淺析井群降水設計存在問題及改進措施

王志云

(齊齊哈爾市水利工程建設質量與安全監督站，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

1 目前設計主要存在問題

由于井群降水具有計算理論簡單、施工方法容易、建設費用較低等優點而被水利工程基坑廣泛采用。但由于基坑控降水屬臨時性工程措施，設計者往往給予的重視程度不夠，致使基坑井群控降水方案布置及結構設計存在諸多瑕疵，直接造成工程投資增加，甚至影響工程施工安全。

經對某項目的127座橋、涵、閘及泵站基坑井群降水設計的審查發現，目前基坑井群降水設計在井群布置方案、成井深度設計、基坑涌水量計算等方面主要存在以下問題。

1.1 計算公式選用不正確

截止目前，介紹工程基坑涌水量計算的工具書籍及成果較多[1-4]，推薦的計算公式及應用條件也不盡相同，因此，在實際工程設計中，由于工程設計人員對計算公式的適用條件理解不透，對基坑所處含水層的水文地質特性研究不夠，設計中有的將完整井的涌水量計算公式用在了非完整井基坑，有的將地表無固定水源補給條件下的涌水量計算公式用在了地表有固定水源補給條件下的基坑，由此造成設計井群的排水量與基坑實際涌水量相差懸殊，降水設計方案無法指導工程施工。

1.2 井點布置不合理

1.2.1 井點與基礎邊線距離大

在有些基坑工程中，由于設計者過分追求避免井群對基礎土方開挖造成干擾，將井點布置在基坑開挖邊線外5 m，致使井點遠離建筑物基礎邊線，特別是當基坑挖深大、開挖坡度緩時，井點距建筑物基礎邊線的距離更遠，嚴重影響了井群的控降水效果，同時增加了成井投資及降水運行費用。如：某工程18標段一穿堤閘站，基坑上口開挖面積80×70 m2，根據基坑土體特性，設計開挖邊坡比為1：2，基坑設計挖深9.5 m，設計地下水位降深8.2 m。設計井點距開挖線5 m，距建筑物基礎邊線30 m。經計算比較，該設計方案與近基礎邊線布置方案相比，成井費用增加17%，降水費用增大18.7%。

1.2.2 井點間距離選擇不科學

地下水的動態變化證明，完全水平靜止或無水源補給條件下的地下水幾乎不存在，因此，在實際基坑的降水井群設計中，具有一定水面比降或有固定水源補給條件下的地下水是設計者面臨的普遍問題。但從現有基坑井群設計方案看，設計者并未對此給予一定的重視，多將井點等距離均勻布置在基坑周圍，從而造成整個井群的降水效果達不到設計要求，施工中不得不臨時增加降水井點。其主要原因是，如果地下水的自然流動方向與基坑排水時的地下水流向一致時，降水影響半徑將明顯減小，基坑有效水位的降深也將隨之減小，基坑的實際降水效果將達不到設計要求。

1.3 井深設計不經濟

根據對基坑井群降水設計成果分析可見，部分工程因降水井深設計與基坑所處含水層的分布情況針對性不強，沒能很好地根據透水層的分布特點調整成井深度或改變降水形式，存在當含水層為正分布(自上而下含水層滲透系數逐層增大)和逆分布(自上而下含水層滲透系數逐層減小)情況下井深設計的不合理性，影響了基坑的實際降水效果，致使降水費用增大，施工工期延長。

1.3.1 含水層為正分布情況

經查閱現有建筑物基坑降水井群設計發現，部分工程設計者在進行井深設計時，完全依照井深計算成果進行成井深度確定，而由于在含水層正分布情況下，其滲透系數自上而下逐層增大，往往使井體進水花管處于滲透系數最大的含水層內，從而造成井點的排水直接抽取于強透水層，嚴重影響了井群的基坑降水效果。如某項目閘站的基坑工程，其地面高程為39.7m，自地表以下分別為細粒土厚1.3m；低液限黏土厚3.8m；級配不良中砂厚4.3m；級配不良粗砂厚6.4m；級配不良礫厚7.9m。設計井深21m，其中花管長度5.5m。按照此井深的設計成果，進水花管有95%的長度位于礫石層，致使基坑在實際降水時，盡管各井的排水流量已達到設計要求，但基坑的穩定降深水位仍高于設計控制水位1.4m，為滿足施工要求，現場不得不臨時增加降水井數量。

1.3.2 含水層逆分布情況

如果含水層為逆分布，當基坑位于滲透系數較大的含水層內，且井體花管僅有少部分或完全不在該層內時，井點的抽水量主要受限于下部較小滲透系數的含水層，而基坑內的涌水量主要來源于較大滲透系數的上部含水層，因此，在此種情況下，采用井群降水既不經濟又達不到好的降水效果。

2 主要對策

2.1 選用正確涌水量計算公式

到目前為止，介紹基坑涌水量計算方法的書籍及研究成果很多，計算公式也不盡一致，在一定程度上也影響了工程設計人員的實際應用。2012年10月1日頒布實施的《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012[5](以下簡稱《規程》)進一步明確了基坑涌水量計算方法及相關計算公式，實際工程可依據含水層厚度、成井深度、附近有無固定水源補給及地下水類型選取相應的計算公式完成基坑涌水量計算(即為潛水完整井基坑、潛水非完整井基坑、潛水完整井近固定水源基坑、潛水非完整井近固定水源基坑、承壓水完整井基坑、承壓水非完整井基坑、承壓水完整井近固定水源基坑、承壓水非完整井近固定水源基坑、承壓—潛水非完整井基坑涌水量計算公式)。

2.2 優化井點平面布置

2.2.1 井點盡量靠近基礎邊線布置

對于某一特定的建筑物基坑而言，其基坑底面對地下水位降深的要求是一定的，即井群的干擾降深為一定值，因此，如果適當減小井群化引半徑，則基坑的總用水量及井點處的動水位降深也將隨之減小，相應的配套動力也減小，運行費用可得到有效降低。因此，在實際工程設計中，應盡量將井點近距離布置在建筑物基礎邊線周圍，以達到有效降低基坑井群降水費用的目的。

2.2.2 井點采用不等距布置

在實際工程中，由于地下水具有流動性而存在一定水面比降，因此，在基坑井群降水設計中，各井點間的距離也應通過優化設計的方法確定，即為：基坑地下水位較高(或有固定水源補給)的一側，井點的布置間距應小于平均間距，而基坑另一側的井點間距應大于平均間距。具體設計時，應依據上述井點布置原則擬定幾個布置方案，采用公式分別計算各井點處的動水位降深值，當各井點處動水位降深值基本相等時，該布置方案即為最優井點布置方案。

2.3 井深要結合地層條件確定

因井深決定花管的位置，而花管在含水層中的相對位置則決定單井的出水流量。設計人員應根據含水層的地層分布情況比對井體花管在含水層中的相對位置，選取合理的花管形式及長度。當含水層為正分布時，井體花管應盡量避開滲透系數較大的含水層，實現基坑在保證水位降深的情況下，盡量減小單井出水流量。當含水層為逆分布時，由于下含水層的滲透系數小于上層，基坑涌水量直接受上含水層影響，在這種情況下，單井的實際出水流量將小于設計值，基坑的控降水效果也達不到設計要求，因此，對于含水層逆分布情況，應優先采用明排設計方案。

3 結 語

通過對大量基坑井群降水工程設計實例的調查研究，全面分析了目前基坑井群降水設計在計算公式選用、井點布置、井深確定等方面存在的問題，并指出了這些問題可能對主體工程施工及安全帶來的不利影響，最后提出了相應對策及改進措施，意在為類似工程的設計提供有益的參考及借鑒。