管井降水的設(shè)計(jì)與施工

■劉 鵬，李 坤 ■南京市長江河道管理處，江蘇 南京 210011

1 引言

水工建筑物在開挖深基坑過程中，基礎(chǔ)深度一旦超過地下水位埋深，由于含水層被切斷，在壓差作用下，地下水會不斷滲流入基坑，造成基坑浸水，使現(xiàn)場施工條件變差，邊坡穩(wěn)定性、地基承載力下降。為保證施工安全，應(yīng)采取有效的降水措施。對于地下水豐富、降水深、面積大、滲透系數(shù)大、土質(zhì)為粉砂類土的施工環(huán)境，多采用管井降水。通過均勻布井，控制單井落差，使水位降深滿足施工要求，同時(shí)減少對地層的擾動和對原有建筑物的影響，避免周圍地面產(chǎn)生過大的沉降。根據(jù)地下水有無壓力、管井底部是否達(dá)到不透水層，管井分為無壓完整井、無壓非完整井、承壓完整井、承壓非完整井，以無壓完整井為例用水井理論分析管井的設(shè)計(jì)與施工。

2 管井的設(shè)計(jì)思路

2．1 基坑等效化

將開挖的基坑等效化為一口大井，用大井法計(jì)算基坑總的涌水量。

總涌水量:Q大=1．366K(2H-S)S/lg(1+R/r)

參數(shù)的確定:Q大——總涌水(m3/d)

R——群井降水影響半徑(m)，抽水影響半徑與土的滲透系數(shù)、水位降落值及抽水時(shí)間有關(guān)，水位穩(wěn)定后可按庫薩金公式求出，也可由帶觀測井的抽水試驗(yàn)得出。r——基坑等效半徑(m)，矩形基坑 r=0．29(a+b)，a、b 為基坑的長、短邊。S——水位降落值(m)，一般降到操作面下0．5～1m。H——含水層厚度(m)，綜合以往施工經(jīng)驗(yàn)和降水井的深度及地層來確定。也可先假定一個數(shù)值，按完整井模型，采用含水層厚度按1米間隔遞增，計(jì)算涌水量，然后按非完整井模型，以同樣的方法計(jì)算總涌水量，它們會有一個重合點(diǎn)，再結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定含水層厚度。K——滲透系數(shù){m/d}，可用現(xiàn)場抽水試驗(yàn)測定，計(jì)算中取各土層滲透系數(shù)的加權(quán)平均數(shù)。

2．2 確定單井出水量

根據(jù)裘布依公式:Q單=1．366K(2H-S0)So/lgR/r0

參數(shù)的確定:Q單——單井在無干擾井下的出水量(m3/d);r0——抽水井半徑(m);S0——管中的水位降落值(m);l——濾管長度(m)

2．3 確定管井的數(shù)量n

在群井同時(shí)抽水的狀態(tài)下，每個單井的出水量會減少，形成干擾群井，因此在Q單的基礎(chǔ)上乘以一個小于1的系數(shù)α，則Q'單=αQ單。

n'=Q大/Q’單

即用總的涌水量除以修正后單井出水量，再加以一定的富余系數(shù)β，β 一般不小于1．1．

n=βn'

2．4 確定管井的間距

管井一般基坑周圍離邊坡上緣2米左右環(huán)形布置，深度應(yīng)比所需降水的深度深6～8米，井距一般為8～15米，井距太大降水效果不好，同時(shí)考慮水泵損壞時(shí)，維修的間隔不能給附近的水位造成過大的提升。通常按實(shí)際部署檢查疏干基坑中心點(diǎn)O設(shè)計(jì)水位時(shí)裝置的總涌水量Q實(shí)總，Q實(shí)總=1．366K(2H-S)S/lg(R+r)-lg(X1X2X3……Xn)/n

若 Q實(shí)總＜nQ'單

井距、井?dāng)?shù)滿足降水要求。

X為井點(diǎn)位置至基坑中心點(diǎn)的距離。

2．5 水泵的選擇

水泵流量與管井的出水能力相匹配，水泵小時(shí)，達(dá)不到降深要求;水泵大時(shí)，抽水不能連續(xù)，增加維護(hù)難度，對地層影響較大。水泵功率N(kw)一般與流量有關(guān):N=KQH/75η1η2．

K——安全系數(shù);Q——基坑涌水量(m3/d);η1——泵效率，一般取0．4 ～0．5;η2——動力機(jī)械效率，一般取0．75 ～0．85．

施工現(xiàn)場一般準(zhǔn)備大中小各種規(guī)格水泵，以便在現(xiàn)場調(diào)配。

3 管井的施工

3．1 工藝流程

測放井位——護(hù)筒埋設(shè)——鉆機(jī)就位——鉆孔——清孔——下井管——填放濾料——洗井——試抽——成井。

3．2 管井結(jié)構(gòu)

管井上、下部各有一節(jié)不透水管，中間為透水管，井管內(nèi)徑與單井要求出水量、水泵直徑、施工機(jī)械及井管的市場規(guī)格有關(guān)。井壁外裹2～3層尼龍網(wǎng)作濾網(wǎng)，外纏1．0～1．5mm的鐵絲固定，井壁與井筒之間填放粗濾料，上口用粘土封填，以防上層滯水流入。井管底部用鋼板封底，接頭用電焊接頭，井管底與井底之間填300mm厚的2～4cm碎石，防止井管下沉。

3．3 施工技術(shù)要點(diǎn)

(1)鉆孔過程中，認(rèn)真填寫施工記錄，記錄地層變化情況、含水層巖性及頂板深度和厚度，以及清水或泥漿的漏失情況;(2)安裝井管前必須清理井底沉渣，稀釋泥漿，比重不大于1．25，填料之前再次稀釋泥漿，比重不大于1．15，填料后立即進(jìn)行洗井，水徹底抽清，保證濾網(wǎng)暢通;(3)水泵應(yīng)置于設(shè)計(jì)深度，吸水口應(yīng)始終保持在動水位以下。水泵排水管線及電源線的鋪設(shè)安裝嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行;(4)對單井進(jìn)行試抽試驗(yàn)檢查降水效果，水位下降速度和出水量。定期取樣檢測含砂率，保證含砂率不大于0．5‰;(5)為保證降水工作順利進(jìn)行，在施工期間不能停電或做好應(yīng)對停電的預(yù)案，使管井連續(xù)、穩(wěn)定降水。

4 結(jié)束語

基坑管井降水由于土層水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，有關(guān)參數(shù)如滲透系數(shù)、抽水影響半徑等取值的準(zhǔn)確性將影響管井系統(tǒng)涌水量的計(jì)算成果。因此利用水井理論必須與場地實(shí)際情況相聯(lián)系，在降水實(shí)踐中采用信息化施工，定時(shí)檢測降深、涌水量;采用抽水試驗(yàn)驗(yàn)證降水效果，進(jìn)一步優(yōu)化降水設(shè)計(jì)的施工方案。

［1］建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范(JGJ/T111-98)［S］．

［2］姚天強(qiáng)，石振華．基坑降水手冊［M］．中國建筑工業(yè)出版社，2006．