井点降水在深基坑降水中的应用探析

汪 永 （华东冶金地质勘查局八一二地质队，安徽 铜陵 244008）

0 前言

井点降水法是在进行开挖基坑的前期，将周围一定数量的滤水管进行相应的埋设，利用相关的设备实现抽水操作，能够有效保证挖掘的土层持续处于干燥状态的方法。其具体所使用的井点类型主要有：轻型、喷射、电渗等井点。文章主要针对轻型井点这一类型展开阐述，并系统地分析了其在深基坑降水中的应用。

1 工作原理

1.1 工艺原理

井点降水法是在基坑开挖前，在基坑的周围土层中形成相应的孔洞，将井点支管进行埋入，并在其周围用沙土进行填埋，利用集水总管，将全部的井点支管和抽水机组进行相应的连接，确保地下水能够有效地被抽空机组吸至地面而排出。

1.2 工艺设备

①供电系统：380V的施工电源。

②冲孔系统：采用1 台功率达到7.5kW 的高压水泵，所选用冲管的钢管规格为Φ40，冲嘴要设置成圆锥形，再将3 个8mm 的圆形喷水管设置在其上。

③抽水系统：5.5kW 真空吸水管，Φ40 吸水井点管若干，井点管前部设滤水管，滤水管上有梅花型Φ1.0cm 的小孔，外部裹了三层井布。集水总管由Φ100 钢管加工而成，集水钢管按照井点管间距设吸水管头。

工程材料规格

1.3 井点系统的埋设

1.3.1 放线定位

按轻型井点降水施工方案中降水井点平面布置图测量放线定位,每一井点位置打一小木柱,作为埋入井点管时冲孔施工的中心。

1.3.2 铺设总管

①集水总管自身所具有的标高最好要达到地下水位线，并要保持与水流方向呈现0.25～0.5%向上的仰坡度。

②通常情况下要保持抽水设备的总管长度不超过120m。

1.3.3 埋设井点的具体步骤

①井点的埋设采用水冲法。

②冲孔一般采射水法，应根据土层地质状况选用。冲孔深度应比滤管底深0.5m。

③井点冲成孔后，立即拔出冲管，放入井点管。

④井点管应放置在井孔中心，不应触及孔壁和深入淤泥内。

⑤砂滤层一般宜选项用干净粗砂，填灌均匀，并填至滤管顶上1～1.5m，填料量应达到计算量的95%以上, 以保证水流畅通。

⑥距离地面0.5～1.0m 时用粘土封口,以防漏气

1.3.4 井点管与总管连接

①用橡皮连接管将井点管上部与集水总管的水泵连接，形成完整系统。

②抽水时，应先开真空泵抽出管路中的空气，使管路形成真空。③当集水管存有相当多的水时，再开动离心泵抽水。

1.3.5 抽水设备安装

井点管埋设完后，要接通总管与抽水设备，并保证接头严密不漏气。

1.3.6 试抽

安装完井点系统后，要先对该系统进行试抽，检查是否会出现漏水、漏气等问题，如果发现有异常情况要立即对该系统进行检修。

2 应用实例

2.1 工程概况

某矿槽为大型铸锻件生产线节能减排技术改造工程，该高炉基础支撑于一天然地基上，基础埋深近10m。

2.2 实施条件分析

该矿槽料坑基础垫层底标高- 9.890m,地面标高±0.000,相当于绝对标高4.000m,需要挖土深度近10m。根据矿槽料坑专项施工方案中土方开挖方案：分二级开挖，1：1 自然放坡。第一次挖土至标高－5.000m，观察地下水及土塌方情况, 如果只在少量的地下水及土不塌方,进行第二次开挖至基坑底标高；否则安排井点降水，再进行第二次土方的开挖。现在挖土到－5.000m 标高，发现有大量地下水及流沙，土质情况较差，现安排进行井点降水, 进行第二次土方开挖。

2.3 井点管布置

根据大型铸锻件生产线节能减排技术改造高炉矿槽井点降水专项施工方案，矿槽料坑井点降水布置，在第一次开挖后- 5.000m 的平面上。料坑底标高- 9.890m，降水深度4.890m。基坑宽度17.9×22m，但降水深度小于6m，采用单排环形井点降水，挖土运输道路4m不封闭。井点管间距0.8m，集水总管的标高要保持与地下水位线比较接近，并要保持与水流方向呈现0.25～0.5%向上的仰坡度。具体的示意图如图1 所示。

图1 井点降水平面布置图

2.3.1 埋设深度计算

要根据降水深度和水层的位置来科学的确定埋设井点的深度，通常情况要在水层内埋入相应的滤水管，相比于基坑开挖的底部来说还要下探超过1.2m。具体的埋设深度可以按照以下方法来得出：

H≥H＋h＋iL＋I

H≥5＋0.8＋0.1×11＋1=7.9m

式中：

H 表示的是井点埋设深度（m）；H表示的是埋设面与基坑底部之间的距离（m）；h 表示的是基坑最深挖掘面与降水曲线最高点之间的安全距离，通常情况下要达到0.5～1.0m,如果是采用人工进行挖掘要选取上限值, 如果选用机械方式进行挖掘选取下限值；L 表示的是中心的井点管与基坑之间最短的距离（m）；i 表示坡度, 取1/10 作为单排环状降水；I 表示滤水管长度（m）。

为了更好地进行计算,再将滤管长度增加1/2, 使井点管超出地面0.2m 的高度,埋设井点管的深度要达到8.5m。

2.3.2 涌水量计算

井点系统涌水量是以水井理论为依据。根据地质资料分析：第一次挖土- 5.000m 位置是处在②- 1 层粉质粘土中,料坑底标高- 9.890m，必须穿过③层淤泥质粉质粘土,厚度1.7m，到达⑤层粉土夹粉质粘土，料坑底标高- 9.890m，就在⑤层粉土夹粉质粘土上（无④层粉质粘土层）。⑥层又是淤泥质粉质粘土，⑥层以下均是粉质粘土。粉质粘土性粘土透水性差，且地质资料中，没有提供透水系数，这次计算涌水量要按照到达了不透水层来计算，具体的井点降水计算内容如下：

Q=1.366K（2H- S）S/lgR-lgr

式中：

Q 表示单井所能涌出的水量（m/d）;K 表示相应的渗透系数（m/d）；H 表示含水层所能达到的厚度（m）；R 表示抽水过程中所形成的半径（m）；S 表示水位下降的数值（m）；r 表示井点的半径（m）。

Q=1.366×0.5×（2×8- 5）/lg5.85-lg0.4=7.52/0.37

=20.09（m/d）

2.4 土方开挖

本井点设备安装就绪，经试抽合格，从2008 年9 月12 日—9 月21 日连续抽水，结合观测孔水位下降情况，分析水位已降至设计要求，其轻型井点降低地下水位全貌如图2。

9 月22 日土方开挖至设计标高- 9.89m,土质干燥，含大量粉砂，达不到所要求的承载力，经监理单位会同设计单位协商，加深1 m，当开挖至- 11.0 m 时，达到井点管的最低端，土质软弱、流砂，严重影响后续施工。经业主单位决定，靠近一级井点再下一级井点。该井点比一级井点深3m，连续抽水5 天，开挖符合要求。该土方开挖采用三级驳土。土方开挖验槽满足要求的承载力，进行垫层施工。

图2 轻型井点降水地地下水位全貌图

3 经济效果评价

该工程施工周期短，至基础施工至地面，历时53 日历天，造价101000 元，结算价82000 元，投入少，支出主要为人员工资及零星材料，效益可观。

4 应用前景分析

轻型井点具有设备简单、易于操作、便于管理，降水速度快，安全可靠，水位控制方便，可有效减少基坑开挖边坡坡度，降低基坑开挖土方量(一般可减少边坡放坡土方量的1/3～1/2 以上)，提高基底的承载力，便于用大行土型机械进方施工，提高工效，缩短工期在软土路基、地下水较为丰富的地段应用，有明显的施工效果，已越来越被人们广泛应用于地基深挖、雨污水管道、房产地下室、人防、地下沉井等工程，但和其它井点降水相比，降水深度受到一定限制。

从应用地域看，轻型井点较早应用于沿海、沿河等地区，随着内地经济发展需要，高层建筑、深基础及构筑物相继出现，轻型井点降水逐步应用于该领域，诸如芜湖、马鞍山、南京等城市建设中相继运用该技术。随着经济发展需要，该技术还将得到更广泛的应用。