真空深井井点在深基降水中的应用

李春林　李朋斌

摘要：真空深井井点降水的优点是降水半径大、降水深度较深、设备投资少、结构简单、操作方便等。文章对真空深井井点在深基降水中的应用进行了探讨。

关键词：真空深井井点；深基降水；轻型井点；深井井点；隧道施工 文献标识码：A

中图分类号：TU463 文章编号：1009-2374（2015）19-0052-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.025

1 井点降水技术的发展历史

国外第一个有记录的降水实例，是用在竖井中将水抽去，在伦敦伯明翰铁路的基尔斯比（Kilsby）隧道的施工中，就是采用的竖井降水，这些沿线布置的竖井抽水总量为430m3/hr，这就是国外第一个有记录的降水实例。随着工业的发展，最初采用竖井，1896年在建造柏林地下铁路时第一次采用深井降水，到了20世纪30年代采用双阀式自冲井点，以后又实行配套化，在建造大坝时，已采用四～五级井点系统。20世纪50年代，喷射井点参与到了降水的行列。

井点系统和深井相配合，用深井作为下卧承压水层的降水减压井，亦不乏其例。近年来，由于采用机械化连续作业等，常交叉采用井点系统、喷射井点和深井。

在我国解放后，随着社会主义建设的发展，1951年进行了井点系统的小型试验并获成功。1952年首先应用于实际工程，亦获得成功。到了20世纪60年代发展了喷射井点取得了成功，并应用于较深的土方工程中。20世纪70年代又相继发展了水射泵和隔膜泵井点，另外在一些工程中用电渗降水也取得了成功。

2 真空深井井点的产生

表1

在1990年初宝钢集团承建的上海市地铁徐家汇车站的工程中就采用了真空深井井点降水，并获得了良好的效果和实用专利。2005年承担的昆山某工程，由于深基坑处在厂房中间，厂房基坑的挖土深度在9.10m，宽度在25.75～28.0m之间，这样的深度及宽度在厂房内采用放坡的挖土方案是不可能的（基坑的基础采用SMW工法桩作为围护结构的）。目前，国内井点降水类别及范围如表1所示。

从表1可以看出，采用单一的降水方法是有一定的局限性，采用多级的降水方法又满足不了施工的要求。对于渗透系数在1×10-8m/s以下的土壤降水显然没有什么好办法。例如：1985年在宁波经济技术开发区的建设中，管沟的施工中其挖土深度仅为5m，采用普通轻型井点降水，在降水的过程中出现了倒流现象；1989～1990年在天津某钢厂的建设中，采用喷射井点降水，同样也出现了倒流现象，最后只能采用深井井点降水，其降水周期长达80余天，方见效果。

3 工厂的土质主要物理特性和指标（地质资料）

表2

工程地质亚层 层底

标高 层厚 重度（kN/m3） 摩擦角φ（°） 内聚力c（kPa） 渗透系数

k20

层号 名称 10-6cm/s

① 填土 -1.3 0.7 18.3 7.8 20

② 粉质黏土 -2.3 1 18.5 9 21

③ 淤泥质粉质黏土 -6.6 4.3 18.3 8.3 16.4

④1 黏土 -10.6 4 19.7 9.6 43.7 5.793

④2 粉质黏土 -13.6 3 18.4 10.1 27.6 2.795

④3 淤泥质粉质黏土 -15.1 1.5 17.8 11.1 13.9 2.345

⑤ 粉十夹粉砂 -19.1 4 18.3 16.7 11.5 4.295

⑥ 粉十夹粉质黏土 -21.1 2 18.6 12.8 12.8 1.397

⑦ 粉十 -31.1 10 18.5 16.2 9.9 4.328

拟建筑区静止水位在距地表1.00～1.20m，其相应的吴淞高程为2.16～2.36m。

由表2可以看出，拟建工厂30m以内均为软土分布。

第③软土层属浅海相沉积，含黑色腐植质，部分夹薄层粉砂，软塑-流塑，低渗透，高灵敏度，属高压缩土。

第④1、④2层土，不存在任何局部薄粉细砂层，排渗水性能更弱，按工程开挖空间土质的下部均为淤泥质土，其厚度大，且分布普遍、具有高含水量、大孔隙比、低渗透性的特点，并且土质易膨胀、流变，抗剪强度随时间而降低，第④1、④2层卸荷时极易产生滑动。

根据以往的降水经验，根据井点的特性开发出真空深井井点。

4 真空深井井点的结构特点和原理

真空深井井点是轻型井点和深井井点的结合产物，其结构原理如图1所示。昆山某工程深基坑采用的是钢管总长18m，Φ406×10钢管底部用钢板密封，上部用钢盖板密封，井点管的下部设有过滤孔，滤头的外部由滤网包裹，管内设有一台潜水泵，排水管与盖板上的出水管相连。

图1 图2

在井点管周围填满滤料，深井系统与真空系统相连接，开启真空泵抽真空，并定时进行抽水。

5 降水效果

Q=πdLk1/2/15

式中：

Q——单根井点最大出水量，m3/s

d——过滤器的直径，m

L——过滤器的长度，m

k——渗透系数，m/s

井点管长18m，在滤头部位为灰色黏土，取其滤头长度为6m，渗透系数为2.345×10-8m/s，过滤器直径d=0.406m，计算得出：单根井点的最大出水量是6.8m3/d。经过一段时间抽水的记录发现实际出水量，开始每日3.2m3，以后逐渐降低为每日1.0m3。其日出水量和时间的关系如图2所示。

在开挖前对基坑的降水效果进行了验算，根据潜水井水位高度计算公式来对此进行验算：endprint

Z2=H2-Q[lgR-1/n×lgr1·r2·r3……rn]/1.366×k

式中：

Z——任意两点的水位高度，m

H——含水层厚度，m

k——渗透系数，m/d

Q——井点的流量，m3/d

R——井点影响半径，m

r1、r2——任意点距两井的距离，m

首先计算两点的理论高度，示意见图3：

图3

根据经验得知，当井的影响接近于0.95H的地方，可作为井点的影响半径。故此：

R=0.95H=0.95×含水层厚度

含水层厚度的计算，由于土的渗透系数很小，深井可作为完全井计算。

H=井点的深度-地下水位距地表的厚度

地下水位距地表为1.00～1.20m，故可取平均值，为1.10m。

所以：

H=（18+1）-1.10=17.1m

R=0.95H=16.25m

由前式可知：

Q=6.8m3/d=7.87×10-5m3/s

k取（2.345×10-8m/s+4.295×10-8m/s）/2=3.32×10-8m/s=2.86848×10-3m/d。

两井的距离为17m，在整个工程中共设10口井，取其中任意两点r1=r2=a/2=8.5m。

代入公式计算得出Z=6.87m。

再取两井间最远距离，r1=r2=b=8.9m，计算得出Z=8.14m，这样理论上得知降水的深度分别为11.13m及9.86m。

抽水后又根据实际出水量进行了验算，得出上述两点的降水深度为10.23m及9.1m。

在开挖后，发现两种计算值均偏大，降水效果低的原因很多，主要是：（1）主体结构由围护结构阻挡地下水的进入；（2）施工过程中的施工质量；（3）现场突发性事件，如停电、停水等。

尽管如此，在整个深基坑的土方施工中，真空深井井点的降水效果还是达到了预期的效果。

6 结语

井点降水的特点有：降低地下水位；增加土的抗剪应力；利用降水时的真空效果增加地基的承载力。

真空深井井点降水的优点有：降水半径大、降水深度较深、设备投资少、结构简单、操作方便等；缺点有：施工难度较大、安装复杂、材料耗费较大、井点回收困难等。

真空深井井点的改进措施：根据其安装复杂的缺点应进行一些改进，如将井管改为无砂管等。

参考文献

[1] 孙更生，郑大同.软土地基与地下工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1984.

[2] 李伯宁.中国土木工程手册[M].上海：上海科学技术出版社，1989.

作者简介：李春林（1962-），男，山东淄博人，上海宝冶集团有限公司工程师，研究方向：施工技术；李朋斌（1974-），男，陕西渭南人，上海宝冶集团有限公司高级工程师，研究方向：施工技术。

（责任编辑：陈 倩）endprint