管井降水常见问题分析

2021-01-06李俊丰

海河水利 2021年1期

李俊丰

（华北水利水电工程集团有限公司，天津 300170）

一般在地下水位高且丰富的地区进行地下结构施工，都不可避免地受地下水影响，若不采取措施，轻则影响施工进度和质量，重则危及结构及人身安全，必须引起高度重视。管井降水是基坑降水常用方式之一，特别是土体渗透系数较大的深基坑作业，施工降水尤为重要。在工程实践中，因基坑降水不善而影响施工的案例不在少数，笔者针对管井降水容易出现的技术和管理问题进行探究。

1 管井降水适用范围

管井一般适用于降水深度较大的基坑排水，适用于粉土、砂土、碎石土等渗透系数较大的土质，土体渗透系数一般为0.1～200 m/d。渗透系数低于该范围的，土粒间的自由水在重力作用下向管井移动速度较慢，降水影响半径较小，土体间的自由水很难快速排出，施工效率低且费用高；渗透系数超出该范围的，土颗粒间隙大，自由水流速大、补给快、出水量大，不仅降水困难，而且对周边环境影响大，采取管井降水方式同样不适用。

2 管井降水影响因素分析

2.1 地勘资料不详，凭经验施工

在工程实践中，经常会遇到这类情况，即建设单位提供的地勘资料是该地区往年积累的历史资料，未针对拟建设工程进行详细勘察，还可能存在勘察深度不足的问题。施工单位在开工前也未进行必要的补充勘察，资料的缺失将造成基坑支护与降水在计算过程中因经验取值而得出与实际不符的结果，那么在工程实施过程中，将可能出现降水方式选择不当或其他影响施工的问题。

2.2 地质构造分布不均，地下水外部补给因素分析不足

在常规降排水计算中，一般是以均质土层模拟计算并选择相关参数，当土层为非匀质不连续地层时，计算公式的选择和参数取值往往由于经验不足而得出不合理的结论。例如，含水层与不透水层间隔分布而含水层层厚和渗透系数相对较小时，计算结果可能会出现管井分布间距偏大的情况，致使降水效果不能达到预期。

当基坑附近有河流或水库时，若水位较高、距离较近、土层厚且渗透性较强，就要充分考虑地下水补给效应，避免因考虑不周而影响基坑开挖及后续施工。

2.3 管井成井困难、施工质量差

在黏性较差、较松散的土层成井时，极易发生土壁坍塌现象。若钻孔垂直度差、机械振动大、未采取有效支护措施等，则容易造成井孔坍塌或管井倾斜，影响正常使用。

2.4 细砂颗粒流动，造成管井淤积

在细砂、粉细砂等颗粒级配连续性差的土层中成井时，细粒土在动水压力作用下沿粗粒土间隙向管井聚集，一定量的微细颗粒可悬浮水中，随水泵排出井外，不能悬浮水中的细砂颗粒绝大多数将沉淀井底，造成管井淤积。另外，细粒土的持续流失将导致周围土体孔隙率加大，其原状结构破坏可能造成土层沉降、承载力和抗剪强度降低等，在一定程度上影响周边地基的安全稳定，甚至对拟建工程造成不利影响，因此在管井降排水时应避免该现象发生。

2.5 施工管理不善

降水井布置在支（围）护体系内侧时，机械开挖过程中不重视对管井的保护，致使管井损毁严重，部分管井排水失效。

在细砂、粉细砂等易造成管井淤堵或坍塌的土质中成井时，项目部技术交底缺失，保护措施不到位，在管井使用过程中，管理者不注重对有效井深进行观测，维护者在管井发生淤堵时未报告，将导致基坑降水效果差。

水泵排水量与管井集水量不匹配，维护人员责任心差，停泵后长时间等待，造成地下水位难以长期维持，影响施工。

3 应对措施

3.1 针对地质情况不详的应对措施

当基坑开挖深度较大周边情况复杂时，若缺乏明确的地勘资料或地勘深度不足，在编制基坑支护及降排水方案前，有必要对工程地质进行补充勘察，进一步明确各层土质物理力学指标、地下水类型、渗透系数等，从而选择合适的计算公式和参数进行计算，编制科学合理的施工方案和技术措施。

3.2 地质情况复杂、降水受外部补给影响时的应对措施

当地质分层较多、情况复杂时，应根据客观情况具体分析，充分考虑地质分布不均对降水效果的影响。常规降水理论计算均是按匀质土层构建计算模型，实际含水土层往往没那么理想，一般在计算时通常概化处理，整体按一层含水层计算，通常采取加权平均的方式。若相邻含水层渗透系数、层厚等相差较大时，计算结果往往会出现较大误差，实际施工时达不到理想效果，此时应将计算过程和结果与当地经验结合起来考虑。具体施工中，我们应结合3 个数值考虑，分别为影响半径、根据基坑涌水量和单井出水量计算得出的管井数量与间距以及管井的经验距离，三者按最小值取定。

当基坑附近有外部地下水补给特别是土层渗透系数较高时，应充分考虑地下水补给效应。一般可采取在补给侧加密管井、构建双排管井等措施，还可采取截水措施，例如施做拉森桩止水帷幕、水泥土搅拌桩帷幕、高压注浆帷幕、排桩帷幕等；也可根据需要，在基坑内外设置水位观测井，便于施工期水位观测。

若基坑底部以下存在承压水，则应根据承压水埋深、水头、外界补给等情况，采取合理的防范措施。

3.3 管井成井困难的应对措施

管井成井困难往往是由于土质疏松、地质稳定性差造成的孔壁坍塌以及塌孔后造成管井安装倾斜，影响后期使用。通常采取的措施包括：埋设护筒保护，并根据需要适当加长；施工时选用低振动钻井设备；钻孔前稳定好钻孔设备并控制钻井垂直度；钻孔成井作业时，禁止周边大型设备施工；施工时快速成井减少孔壁暴露时间，并在下放井管后迅速填料；必要时采取泥浆护壁成孔，清孔后下放井管。

3.4 防止管井淤积的应对措施

管井被淤积的原因，主要是土粒在动水压力作用下，微细砂粒随水流沿粗颗粒间孔隙向管井流动并不断沉淀造成淤积。因此，降低土体中动水压力和隔断流动通道是避免细砂淤积的良方。首先在编制降水方案时，应结合土的种类、颗粒级配、孔隙率等情况，分析判断管井降水时被淤积的可能性及对周边已有建筑物、构筑物或设施及拟建工程的影响。当管井降水不会对基坑周边环境造成损害允许采取降水施工时，应采取有效措施防止管井淤积。在降低动水压力方面，可通过前期缓慢降水，减小水头差和水力坡降，使细砂颗粒低于发生流砂的临界状态，降低水砂同动的可能性，必要时在基坑外围设置帷幕、排桩、地连墙等截水措施，通过增加渗径等方式降低动水压力。在隔断流砂通道方面，可在管井周围填充合适的滤料，采用相应的土工织物自下而上包裹管井，做到透水不透砂，防止细砂流入管井。

3.5 加强施工管理

降水井布置在支（围）护体系内侧时，机械开挖过程中应重视对管井的保护，加强现场指挥，防止碰触管井，对管井周围土体辅以人工开挖。在成孔困难的土质中进行管井安装时，要对操作人员进行详细的技术交底，采取必要的技术保护措施，同时加强现场指挥和监管，防止外部干扰。在管井使用和维护过程中，应安排专人加强对有效井深、管井水位和观测井地下水位等观测，在管井发生淤堵时，应及时安排洗井。当水泵排水量与管井集水量不匹配时，应根据具体情况分别采取加强人员值守、调换适宜水泵、安装自动启停智能水泵等措施，防止因长时间停泵而造成基坑地下水位反弹。当管井发生损毁无法继续使用时，应分析影响并视需要进行补井，确保地下水位稳定在安全状况。