“疏不干”基坑的降水方法研究

【摘 要】本文針對基坑“疏不干”現象，分析了現有基坑降水方法，提出了一種環保性強的降水新方法——井點定位抽水法。工程實踐表明，該方法可有效解決基坑“疏不干”問題，從而避免基坑內仍存在著地下水，影響基坑開挖及支護，甚至出現基坑滑移、坍塌等工程事故的發生；具有顯著的經濟效益和社會效益。

【關鍵詞】基坑；降水；“疏不干”；井點

引言

在常規垂直井點降水中，時常可遇到一種特殊的“疏不干”現象，即垂直井內水一抽即無，一停又有，開挖時仍有水。從理論上講，“疏不干”存在于如圖1所示的情況中，即，無論垂直降水井點如何布置，抽水強度如何大，含水層底界面處總存在一定量的地下水，致使基坑內部分地段處于理論浸潤線之下。

圖1 “疏不干”含水層

圖2 堵排結合治理殘留水示意圖

1 “疏不干”現象的危害

“疏不干”基坑大部分作業面泥濘，導致工人無法施工，邊坡支護失效；細小顆粒土流動形成的流砂、管涌現象使得土層被掏空，造成地面不均勻沉降，甚至導致基坑滑移、坍塌等工程事故，造成人力物力的損失。

2 現有“疏不干”基坑降水方法

基坑地下水治理方法有止水法和降水法兩大類。降水法具有施工簡便、操作技術易于掌握，而且降水后土的強度會有一定的提高，可降低支護工程成本和提高支護工程的穩定性等優點，在基坑工程中被廣泛采用。目前，應用到基坑工程的降水方法有垂直井點法、自滲井法、輻射井法，及其組合方法。

2.1 垂直井點法

在“疏不干”條件下用常規的垂直井點降水，抽水一段時間后，因進水面積越來越小，而致使掉泵現象嚴重，井內水很難抽上來。含水層底部總會殘留一定量的水，使得透水層與不透水層相接觸的A點部位因透水層內的殘留水的側向滲流而造成坑壁滲水，嚴重時引起側壁流砂，影響基坑側壁穩定和支護[1]（如圖2）。在殘留水水層厚度較大的情況下，會使得基坑側壁出現管涌及流砂現象；基坑周圍的土層是自穩性差的卵石或砂類土時挖明溝容易導致邊坡坍塌。另外，采用管井降水時，淺部地下水流入深部含水層后再被抽出，這就存在著污染深部地下水的隱患[2]。

2.2 自滲井法

自滲井降水需要兩個基本條件：一是被降水層土體滲透系數必須大于一個定值；二是滲井深度必須打到一個良好的透水層上 [3]。

采用自滲井點進行基坑降水節約人力物力，但存在著污染地下水的隱患。因為上層潛水多受到不同程度的污染，采用這種方法降水便人為地污染了下層地下水。

2.3 輻射井法

輻射井降水能在任意高程含水層中打水平集水管，因而適用于各種地層且具有施工占地少、降水井數量少、不影響其他工序等優點；但該方法在小面積基坑降水中造價偏高，且輻射井豎井的施工比較困難[4]。

3 井點定位抽水法

針對現有降水方法的缺點，提出井點定位抽水方法，即按基坑深度范圍內土層（綜合）滲透系數確定井間距，下層含水層（比基坑底低3m左右）頂往上采用無砂管井（又稱礫石濾水管），以下采用外側面用水泥漿覆蓋的無砂管井，組合成降水管井（如圖3所示）。

圖3 “疏不干”條件下基坑垂直井點降水示意圖

由于水泥漿涂抹過的無砂管井不透水，管外側又充填止水材料，阻止了下層含水層的水進入降水管井內，這段管井實際上就變為儲水庫，儲存上層地下水滲入到管井內的水。這段管井的長度設計主要依據水量的多少和抽水泵的能力，以能保證在一次抽水后不透水井管段內有一定的儲存地下水空間為基準。

4 工程應用

工程場地往往由透滲系數不同的土層組成，通常在降水井設計時，取降水井深度范圍內土層的綜合滲透系數。但是，基坑深度遠小于降水井的深度。當基坑底部存在滲透系數大的砂層時（這種情況比較常見），降水井深度范圍內土層的綜合滲透系數要比基坑深度范圍內土層的綜合滲透系數大得多。按照理論計算得出的井點間距就會偏大，導致降水效果不佳，甚至降水失效。同時，大量抽取了對基坑施工無影響的下層地下水。如2008年河南理工大學蓮花池景觀工程施工時，基坑深約4-5m，曾布置了數口深17m的大管井，連續抽水數個月。事實上，影響蓮花池景觀工程的地下水是上層粉土中的潛水，水量有限，而下部有一層砂土，滲透系數大，水量豐富。連續數個月抽出的絕大部分是下部砂層中的地下水。而對工程施工有影響的潛水則未能及時有效得到疏降。

在距河南理工大學蓮花池景觀工程不足1km的金冠嘉華，地質條件與蓮花池景觀工程基本相同。基坑深約5m。東北側有一條較大的水溝。場地淺部也存在兩層含水層，上層地下水水位埋深0.5m左右，含水層底界在基坑坑底下0.5-1.0m，該層地下水對工程施工有影響；下層含水層頂界位于-7.0m左右，該層地下水對工程施工沒有任何影響。2009年年初，降水單位用井點定位抽水方法。

因為“疏不干”條件下，后期水量有限，一抽即無，不抽又有，主要是一停泵，泵管中的水回流所致。假如回流的水基本上占據了儲存水管段的空間，則無法疏排地下水。如果儲水管段過短，扣除停泵水回流占據的空間后，剩余的空間（稱為有效空間）不多，則要停啟泵頻繁，既費電又耗損抽水設備，降水效果不佳。如果儲水管段過長，有效空間變大了，停啟泵時間間隔也大，對抽水有利，但因管井加深帶來管井成本增大，深孔成孔困難，以及費用增大。所以，合理設計儲水管段長度至關重要。所以，金冠嘉華對停啟泵控制進行革新改造，改人工控制為自動控制，設置了簡易自動控制裝置，大大提高了新方法的疏水效果。據施工方和業主核算，該工程降水費用僅是原方案的20%左右。而且，按原設計施工的一口降水井，其周邊出現了下沉與裂隙。其原因是，下層含水層為粉細砂，在管井降水時，管井附近的粉細砂中大量的細顆粒流入管井，最終導致管井周圍地面開裂下陷（該井后來停止使用）。然而，并沒影響到基坑降水效果。這也旁證了我們采用新方法的正確性。

此外，新方法不污染下層地下水，保護了地下水環境與地下水資源。在目前水資源日益匱乏的今天，在水環境與地下水資源日益受到重視的今天，新方法的社會效益，顯而易見，是非常顯著的。

5 結語

處理垂直井點降水“疏不干”問題的方法較多，在工程實踐中都有成功的例子，但每種方法都有其特定的條件，都有其適用的范圍。本文提出的井點定位抽水法在目前水資源日益匱乏、水環境與水資源日益受到重視的今天，具有明顯的社會效益與經濟效益，值得進一步深化研究和推廣應用。

參考文獻

[1]顧寶和. 基坑開挖中含水層的疏不干[J]. 工程勘察，1996，(5):11-12.

[2]王小剛，鄧丁海. 管井與輕型井點復合降水方式的設計與施工[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程)，2005， (11):17-19.

[3]張緒平. 用自滲井方法降低基坑水位[J]. 水利水電技術，1994，(9):43-44.

[4]張治暉，劉德林，蘭曉林. 輻射井降水技術在大面積基坑工程中的應用[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程)， 2008，(11):53-55.

作者簡介：

張永峰（1976-），男，河南濟源人，助理工程師；供職于河南省濟源市太行建設集團（有限）公司，從事工程建筑施工管理工作。