關(guān)于市政工程不同降排水方式適用性的探討

孫保海SUN Bao-hai

（亳州市重點工程建設(shè)管理局，亳州 236000）

1 降排水的目的

在市政工程施工時我們要保證基坑的開挖、邊坡的設(shè)置、地下頂管作業(yè)、地下管廊的施工等的順利進行，對于存水工況，我們要進行降排水作業(yè)。假設(shè)墻背垂直光滑、土體表面水平，則根據(jù)朗肯土壓力計算公式：

式中：

Ea——土層總主動土壓力（kN）；

eai——計算點主動土壓力（kPa）；

Kai——計算點處的主動土壓力系數(shù)；

rj、ci——土層重度（kN/）、土層黏聚力（kPa）；

在無水的時候ri取土重度，有水的時候取浮重度或者有效重度加凈水壓力，可知后者受力大于前者，也就是說降水后基坑內(nèi)支撐受力減少，增加圍護安全性，基坑穩(wěn)定性增加，傾覆風險降低，上述為降排水的首要目的。再者，降低地下水會降低承壓水水頭差，進而降低坑底突涌和流土的風險，保證基坑施工安全。其次，將地下水降低到基坑下0.5m將保證施工作業(yè)內(nèi)不帶水作業(yè)，避免水下施工，保證施工質(zhì)量。再次，在基坑施工時為保證基坑地基的承載力是不允許水浸泡地基的，至少保證水位降低到坑底0.5m。最后，在施工地下頂管和管廊等工程時，將水位降低可以有利于管壁注漿及止水帶的施工，降低水壓，保證施工質(zhì)量。

2 降排水的施工方法

在市政工程施工中，降排水按復(fù)雜程度分為簡單、中等、復(fù)雜三類，降排水方法主要有集水明排和井點降水。集水明排有在基坑周邊能看到的排水溝、集水井、抽水泵等，在對于坑底有水滲出坑底或者地下底板和支護結(jié)夠阻擋難以設(shè)置明排溝時可以設(shè)置盲溝進行排水。井點降水有輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點、深管井井點等方式。

2.1 集水明排

在基坑明挖時可以根據(jù)表1：土質(zhì)邊坡坡率允許值進行放坡，在基坑四周根據(jù)滲水流量設(shè)置排水溝，排水溝坡率不應(yīng)小于0.3%，溝底要進行處理，以防下滲，破環(huán)坑底地基。每30-50m設(shè)置一個集水井，集水井規(guī)格要經(jīng)過實驗或者計算確定，同時集水井要進行防滲處理。在利用抽水泵進行排水時，在進入市政管網(wǎng)時要設(shè)置沉淀池進行處理，以防污染環(huán)境。

表1土質(zhì)邊坡坡率允許值

2.2 井點降水

在使用井點降水時要根據(jù)工程實際土質(zhì)、各層土的滲透系數(shù)和需要降水深度選擇井點降水的類型。井點布置大概主要步驟為：①放線定井位-②鉆井-③吊放井管-④填入濾料-⑤洗井-⑥安裝抽水設(shè)備-⑦試抽水-⑧安裝水管網(wǎng)-⑨運行降水-⑩水位觀測。井點在基坑周邊等距設(shè)置，根據(jù)所選擇的方式利用下式計算基坑水位降深si，同時保證任一點的水位降深大于要求水位降深。

式中：

si——基坑內(nèi)任一點的地下水位降深（m）；基坑內(nèi)各點中最小的地下水位降深可取各個相鄰降水井連線上地下水位降深的最小值，當各降水井的間距和降深相同時，可取任一相鄰降水井連線中點的地下水位降深；

H——潛水含水層厚度（m）；

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qj——按干擾井群計算的第j口降水井的單井流量（m2/d）；

k——含水層的滲透系數(shù)（m/d）；

R——影響半徑（m），應(yīng)按現(xiàn)場抽水試驗確定；

rij——第j口井中心至地下水位降深計算點的距離（m）；當rij>R時，應(yīng)取r=R；

n——降水井數(shù)量。

在降水的過程中水位線下降，土層的有效應(yīng)力增加，會造成地層的壓縮變形s。

式中：

s——計算面的地層壓縮變形量（m）；

φw——沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，應(yīng)根據(jù)地區(qū)工程經(jīng)驗取值，無經(jīng)驗時，宜取φw=1；

Δhi——第i層土的厚度（m）；土層的總計算厚度應(yīng)按滲流分析或?qū)嶋H土層分布情況確定；

Esi——第i層土的壓縮模量（kPa）；應(yīng)取土的自重應(yīng)力至自重應(yīng)力與附加有效應(yīng)力之和的壓力段的壓縮模量。

如果在降水影響范圍內(nèi)有管道、房屋、線桿等重要構(gòu)筑物時，要對降水引起的沉降進行計算及實施監(jiān)測，如果影響較大要使用截水、反灌等方法保證構(gòu)筑物沉降在允許范圍內(nèi)。

3 降排水施工方法的適用性

3.1 集水明排的適用性

集水明排是在基坑開挖時基底利用排水溝匯水于集水井、基坑周邊的匯水、降水井排出的水收集在集水井中利用抽水設(shè)備排出。集水明排適合明開挖基坑的降排水，對于土質(zhì)較好的填土、粘性土、砂土、粉土、碎石土都是適用的。基坑開挖放坡范圍內(nèi)沒有構(gòu)筑物，基坑開挖放坡外一定范圍內(nèi)構(gòu)筑物的沉降必須符合要求。在符合表1進行開挖時深度在10m以內(nèi)開挖較經(jīng)濟，適合使用集水明排。可在每層開挖時進行設(shè)置排水溝及集水井。在排水過程中要注意使用濾料等措施防止砂土的流失，在排水過程中要利用沉淀池防止環(huán)境污染，集水井和排水溝使用后要注意回填密實，符合要求。

3.2 輕型井點的適用性

輕型井點是在基坑四周打井安裝井管到基地的含水層，上部利用總管把各個井管連接起來，通過抽水設(shè)備把地下水抽出，以達到降水的目的。輕型井點降水分為單級和多級的輕型井點降水方式，適用的滲透系數(shù)為0.1-20m/d，適用土層為砂土、粉土、粘性土，單級井點可降水深度為3-6m，多級井點可降水深度為6-20m。輕型井點適用范圍廣，滲透系數(shù)跨度大，使用的設(shè)備簡單，能很好的達到降低地下水，增加邊坡穩(wěn)定性。

3.3 噴射井點的適用性

噴射井點是在井點管內(nèi)部安裝噴射器，用高壓水泵或者空氣壓縮機通過井點管中的內(nèi)管向噴射器輸入感壓水或者壓縮空氣形成水汽射流，將地下水經(jīng)過井管排水。利用高壓水泵的為噴水井點，利用壓縮空氣的為噴氣井點。本方法適用滲透系數(shù)為0.005-20m/d的土質(zhì)降水，適用的土層為砂土、粉土、粘性土，噴射井點有設(shè)備簡單，施工速度快，費用低，降水深度大，深度可達到20m以上。但是，噴射井點有噴射器磨損后不容易更換的致命缺點，在現(xiàn)實工程中，優(yōu)先級較輕型井點排在后面。

3.4 管井井點的適用性

管井井點降水是在每個管井配備一臺抽水設(shè)備，不間斷的實施降水的一種降水技術(shù)。管井降水適用于滲透系數(shù)為0.1-200m/d的粉土、砂土、碎石土，可降水深度無限制，井距布置在20-50m之間。管井井點要在井管中設(shè)置過濾管。管井井點降水要求土層滲透系數(shù)大，工作效率高。如果降水要求深可以使用深管井井點降水，其降水深度可達25-30m。

3.5 電滲井降水法

電滲井降水法是利用電荷的異性相吸的原理工作的，利用鋼筋陽極加速滲流，使水匯集于井點管附近，再通過井點管排出地面。其優(yōu)點是可以對小于0.1m/d的土層降水，降水深度在5-6m。適用粘性土、淤泥、淤泥質(zhì)粘土。

4 市政工程降水適用性案例分析

案例一：亳州市某市政道路工程項目總投資13億元，道路全長14.12km，采用一級公路標準建設(shè)，兼城市快速路功能。工程涵蓋雨污水管道、道路、橋梁、照明的等項目。其中頂管井最深井W-145井室深度8.55m，管井1000，管底深度9.55m，需降水到10.05m，根據(jù)巖土勘察報告各土層滲透系數(shù)K值如表2，水位為34.3m，自然水位在自然地坪以下2.27m，水位降深最大8.833m，穿越土層①、②、③、④層。從自然地平以下1.1-10.05m的綜合滲透系數(shù)k=0.069-0.195m/d，根據(jù)滲透系數(shù)可知輕型井點、噴射井點及管井井點適用。但是，降水深度10.05m大于6m，所以只有多級輕型井點、噴射井點及管井適用。考慮到頂管工作井較為分散，施工周期長，多級輕型井點施工復(fù)雜，噴射井點噴射器損壞難以更換，綜合選用了管井井點降水。

雨水溝槽經(jīng)過清表之后開挖基槽大概1.5m，小于自然水位2.27m，只需要在雨季施工時注意在基槽兩側(cè)設(shè)置排水溝，50m設(shè)置一個集水井即可，在非雨季施工時不需特別設(shè)置排水設(shè)施。污水除了頂管施工外還有明開挖，最大開挖深度大于3m，大于2.27m，需要在每層開挖時設(shè)施排水溝和集水井，而且降水要專人看管不能積水浸泡坑底，基坑底部要求有承載力，浸泡之后還需特別處理。

案例二：亳州市某綜合管廊項目，本項目東西方向3.28公里，南北方向1.045公里，該項目共有13條道路，其中四條道路下設(shè)置地下綜合管廊，總長5.3公里。項目工程包括道路路基工程、路面工程、給排水工程、橋涵工程、交通設(shè)施工程、照明工程等。根據(jù)地質(zhì)勘查報告顯示，地層分布情況如表3：管廊地層分布情況。

綜合滲透系數(shù)為0.56-1.50m/d，沿線地下水主要為潛水和弱承壓水，潛水賦存與上部表層粉土中，水量較大，受大氣降水影響較大，地下水水位年變化幅度1-2m。弱承壓水分布在下部粉土、粉細砂層中。勘察期間實測混合水位埋深0.8-1.2m，平均1.07m。高程35.09-36.5m，平均36.5m。由于現(xiàn)場施工具備作業(yè)面，采用明開挖的施工方案施工管廊。排水措施綜合選用多級輕型井點/管井井點+集水明排的降水方式。在基坑布置U型輕型井點降水設(shè)備，先使用輕型井點進行降水，在基坑開挖過程中有地面徑流、雨水流入基坑的水，用基坑集水明排的方式排出。①圍擋范圍內(nèi)坡頂全部硬化，放坡開挖段坑內(nèi)設(shè)置上口寬1200mm溝底寬400mm倒梯形排水溝，灌注樁支護段設(shè)置400mm*400mm排水溝，間隔30m設(shè)置邊長1200*1200*1000mm集水井進行集水明排坑內(nèi)的水匯集于集水井內(nèi)，再用高揚程水泵將基坑內(nèi)的水排出基坑外。②截水溝深度始終保持比挖土面低500mm。③集水井比排水溝低500mm，或深于抽水泵的進水閥的高度以上，保持水流暢通。④基坑截水溝尺寸400*400mm，溝底設(shè)有0.3%的縱坡，使水流不致阻塞，并離開支護結(jié)構(gòu)500mm左右。

圖1 沉井周邊降水井平面布置圖

表2各土層滲透系數(shù)K值

5 結(jié)束語

在市政工程施工過程中有很多需要降水處理，降水方式有很多，在眾多的降水方式中我們要綜合土層滲透系數(shù)、降水深度、工期及成本等因素來綜合確定降水方式。每一中方式都有最適合的工況，比如電滲法就很適合滲透系數(shù)小的地質(zhì)工況，其他方式效果很差。我們在實際選擇時還是綜合現(xiàn)場情況，選擇最優(yōu)方案或者市降水方案的組合形式。本文拋磚引玉的試著解決問題，希望對于大家選擇降水方法時有一定借鑒意義。

表3管廊地層分布情況