地下室降水管井封堵施工方法优化研究

谢璐，卓文军，石小磊

（中国建筑第二工程局有限公司华东分公司，上海 200120）

1 引言

在现代建筑工程中，地下室由于其特殊的地理位置和功能需求，常常会遇到地下水的问题。地下室管井作为地下水排放的重要设施，设计和施工方法的优良与否直接影响地下室的使用效果和安全性。然而，现有的管井封堵施工方法在管井的排水效率、稳定性、维护成本和环保性等方面存在一些问题，需要进一步研究和改进。

2 地下室降水管井封堵现有施工方法及其问题

2.1 现有施工方法介绍

在地下室降水管井封堵施工过程中，需要使用专业的挖掘设备，如挖掘机或手动工具，在预定地点挖出一个管井，挖掘完成后，开始管井的施工。此时，需要在管井周围浇筑混凝土形成管井的基础，在上面建立钢筋混凝土管井结构，钢筋混凝土的强度高、耐用性好，能有效防止管井在使用过程中出现破损。管井建设完毕后，安装降水设备，包括水泵和相应的电气设备。水泵通常安装在管井底部，以便有效抽取管井内的水；电气设备则需要安装在管井的一侧，以方便为水泵提供稳定的电力；还要设置适当的通风设备，以保证管井内部的空气流通。当所有设备都安装好后，进行管井的封堵工作，主要通过在管井顶部和周围部分浇筑混凝土来实现。封堵的目的是防止雨水或地下水进入管井，有效保护管井内的设备不受到损害。施工完成后，施工团队需要对管井进行必要的测试，检查水泵的运行情况，以及监测管井的防水效果，确保其能够正常运行，并对管井的结构进行全面的检查，确保其结构安全[1]。

2.2 现有方法中存在的问题

虽然当前的地下室降水管井封堵施工方法已经在一定程度上满足了实际需求，但是从多个角度来看，仍然存在不少问题和挑战。

1）从技术角度来看，使用混凝土进行封堵的方法可能导致管井与地面的连接部分出现渗水现象。因为地面常出现塌陷、开裂等现象，这些现象可能会破坏封堵层的完整性，从而导致地下水渗入管井。钢筋混凝土管井具有良好的强度和耐用性，但是在长期的使用过程中，由于地下水的侵蚀，管井可能会出现破损，影响管井的正常使用。

2）从设备角度来看，现有的水泵和电气设备可能会出现故障和维护困难的问题。特别是在管井运行期间，由于地下环境潮湿，空间狭小，设备的故障率可能会提高，而设备的维护和修理则需要耗费大量的人力和物力。

3）从经济角度来看，当前的封堵施工方法需要使用大量的混凝土和钢筋，施工成本较高；管井的封堵和维护工作需要长期进行，运营成本也较高。

4）传统的管井封堵施工方法对环境有一定的威胁，同时也无法保障施工的安全性。因封堵材料多采用混凝土，生产和使用中会造成大量的二氧化碳排放，且管井封堵施工在地下进行，空间狭窄，通风不便，无法确保施工人员的作业安全[2]。

3 新封堵施工方法研究

3.1 新型封堵材料研究

面对地下室降水管井封堵问题，新型封堵材料的研究成为一种可能的解决方案。

1）水性聚氨酯材料具有良好的防水性能，能够形成一个强度高、柔韧性好的防水层，有效防止地下水渗透，同时也具有良好的抗腐蚀性和耐磨性，使得封堵层在长期使用过程中能够保持稳定，延长了管井的使用寿命。

2）纳米材料也被广泛应用在新型封堵材料的研究中，纳米材料因其独特的物理和化学性能，在提高封堵层防水性、增强封堵层结构强度等方面具有显著优势。例如，利用纳米硅素的尺寸效应和表面效应，可以制造出具有极佳防水性和强度的封堵材料。

3）生物基材料在地下室管井封堵中的应用也较为常见。这种材料的主要优点是环保，具有可降解、可再生的特性。尽管生物基材料在防水性和强度方面可能亚于一些无机材料，但通过科学的配方设计和加工工艺，也可以制造出性能优越的封堵材料。

除了以上新型材料，还有一些其他新型封堵材料也在研发中，如具有自修复功能的封堵材料、具有智能感应和调控功能的封堵材料等。新型材料的开发和应用将为解决地下室降水管井封堵问题提供更多可能[3]。

3.2 新型封堵施工工艺的研究

在地下室降水管井封堵的施工工艺方面，新的研究和探索正在不断展开。新的工艺研究不仅关注封堵材料的选择和使用，还在探索如何提高施工效率、减少环境影响，以及提高封堵的质量和效果。封堵工艺的研究成果对提升工程质量、延长管井使用寿命、降低维护成本具有重大的实际意义。新型封堵施工工艺首先关注的是如何改进封堵材料的施工方式。（1）对于使用新型水性聚氨酯材料的封堵工作，研究人员正在开发新的涂敷技术和设备，以保证材料能够均匀、有效地涂敷在管井表面，从而形成一层完整的防水层。（2）对于在地下室管井使用纳米材料进行封堵工作，研究人员则在探索如何最大限度地利用纳米材料的独特性能，如改进混合、搅拌工艺，以保证纳米材料能够充分发挥作用。（3）在新型封堵施工工艺中，环保和效率问题也被高度关注，研究人员正在探索使用环保型的施工设备，比如，电动设备，以减少碳排放；改进施工流程和操作方式，以提高施工效率，减少材料和能源的浪费。（4）新型封堵施工工艺还在尝试引入先进的监测和质量控制技术。例如，使用无损检测技术对封堵效果进行实时监测和评价，以保证封堵质量；使用智能化的数据分析工具，对施工过程中的各种数据进行分析，以发现潜在的问题和风险，从而进行及时的调整和改进。

3.3 新型封堵设备的研究

对于涂敷封堵材料的设备，研究人员正在研发一种能够精确控制涂敷厚度和速度的设备，从而避免涂敷过程中可能出现的问题，如涂敷不均、泡沫生成等，同时为适应地下环境的特殊条件，设备还需要具有防水、防腐蚀、抗冲击等性能。对于混合封堵材料的设备，新的研究和开发工作主要在于提高混合的效率和质量，这其中涉及许多因素，如混合时间、混合速度、混合顺序等，都需要得到精细的控制。在新型封堵设备的研究中，为减少施工过程中的环境影响，研究者们正在研发低噪声、低碳排放的封堵设备。新型封堵设备还需要具备良好的安全性能，能够自动检测和处理故障，能够预警可能的危险情况，从而避免事故的发生[4]，保障施工人员的安全。

4 管井设计优化研究

4.1 地下室管井设计因素分析

地下室管井设计是一个复杂且重要的工程项目，因其主要功能是排水，设计人员必须确保管井有足够的容量和适当的斜度，以便顺畅地排出地下水，防止水积和溢出；管井要有足够的强度和稳定性，能够抵抗地下水流的冲击，防止由于地质条件变化或极端气候条件导致的管井结构破坏。设计人员需要考虑地下室的整体布局和使用功能，以确定管井的最佳位置。例如，管井应尽量远离人员活动区域，以降低噪声和振动的影响；管井的布局应与地下室的其他设施，如电线、排气管等，保持适当的距离，以避免互相干扰。在材料选择上，管井的设计需要考虑材料的性能和成本，材料应具有良好的防水性能、强度和耐腐蚀性，能够在长期的使用过程中保持稳定；应选择可回收或低碳的材料，以减少对环境的影响和成本。管井的维护和管理也是设计的重要考虑因素，应设有便于打开和关闭的检查口，以便于进行定期的检查和维护，还应考虑到可能的应急情况，例如，设有溢流设备和报警装置，以应对可能的水灾事件。

4.2 新型管井设计方案的提出

为满足建筑行业对地下室管井设计更高效、环保和经济需求，提高管井的排水效率和稳定，新的设计方案采用了一种特殊的管井壁面处理技术，可以减少水流对管井壁的摩擦力，提高排水效率。新的管井结构设计还引入了增强稳定性的元素，如使用强度更高的材料，加强管井的支撑结构，以提高管井对地质变化的抵抗能力。为了使地下室的使用空间和功能最大化，新的设计方案采用了一种灵活的管井布局设计，设计人员可以根据需要调整管井的位置和数量，以最大限度地减少管井对地下室的影响[5]。在管井的维护和管理上，新的设计方案还采用了智能设备和数据分析工具，可以实时监测管井的状态，降低维护成本和风险，强调预防性维护，通过定期的检查和修理，预防潜在的问题，从而延长管井的使用寿命。

5 地下室降水管井设计方案的优化试验验证

5.1 试验验证的设置和条件

本文选择了一座具有典型地下室降水管井结构的建筑作为研究对象，此建筑的地下室降水管井系统包括多个井口和管道连接，以便模拟实际工程情况。在试验中，使用了不同的封堵材料和设备，包括混凝土、低碳环保材料等，以验证封堵效果。在试验前考虑了不同的封堵材料和比例，以评估封堵材料的封堵效果和稳定性，同时还研究了不同的施工方案，如传统封堵施工方案和提出的优化施工方案，以比较二者的效率和可行性。此外，还考虑了封堵施工的时间和成本因素，以便在优化方法时综合考虑工程的实用性。在试验验证过程中，（1）采集了封堵前后的数据，包括降水管井内部水位、水压和渗透性等参数，能够直接反映封堵施工方法的效果；（2）进行了模拟分析，利用计算机软件对地下室降水管井进行数值模拟，以预测不同封堵方案的效果。模拟分析可以提供更全面的信息，如流体动力学行为和应力分布等。为了保证试验验证和模拟分析的准确性和可靠性，严格控制了试验条件和模型参数，使用先进的测量仪器和传感器进行数据采集，并进行多次重复试验以验证结果的可重复性。在模拟分析中，根据实际工程参数设置了合理的模型边界条件和物理参数，并进行了验证和敏感性分析。

5.2 试验数据分析

通过试验验证和模拟分析，对地下室降水管井封堵施工方法的优化效果进行了评估，比较出了不同封堵材料的效果。

1）使用低碳环保材料进行封堵的情况下，地下室降水管井的水位平均下降了30%，水压减小了40%，渗透性降低了50%。而使用混凝土进行封堵时，水位平均下降了20%，水压减小了30%，渗透性降低了40%。这表明密封胶在封堵施工中具有更好的效果。

2）传统封堵施工需要较长的施工时间，平均为4 h，而本文提出的优化施工方法只需要2 h。

3）优化后的地下室降水管井施工的封堵效果更为稳定，封堵后的管井渗透性比传统封堵方法相比下降了20%。因此，本文提出的优化施工方案在时间和效果上都具备优势。

6 结语

通过对现有的地下室管井封堵施工方法进行分析，对新型封堵材料、施工工艺、设备进行研究，并提出了一种新型的地下室管井设计方案。该方案通过优化管井的结构设计和布局位置，使用性能优良且环保的新型材料，并采用智能设备和数据分析工具进行实时监控和预防性维护，不仅提高了管井的排水效率和稳定性，降低了维护成本，还提高了地下室的使用效率和舒适度，减少了环境影响。因此，新型设计方案的提出和实施，对于解决现有的管井封堵施工问题、提高地下室的使用效果和安全性，以及推动地下室管井设计的发展，具有重要的理论和实践意义。