关于市政工程不同降排水方式适用性的探讨

孙保海SUN Bao-hai

（亳州市重点工程建设管理局，亳州 236000）

1 降排水的目的

在市政工程施工时我们要保证基坑的开挖、边坡的设置、地下顶管作业、地下管廊的施工等的顺利进行，对于存水工况，我们要进行降排水作业。假设墙背垂直光滑、土体表面水平，则根据朗肯土压力计算公式：

式中：

Ea——土层总主动土压力（kN）；

eai——计算点主动土压力（kPa）；

Kai——计算点处的主动土压力系数；

rj、ci——土层重度（kN/）、土层黏聚力（kPa）；

在无水的时候ri取土重度，有水的时候取浮重度或者有效重度加净水压力，可知后者受力大于前者，也就是说降水后基坑内支撑受力减少，增加围护安全性，基坑稳定性增加，倾覆风险降低，上述为降排水的首要目的。再者，降低地下水会降低承压水水头差，进而降低坑底突涌和流土的风险，保证基坑施工安全。其次，将地下水降低到基坑下0.5m将保证施工作业内不带水作业，避免水下施工，保证施工质量。再次，在基坑施工时为保证基坑地基的承载力是不允许水浸泡地基的，至少保证水位降低到坑底0.5m。最后，在施工地下顶管和管廊等工程时，将水位降低可以有利于管壁注浆及止水带的施工，降低水压，保证施工质量。

2 降排水的施工方法

在市政工程施工中，降排水按复杂程度分为简单、中等、复杂三类，降排水方法主要有集水明排和井点降水。集水明排有在基坑周边能看到的排水沟、集水井、抽水泵等，在对于坑底有水渗出坑底或者地下底板和支护结够阻挡难以设置明排沟时可以设置盲沟进行排水。井点降水有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深管井井点等方式。

2.1 集水明排

在基坑明挖时可以根据表1：土质边坡坡率允许值进行放坡，在基坑四周根据渗水流量设置排水沟，排水沟坡率不应小于0.3%，沟底要进行处理，以防下渗，破环坑底地基。每30-50m设置一个集水井，集水井规格要经过实验或者计算确定，同时集水井要进行防渗处理。在利用抽水泵进行排水时，在进入市政管网时要设置沉淀池进行处理，以防污染环境。

表1土质边坡坡率允许值

2.2 井点降水

在使用井点降水时要根据工程实际土质、各层土的渗透系数和需要降水深度选择井点降水的类型。井点布置大概主要步骤为：①放线定井位-②钻井-③吊放井管-④填入滤料-⑤洗井-⑥安装抽水设备-⑦试抽水-⑧安装水管网-⑨运行降水-⑩水位观测。井点在基坑周边等距设置，根据所选择的方式利用下式计算基坑水位降深si，同时保证任一点的水位降深大于要求水位降深。

式中：

si——基坑内任一点的地下水位降深（m）；基坑内各点中最小的地下水位降深可取各个相邻降水井连线上地下水位降深的最小值，当各降水井的间距和降深相同时，可取任一相邻降水井连线中点的地下水位降深；

H——潜水含水层厚度（m）；

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qj——按干扰井群计算的第j口降水井的单井流量（m2/d）；

k——含水层的渗透系数（m/d）；

R——影响半径（m），应按现场抽水试验确定；

rij——第j口井中心至地下水位降深计算点的距离（m）；当rij>R时，应取r=R；

n——降水井数量。

在降水的过程中水位线下降，土层的有效应力增加，会造成地层的压缩变形s。

式中：

s——计算面的地层压缩变形量（m）；

φw——沉降计算经验系数，应根据地区工程经验取值，无经验时，宜取φw=1；

Δhi——第i层土的厚度（m）；土层的总计算厚度应按渗流分析或实际土层分布情况确定；

Esi——第i层土的压缩模量（kPa）；应取土的自重应力至自重应力与附加有效应力之和的压力段的压缩模量。

如果在降水影响范围内有管道、房屋、线杆等重要构筑物时，要对降水引起的沉降进行计算及实施监测，如果影响较大要使用截水、反灌等方法保证构筑物沉降在允许范围内。

3 降排水施工方法的适用性

3.1 集水明排的适用性

集水明排是在基坑开挖时基底利用排水沟汇水于集水井、基坑周边的汇水、降水井排出的水收集在集水井中利用抽水设备排出。集水明排适合明开挖基坑的降排水，对于土质较好的填土、粘性土、砂土、粉土、碎石土都是适用的。基坑开挖放坡范围内没有构筑物，基坑开挖放坡外一定范围内构筑物的沉降必须符合要求。在符合表1进行开挖时深度在10m以内开挖较经济，适合使用集水明排。可在每层开挖时进行设置排水沟及集水井。在排水过程中要注意使用滤料等措施防止砂土的流失，在排水过程中要利用沉淀池防止环境污染，集水井和排水沟使用后要注意回填密实，符合要求。

3.2 轻型井点的适用性

轻型井点是在基坑四周打井安装井管到基地的含水层，上部利用总管把各个井管连接起来，通过抽水设备把地下水抽出，以达到降水的目的。轻型井点降水分为单级和多级的轻型井点降水方式，适用的渗透系数为0.1-20m/d，适用土层为砂土、粉土、粘性土，单级井点可降水深度为3-6m，多级井点可降水深度为6-20m。轻型井点适用范围广，渗透系数跨度大，使用的设备简单，能很好的达到降低地下水，增加边坡稳定性。

3.3 喷射井点的适用性

喷射井点是在井点管内部安装喷射器，用高压水泵或者空气压缩机通过井点管中的内管向喷射器输入感压水或者压缩空气形成水汽射流，将地下水经过井管排水。利用高压水泵的为喷水井点，利用压缩空气的为喷气井点。本方法适用渗透系数为0.005-20m/d的土质降水，适用的土层为砂土、粉土、粘性土，喷射井点有设备简单，施工速度快，费用低，降水深度大，深度可达到20m以上。但是，喷射井点有喷射器磨损后不容易更换的致命缺点，在现实工程中，优先级较轻型井点排在后面。

3.4 管井井点的适用性

管井井点降水是在每个管井配备一台抽水设备，不间断的实施降水的一种降水技术。管井降水适用于渗透系数为0.1-200m/d的粉土、砂土、碎石土，可降水深度无限制，井距布置在20-50m之间。管井井点要在井管中设置过滤管。管井井点降水要求土层渗透系数大，工作效率高。如果降水要求深可以使用深管井井点降水，其降水深度可达25-30m。

3.5 电渗井降水法

电渗井降水法是利用电荷的异性相吸的原理工作的，利用钢筋阳极加速渗流，使水汇集于井点管附近，再通过井点管排出地面。其优点是可以对小于0.1m/d的土层降水，降水深度在5-6m。适用粘性土、淤泥、淤泥质粘土。

4 市政工程降水适用性案例分析

案例一：亳州市某市政道路工程项目总投资13亿元，道路全长14.12km，采用一级公路标准建设，兼城市快速路功能。工程涵盖雨污水管道、道路、桥梁、照明的等项目。其中顶管井最深井W-145井室深度8.55m，管井1000，管底深度9.55m，需降水到10.05m，根据岩土勘察报告各土层渗透系数K值如表2，水位为34.3m，自然水位在自然地坪以下2.27m，水位降深最大8.833m，穿越土层①、②、③、④层。从自然地平以下1.1-10.05m的综合渗透系数k=0.069-0.195m/d，根据渗透系数可知轻型井点、喷射井点及管井井点适用。但是，降水深度10.05m大于6m，所以只有多级轻型井点、喷射井点及管井适用。考虑到顶管工作井较为分散，施工周期长，多级轻型井点施工复杂，喷射井点喷射器损坏难以更换，综合选用了管井井点降水。

雨水沟槽经过清表之后开挖基槽大概1.5m，小于自然水位2.27m，只需要在雨季施工时注意在基槽两侧设置排水沟，50m设置一个集水井即可，在非雨季施工时不需特别设置排水设施。污水除了顶管施工外还有明开挖，最大开挖深度大于3m，大于2.27m，需要在每层开挖时设施排水沟和集水井，而且降水要专人看管不能积水浸泡坑底，基坑底部要求有承载力，浸泡之后还需特别处理。

案例二：亳州市某综合管廊项目，本项目东西方向3.28公里，南北方向1.045公里，该项目共有13条道路，其中四条道路下设置地下综合管廊，总长5.3公里。项目工程包括道路路基工程、路面工程、给排水工程、桥涵工程、交通设施工程、照明工程等。根据地质勘查报告显示，地层分布情况如表3：管廊地层分布情况。

综合渗透系数为0.56-1.50m/d，沿线地下水主要为潜水和弱承压水，潜水赋存与上部表层粉土中，水量较大，受大气降水影响较大，地下水水位年变化幅度1-2m。弱承压水分布在下部粉土、粉细砂层中。勘察期间实测混合水位埋深0.8-1.2m，平均1.07m。高程35.09-36.5m，平均36.5m。由于现场施工具备作业面，采用明开挖的施工方案施工管廊。排水措施综合选用多级轻型井点/管井井点+集水明排的降水方式。在基坑布置U型轻型井点降水设备，先使用轻型井点进行降水，在基坑开挖过程中有地面径流、雨水流入基坑的水，用基坑集水明排的方式排出。①围挡范围内坡顶全部硬化，放坡开挖段坑内设置上口宽1200mm沟底宽400mm倒梯形排水沟，灌注桩支护段设置400mm*400mm排水沟，间隔30m设置边长1200*1200*1000mm集水井进行集水明排坑内的水汇集于集水井内，再用高扬程水泵将基坑内的水排出基坑外。②截水沟深度始终保持比挖土面低500mm。③集水井比排水沟低500mm，或深于抽水泵的进水阀的高度以上，保持水流畅通。④基坑截水沟尺寸400*400mm，沟底设有0.3%的纵坡，使水流不致阻塞，并离开支护结构500mm左右。

图1 沉井周边降水井平面布置图

表2各土层渗透系数K值

5 结束语

在市政工程施工过程中有很多需要降水处理，降水方式有很多，在众多的降水方式中我们要综合土层渗透系数、降水深度、工期及成本等因素来综合确定降水方式。每一中方式都有最适合的工况，比如电渗法就很适合渗透系数小的地质工况，其他方式效果很差。我们在实际选择时还是综合现场情况，选择最优方案或者市降水方案的组合形式。本文抛砖引玉的试着解决问题，希望对于大家选择降水方法时有一定借鉴意义。

表3管廊地层分布情况