水含水层厚度（单位:m）；h为降水面到承压水含水层底板厚度（单位:m）；R为降水影响半径（单位:m）；r0为基坑等效半径（单位:m）。

考虑地层结构的不确定性，结合附近工程成功经验，透水层渗透系数选用1.62E～7m/s；承压含水层厚度取8m；地下水降至基坑下0.5m，降水深度S为9m，计算得:

2) 单井出水量

单井出水量根据下式计算:

其中，rs为过滤器半径，取0.25m；l为过滤器进水部分长度，取5m。

由公式(2)可以计算出q为47.3m3/h。

3) 井点数及井位布置

井点数根据下式计算:

由式(3)计算出n为1.65，在实际中取整数为2，结合土方开挖，在土方开挖放坡平台位置布置2口管井，间距34m。

基坑中部布置水位观测井1个，具体位置如图1所示。

图1 管井平面布置图

2.2 管井结构设计

1) 管井深度

降水井深度根据下式计算:

式中:HW为降水井深度；HW1为基坑深度，最深10.2m；HW2是降水水位距离基坑底要求的深度。HW2为0.5m；HW3可以通过HW3=ir0计算出，其中i为水力坡度，取1/12；r0为降水井分布范围内的等效半径，取17m。HW4为降水期间的地下水位变幅，取0.50m；HW5为降水井过滤器工作长度，取5m；HW6为沉砂管长度，取0.50m。

由式(4)可以计算出降水井深度HW=18.12m。

地面高程7.2m，地下水位5.5m，结合清除耕植土，首先将基坑开挖至6.0m高程，在此高程布置钻机施工降水井，管井深度16.92m，取17m。

图2 管井结构图

2) 管井结构

管井结构如图2所示，钻井成孔直径1000mm，管井直径为500mm。管井结构自上而下依次为:上部井管，长度9m，采用Ⅱ级混凝土排水管；下部管井过滤器和沉砂管，长度8m，采用无砂混凝土预制管，空隙率为20%～25%，外包30～60目镀锌钢丝网2层，沉砂管下端用钢板封底。本工程过滤器和沉砂管采用直径500mmⅡ级砼排水管钻孔制作，按照孔径12mm，孔距100mm布置。

滤料采用5mm～20mm砂石混合滤料，从井底自下而上逐层填至平台。

3) 水泵选型

水泵的选型应依据杨程和抽水流量大小选定，并适当留有余地。本工程单井设计流量47.3m3/d，选用QY65-25-7.5潜水泵，其额定流量65m3/d，杨程25m，配套电动机功率7.5kw，配套管路100mm，利用钢丝绳吊装井底。

3 管井施工工艺及施工要点

3.1 管井施工工艺

管井施工工艺主要包括:造孔、下井管、回填滤料及安装水泵抽水等。主要工序流程如下:测量放样→造孔、清孔→下井管→回填滤料→洗井→安装水泵→抽水调试→降水运行。

1) 放样

根据将基坑开挖至降水设计的井位高程，按照降水平面布置图测量放样井位；

2) 井口护管埋设

井口护管采用直径为1200mm的钢管，壁厚6mm，长度1.5m。将护管竖直埋入井位，上口高出地面约1m，管壁外侧填土压实，防止钻井时跑浆。

3) 造孔、清孔

钻机安装要平稳，钻机天轮外缘、钢丝绳的竖直中心线应对准孔位中心。开钻前，向护筒内注满水，用冲击锤小冲程（冲程距离:1.0～1.5m）反复冲击造浆，必要时添加黄土或膨润土造浆，待护筒内泥浆保持一定浓度后开钻，钻进过程中要保持泥浆比重在1.10～1.15之间，并且，在钻孔过程中严格控制和保持孔内泥浆液面，高出地下水位1.5m以上，以保持孔壁稳固。

孔深钻至设计标高后，对钻孔的孔径进行检验，合格后应立即进行清孔，清孔选用真空吸泥法、泥浆循环法或射水冲渣法进行，将孔内泥浆密度降至1.05，井底淤积厚度少于30cm，排出的泥浆不含泥块为止。

4) 下井管

下井管前必须检测孔深，深度达到要求才能下井管。下管时要保证滤水管在井中居中、竖直，井管偏斜度小于1°。

5) 回填滤料

采用静水投料法，向管井和井壁之间回填滤料，滤料采用5～20mm砂石混合滤料，填料时要随填随测，保持管周均匀上升，防止架空。

6) 其它工序

填料结束，立即洗井，接通清水软管，用压力水反冲清洗，清除井内和井壁上的泥浆，增大管井出水量。

洗井结束，立即安装潜水泵，抽井内混浊含砂的泥水，直至井内出水为清水时方可转入降排水运行。

3.1 施工降水运行管理

1) 降水运行过程中，做好水位观测记录工作，及时掌握承压含水层水头的变化情况；

2) 降水运行期间实行24小时值班，值班人员要做好观测记录；

3) 降水过程中，要定期取样测试出水含砂量，保证含砂量不大于0.5‰。防止因抽水出砂量大引起基坑塌陷。若出现含砂量过大应重设井管恢复抽水。

4 实施效果分析

根据2008年12月至2009年1月的降水记录，单个管井出水量约30m3/d，基坑总出水量约60m3/d，出水量与计算结果大致相当。由于各含水层渗透能力相差较大，各含水层水位下降速度有明显区别，圆砾混中粗砂层含水层渗透系数最大，水头压力削减迅速，而淤泥质粉质壤土层由于渗透系数较小，地下水位降低相对缓慢。采用管井降低基坑地下水位，技术、工艺简单，费用成本较低，能够很好的满足渗透水量较大的基坑降水需要。

5 结语

本文根据繁昌县城南污水处理工程中的深基坑开挖施工的要求，设计并实施了管井降水的方法，从而达到了基坑降水的目的。通过对管井降水实施效果的分析，表明了该方法具有良好的效果。

[1] 杨臣，王士兰，李军才.管井井点降水法综述[J].水利科技与经济,2009，15(3):269-271,273.

[2] JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程[S].

[3] JGJ-T111/98,建筑与市政降水工程技术规范[S].

[4] 杨文渊.实用土木工程手册[M].北京:人民交通出版社，1999.

Design and Construction of Tube Well Precipitation in Deep Foundation Pit Excavation

Zhang Qibin
Fanchang Water Authority, Fanchang Anhui, 241200

管井降水是人工降低地下水位的常用方法，具有工程费用低、易于施工和抽水效果好的特点。在繁昌县城南污水处理工程建设中，粗格栅及进水泵房是整个工程污水汇集和提升集中点，埋置深度10.2m。在粗格栅及进水泵房的深基坑开挖过程中，采用管井降水，取得了良好的效果。

管井降水；深基坑；管井结构；管井施工

Tube well precipitation is commonly used in the artificially reducing the ground water table, which has the characteristics of low cost, easy construction and good pumping effect.In the construction of sewage treatment project in Fanchang, coarse grating and pump room are the sewage collection and ascension place, and the buried depth of them is 10.2m.In the excavation process of deep foundation pit of coarse grating and pump room, tube well precipitation was used, and the effect is good.

Tube well precipitation; Deep Foundation Pit; Tube Well Structure; Tube Well Construction

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.13.031