砂性土水工建筑物基坑降水型式选用效果分析与研究

刘朝阳 陈晓峰

（江苏省泗阳县水利局 泗阳 223700 2.宿迁市水利工程建设监理咨询有限公司 宿迁 223800）

1 降水型式的划分

江苏省宿迁市境内用于灌排的涵闸一般过水流量为20～30m3/s，该地区基坑土质大部分为砂性土，渗透系数K=A×10-4～A×10-6m/s。目前基坑开挖后降水的形式主要为轻型井点降水和管井降水。其中轻型井点降水用于对闸塘表层水的降水效果比较好，一般埋入基础层2m 左右，仅排至1m 左右的地下水；而对于过水流量达到20m3/s 以上的水工建筑物基坑降水不太适用。正常采用管井降水法，其埋入基坑面以下10～15m 左右，使地下水位形成漏斗式，从而将地下水降至基坑底面以下50cm。由于两种降水形式的计算公式大致相同，少部分施工者在进行两种降水形式的布置及计算时容易出现误差，降水效果不理想，导致开工的时间顺延。因此，正确选用不同的降水形式，有利于水工建筑物施工顺畅展开，并确保基坑边坡稳定，基坑底面不受到地下水影响。

2 典型的实例分析

宿迁市宿城区东沙河红卫闸与宿迁市皂河灌区引水涵闸同期施工，其土质及水工建筑物结构基本相同，进水流量在20～30m3/s 之间。红卫闸采用轻型井点降水，其布置直径10cm 降水管，长为6m，插入闸底板以下有效长度仅为2m，布置于基坑尺寸为80m×40m，运用4 台真空泵7.5kW 进行抽降，降水时间长达20 天，不见成效，导致无法施工；皂河引水涵洞通过降水计算设置了10 口直径30cm 深水井，长度为20m，深入土层有效长度为12m，每口井采用1.5kW，扬程25m 水泵进行抽排，降水时间3天，机械可以下入到基坑进行开挖施工，且闸塘四周无积水，根据计算两侧各布置5 口井，较好地解决了施工降水问题。

红卫闸根据降水不畅问题，重新进行了计算和布设，改为管井形式，管井在高程17.00m 埋设，井管长度为12m，布置于基坑尺寸为80m×40m，深入基坑的有效长度10m，有效地解决了困扰一个月的降水问题，使工程又进入了正常的施工程序。

3 红卫闸前后两种降水方式计算分析

红卫闸土质分布情况分别为③层粘土、④层粘土、⑤层粘土，其渗透系数分别为：2.19×10-4m/s（高程19.1～16.3m）、1.69×10-6m/s（高程16.3～13.0m）、2.4×10-7m/s（高程13.0m 以下）。计算简图如图1，括号内高程为深井井点底高程。

3.1 轻型井点降水失败原因分析

轻型井点降水仅适用对表层水的排除，红卫闸降水管插入深度仅2m，地下降水形成的漏斗其影响不足以满足闸塘左右岸两侧抽水半径的需要。

根据江正荣编著的《建筑施工计算手册》对基坑降水进行计算，主要对基坑涌水量的计算，后配置的降水系统，而施工单位在未经计算情况下，就进行轻型井点的布置，当降水不畅的问题出现后，经过如下核算才找出降水不畅症结所在。

轻型井点布置方案中：S=1.9m，K=18.92m/d，H=3.5m，A=80m×40m=3200m2。

①计算抽水半径R

②计算基坑的假想半径x0

由于R＜x0。使基坑系统涌水量计算为负值，显然不合理，从而导致轻型井点降水布置形式不能将地下水位降至理想的位置，充分说明左右岸在浅水抽排下其漏斗R 偏小，不能形成抽排曲线交圈，而形成渗水通道，导致塘内渗水，形成无用功。

图1 无压完整井涌水计算简图

3.2 深井降水的计算分析

基坑系统涌水量的计算公式：

式中：Q—系统涌水容量（m3/d）；

K—含水层的渗透系数（m/d）；

H—含水层的厚度（m），11.5m；

S—地下水降低的深度（m），1.9m；

R—抽水影响半径（m）；

xo—降水装置假想半径（m）。

①计算基坑的假想半径xo

由于基坑（深井布置）长宽比不大于5，可以简化为一个假想半径为xo的圆并进行计算：

②计算抽水影响半径R

③总涌水量Q 计算

④深井单位长度进水量q 计算

式中： r—管井半径，0.15m；

l—滤管长度，1m；

K—渗透系数18.92m/d，即0.00022m/s。

⑤深井过滤器进水部分需要的总长度L 计算

⑥深井数量计算

该工程布置深井点数量为10 口，h=H-S=11.5-1.9=9.6m。

⑦分析

通过对降水方案的选择看出，无论采用什么形式的降水方案，需进行必要的计算，首先从理论上得到验证，确定合理的方案选择相应配置的降水能力，才能保证不走弯路，确保施工顺畅。

4 结论

4.1 管井间距布置

通过上述计算，以及结合其类似水工项目的降水方案的计算和布设，一般管井降水布设应该注重左右岸和垂直于水流方向的管井布置间距，需大于xo；即依据施工范围划为圆的抽水半径需要在左右岸根据管井长度和土质渗透系数来满足抽水半径的需求，使之能形成交圈的连续曲线，故间距控制一般在左右岸较为合适；顺水流方向间距控制在抽水假设半径范围内：，较为合适。

4.2 方案选择应兼顾土质与降水的距离

红卫闸虽然轻型井点抽水已插入到⑤层粘土中，相对③层粘土比较渗透系数小很多，但左右岸间距较大，布设的降水管较浅，不能形成封闭交圈，未交圈部位形成降水的空隙区而导致仍然有地下水存在和补充，从而造成了轻型井点降水方案的失败。因此采用管井形成漏斗式抽排其深度较深的地下水，同时也满足了降水交圈的要求。

4.3 方案选择必须进行必要的计算确定

通过计算可以看出，水工建筑物基坑降水计算对现场降水设施的配置，具有一定的实用价值。从而可以解决人为的盲目性、随意性。使布置降水设施能达到工程实际的需要，反映了事前方案计算是十分必要的。

4.4 针对情况选择合适的降水方案

对砂性土地基，且地下水较充沛的地基降水，其左右岸距离大于200m 左右，不仅考虑井的深度，同时也可以考虑管井降水与针井降水相结合的办法。

建议：用管井降排基坑地下水，一般根据计算确定管井数量和井深。尤其视闸规模大小：当闸室宽度达到20m左右就可以采用深井降水，一般管井设置在青坎平台处，有利于施工时控制，但必须满足插入闸底板基坑的管深不小于10m 为宜。其管井降水不仅利于地下水位的下降，且当闸前后水位差较大时，能很好地达到降压的作用。基坑渗水与地表径流以及深齿坎类的工程可以采用轻型井点降水来解决，能很好地解决由于深井降水量不足，而布置局部轻型井点降水作补充之用。

4.5 两种降水形式成本的比较

每个管井降水不需要像轻型井点降水24h 不间断降水。通过对地下水位的观测来确定好井口内水位控制高程，一旦水位达到控制水位后泵可自动开关，这样可节约成本，根据统计，红卫闸使用轻型针井降水每小时实际电量为7.5×4=30（kW），而管井降水为1.5×10=15（kW）。管井降水比轻型井点降水生产成本更经济。

4.6 应注意降水导致的次生破坏

在纯砂性土的地基中降水，利用管井降水其抽水半径相对针井降水半径要大到1 倍以上，因此要注意降水半径对周边的影响。两种形式都应注重井底滤层的设置，确保滤层使用的耐久性和有效性。尤其处于堤防施工时由于降水防止产生管涌、漏砂，不仅防止产生降水井（管）的破坏，更重要的是在降水动力的作用下，尤其自颗粒较细的粉砂地基中施工，抽水同时由于地下水位不间断的补给，同时也可能拉动了周边土层中的砂粒，而形成大面积的水土流失，极有可能造成大面积范围内的塌陷，随着时间的推移，防止对地面附着物造成损坏■