管井与引渗井相结合在某基坑降水中的应用

任海香，张廷会

(1.陕西煤田地质勘查研究院，陕西 西安 710054；2.陕西天地地质有限责任公司，陕西 西安 710054)



管井与引渗井相结合在某基坑降水中的应用

任海香1，张廷会2

(1.陕西煤田地质勘查研究院，陕西 西安 710054；2.陕西天地地质有限责任公司，陕西 西安 710054)

[摘要]咸阳某高层建筑基坑为巨厚砂层含水层，虽夹有一粉质粘土隔水层。在基坑降水设计中，为了将上部含水层水引入下层而降低上部含水层水位，布置了一定数量的引渗流井沟通上下含水层，形成统一的地下水系统，采用管井降水方式，完成地下水水位整体下降的目的。通过项目实施，降水效果较好，证明此设计方案合理，可为类似工程提供借鉴。

[关键词]管井；引渗井；基坑降水

管井井点降水是指沿基坑周边设置一定数量管井，每一个管井单独使用一台水泵不断抽水降低地下水位。此方法具有设备较为简单，排水量大，水泵设在地面，易于维护等特点。对于渗透系数较大(20～200 m/d)，降水深度大，地下水丰富的土层、砂层、或明沟排水法易造成颗粒大量流失，引起边坡塌方及轻型井点难以满足要求的情况下，可采用管井井点降水。本文结合咸阳地区某降水工程，对管井降水设计及施工工艺进行介绍。

1工程概况

拟建咸阳某基坑长约108 m，宽70 m，开挖深度13.0 m，地下水位约为10.8 m，由于地下水位在基坑开挖深度以上，需要进行基坑降水。

1.1工程地质条件

(1)层黄土状土(Q4al+pl)：黄褐色，具大孔隙，见虫孔，含氧化铁条纹及零星钙质结核，可塑状态。层厚2.10～3.40 m，层底深度2.10～3.40 m，层底标高376.15～377.38 m。

(2)层中砂(Q4al+pl)：灰黄色，长石～石英质，颗粒较均匀，级配不良，稍湿～湿，稍密状态。层厚6.60～7.50 m，层底深度9.50～10.00 m，层底标高369.48～369.98 m。

(3)层中砂(Q4al+pl)：灰黄色，长石～石英质，颗粒较均匀，级配不良，湿～饱和，中密状态。层厚5.40～6.80 m，层底深度15.40～16.80 m，层底标高362.75～364.25 m。

(4)层粉质粘土(Q3al+pl)：褐黄色，含铁锰质条纹、零星结核，土质较均匀，硬塑状态。层厚0.90～2.60 m，层底深度17.00～18.80 m，层底标高360.81～362.78 m。

(5)层中砂(Q3al+pl)：灰黄色，长石～石英质，颗粒较均匀，级配不良，饱和，密实状态，层间夹粉质粘土透镜体或薄层。层厚7.30～7.80 m，层底深度27.50～29.20 m，层底标高354.48～354.72 m。

(6)层粉质粘土(Q3al+pl)：褐黄色，含氧化铁条纹、零星结核，土质均匀，硬塑状态。层厚2.00～3.50 m，层底深度30.40～31.9 0 m，层底标高347.88～349.08 m。

1.2水文地质条件

该场地地形平坦，地面标高介于379.48～379.82 m之间，高差0.34 m。地貌单元属渭河Ⅰ级阶地。量测的稳定水位深度为10.80～11.10 m，地下水丰富，相应的标高为368.55～368.69 m，属潜水类型。

2基坑降水方案选取

基坑降水的方法有真空井点降水、喷射井点降水、管井降水等方法，本工程地质条件主要为砂土。设计基坑深度为13.0 m，根据公司已有施工经验及附近场地的工程地质条件，拟采用管井井点降水方案降低地下水位，由管井统一将地下水抽出，达到阻截基坑外围地下水流入基坑的目的，从而满足基础施工对降水的要求。

3降水设计

该场地含水层主要为全新统冲洪积②层中砂及其下各层，渗透性良好。但④层粉质粘土作为弱透水层阻断了上下层地下水的流通，如降水井打至④层粉质粘土顶时，由于基底至④层顶面距离较小，不满足降水井沉砂管长度的要求，故降水井穿透④层粉质粘土，同时应在坑内及坑外设置若干引渗孔以穿透④层粉质粘土，从而形成有效地流通渠道。

3.1降水模型选择

假定：由于第六层粉质粘土的渗透系数远小于其它土层的渗透系数，近似将第六层视为不透水层。

(1)含水层厚度：H=16.9 m

(2)管井深度：据《工程地质手册》，井点管深度为：HW=HW1+HW2+HW3+HW4+HW5+HW6

式中：HW为降水井深度；HW1为基坑深度，取13.0 m；HW2为降水水位距离基坑底要求的深度，取1.0 m；HW3为水力坡度作用基坑中心所需增加的深度。由于基坑等效半径r0=55 m，按照降水井分布周围的水力坡度i为1/10～1/15，如降水井需影响到基坑中心，所需的降水管井深度HW3=r0×i=5.5～3.7，取HW3=4.0 m，原理如下图1：

HW4为降水期间地下水位幅度变化。根据地质资料，HW4取1.0 m；HW5为降水井过滤器的工作长度，取4.0 m；HW6为沉砂管长度，取2.0 m。

代入上式：HW=25 m

降水模型按照潜水非完整井进行设计计算。

图1　降水模型示意图

3.2降水设计计算

降水管井采用直径500 mm的无砂混凝土管，布置在基坑上口2 m处。

(1)基坑等效半径：r02=A/π=112×74/3.14，r0=51.4 m，综合考虑r0=55 m

(2)渗透系数：砂层渗透系数按20 m/d考虑。

H=16.9 m，h=13.4 m，r0=55 m，R=367.7 m，l=HW5=4m，hm=15.15 m

(5)单井出水量

式中：q为单井出水量，m3/d；rs为管井半径，m；l为过滤器进水部分长度，m；k为含水层渗透系数，m/d。

②按照按水泵抽水功率出水量计算

式中：q为单井出水量，m3/d；d为拟采用水泵抽水管管径，m；l为过滤器进水部分长度，m；k为含水层渗透系数，m/d。

参照两种计算结果，取较小者，单井出水量为297 m3/d

考虑群井中每个井的出水量相互影响，根据以往施工经验，实际的单井出水量只有设计计算的50%，故最终单井出水量为q=150 m3/d

(6)管井数量

管井数量为：n=1.1Q/q=1.1×2 950/150=22口，考虑常规水泵的损坏时维修问题，管井数量布置24口。

(7)管井间距：基坑的周长为372 m，管井间距为：372 m/21口=17.4m/口

3.3最终设计方案

1)该基坑降水为整体设计，共布置降水井24口，其中坑外21口，深度为25.0 m，为现地表起井，坑内3口，深度为18.0 m，-10.0 m处起井(见图2)；布置引渗孔53个，其中坑外21个，坑内32个，深度分别为19 m和9 m，孔内填筑砾料(见图3)。

2)降水井开口直径700 mm，滤水管内径500 mm，滤水管采用砾石砼滤水管，孔隙率不小于10%。

3)滤水管的填料规格3～7 mm的天然圆砾。

4)采用电动潜水泵抽水，功率4.5 kw，扬程36 m，泵量30 m3/h。

5)引渗孔采用DPP100-4型汽车钻机进行钻探，孔径为150 mm，钻探深度以穿透④层粉质粘土为原则。

6)坑外集水管采用φ300的铸铁集水管有组织进行排水。

图2　降水井结构示意图

图3　引渗井结构示意图

3.4基坑降水施工要求

管井降水应由具地区经验的施工单位进行施工，施工前应进行针对性的施工组织设计，管井施工的质量直接关系到降水的效果，因此，对管井成孔施工工艺必须严格要求。

1)钻进采用回转反循环钻机。

2)钻探成孔后，立即下入井管，井管应居孔中心，保证井管安置顺利。

3)在井点管周围投入滤料，滤料填至设计深度，在试抽水位稳定后，及时补投滤料，保证滤料投量应不少于计算值的95%。后改用粘性土填至地面，并压实封闭孔口，以防地面水的渗入。

4)管井施工结束，应立即组织洗井，洗井宜自上而下进行，洗至水清基本不出泥、出水正常，井底部不存泥为止。

5)管井施工结束后，立即安装水泵，并进行调试，保证可以正常运行。

6)降水系统安装完成后应组织试抽，在试抽过程中，应定时观测抽水流量，工作水压力及水位等，并做好记录，检查抽水量与设计计算值是否相符，一般试抽阶段的出水量应大于设计计算值。根据水位下降的趋势，分析其降水效果。如出现与设计有较大出入，应即时调整降水设计方案。

4结语

(1)采用管井与引渗井相结合降水，有效的解决了含水层中间夹有隔水层地质条件下的基坑降水问题。

(2)基坑土方开挖后基底干燥，地下水水位及单井出水量总体稳定，达到了降水目的。实践证明工程布置合理，可为类似地质条件降水设计提供参考。

参考文献

[1]张廷会,郑计划.陕西煤化建设集团咸阳基地办公楼岩土工程勘察报告[R]．陕西天地地质有限责任公司.2012．

[2]常士骠,张苏民,等．工程地质手册(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社.2007．

[3]杨斌,黄强,杨志银,等.建筑基坑支护技术规程(JGJ 120-2012)[S].北京:中国建筑工业出版社.2012．

[4]杨军.管井井点降水施工方案的确定[J].江西建材.2014,(6):98-99.

[5]江科.建筑深基坑降水方案研究[J].山西建筑.2010,(15):100-101．

[6]赵立．临近既有线框构桥工作坑开挖防护及降水方案设计[J].铁道建筑技术.2014,(增1):70-72+76．

[中图分类号]TD74

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)02-0116-02

[作者简介]任海香(1968-)，女，陕西户县人，高级工程师，主要从事水、工、环地质勘察及研究工作。

[收稿日期]2015-11-19