井點降水在基坑工程中的應用

贠建林

(甘肅煤田地質局145隊，甘肅張掖 734000)

擬建的場地選址位于甘肅省蘭州市城關區雁興路以東，雁南路以南，中國郵政集團公司蘭州市分公司以西，南河路以北。擬建的建筑物包括2棟高層建筑，其中辦公樓為24～25F塔樓，高層連接部位為4～5F商業裙樓，場地滿布2層地下車庫，埋深約12.2～13.2m。依據《巖土工程勘察報告》可知，地下水埋深6.60～7.30m，水位高程1503.06～1503.60m。卵石層的滲透系數范圍40～45m/d，主要的含水層為卵石質地基層，第三系的砂巖地基層則是相對的隔水地基。故需考慮基坑降水。

1 場地地層的構成與特征

在勘察的深度區域內，擬建設場地的地層由上而下依次向外分布。

（1）雜填土①(Q4ml)：厚度為3.00～4.60m，層面高程介于1510.01～1510.68m之間。

地層情況描述：地表雜色，土質不均勻，以粉狀泥土地層為主，其中1.0～2.0m的泥土中含有大量的建筑垃圾、生活用的垃圾及少量的細砂、蛋石顆粒等，稍潮濕，略密。

該層在場地的2～27號孔區域表層存在混凝土地坪，厚度約0.30～0.80m不等。

（2）卵石層②(Q4al+pl)：埋深為3.00～5.00m，勘察厚度為0.50～13.30m，層面高程介于1505.59～1507.36m之間，層底高程1494.06～1506.33m。該站的樓層也是分布在整個工程施工中的場地。地層地貌特征描述：雜色，成份以石英巖、花崗巖、變質巖等巖種為主，研磨處理出來的卵石圓度比較好，呈亞同心圓形，級別密度匹配良好，粒徑以2～8cm卵石為主，最大12cm，含有大量漂石，卵石的晶體顆粒及其表面雜質呈中心狀風化，交錯地均勻排列，充填物以卵石碎屑和塊狀礫砂顆粒為主，卵石的晶體顆粒雜質含量約等于占整個卵石全重的70%左右，中密—密實。

該層在場地的14、16、17、18、19、20、21、28號孔區域在卵石層上部存在細砂夾層(Q4al+pl)：埋深為4.00～4.50m，厚 度0.40～0.70m，層 面 高 程1506.02～1506.60m，層底高程1505.45～1506.10m。其中僅在21號孔區域分布細砂透鏡體，其厚度為0.4m，埋深11.70m，層面高程為1498.87m，層底高程為1498.47m。地層描述：青灰色，砂質較純，主要礦物成分為石英、長石、云母等，稍濕，稍密。

（3）勘察強風化砂巖層③(N2)：勘察埋深范圍為10.60～16.30m，勘察厚度范圍為2.50～3.80m,層面高程介于1494.07～1499.61m之間，層底高程1490.67～1496.11m。該層分布于整個建筑場地。地層結構特征描述：半成巖，磚質灰紅色，礦物結構成分以變質石英、長石等主要地質結構成份砂巖為主，含少量暗色礦物，泥質膠結，巖體呈巨厚層狀結構，巖石呈碎屑結構，塊狀構造，微裂隙及風化裂隙發育，遇水極易軟化、崩解，巖芯成型差，較致密。

（4）地質中風化的砂巖層④(N2)：地質埋深范圍為14.10～19.70m，勘測厚度范圍為2.80～7.80m（未被穿透），層面高程大約在1490.67～1496.11m之間，層底高程1485.60～1492.14m。該層分布于整個建筑場地。地層描述：半成巖，磚紅色，礦物成份以石英、長石為主，含少量暗色礦物，泥質膠結，巖體呈巨厚層狀結構，巖石呈碎屑結構，塊狀構造，見微裂隙，遇水易軟化，致密，較堅硬。

2 場地水文地質條件

在進行勘探過程中所有的鉆孔都是揭露出了地下水，場地的地下水屬于人工潛水，場地內主要的含有排放水層是卵石質地下水，場地的地下水是受到較多的大氣和降水來補給。在項目勘察期間(2017年4月)，鉆孔中均可以揭露出少量的地下水，其中土壤埋深6.60～7.30m，水位高程1503.06～1503.60m。卵石層的滲透率系數范圍是40～45m/d。第三系的砂巖基層是一個相對的隔水基礎。場地的地下水主要是受到黃河大氣中的降水、人為排水和黃河水的補給，根據各個區域的資料，場地的地下水主要是受到豐水期、枯水時段的季節性溫度變化及周圍的人工開采等地下水的影響明顯，其中地下水的季節性溫度變化的幅度一般為1.0～1.5m。

擬建場地砂巖為細粒砂巖或中粒砂巖，粉粒與粘粒含量相對較少，顆粒間膠結較差，裂隙和風化裂隙較發育，基坑未開挖前在上覆土自重作用下，處于一定的閉合狀態，導水性差;基坑開挖后，由于上覆土挖除，自重壓力減小，原閉合狀態的裂隙和風化裂隙存在一定的張開，呈現導水性，滲入的地下水浸濕基巖加劇基巖的裂隙風化，砂巖的軟化、崩解，造成砂巖具有一定保水性和透水性。強風化砂巖層的滲透阻力系數可按k=0.5m/d取值，中風化砂巖層的滲透阻力系數可按k=0.05m/d取值。基坑支護設計及開挖過程中應采用一定防護或疏排措施。

3 降水設計計算

3.1 降水要求

該工程場地的地下水平均水位埋深約6.60～7.30m，平均海拔高度約為7.0m，地下水種類屬于潛水，由大氣中的降水進行入滲后再補給，第三系砂巖層則作為相對分離式的隔水底板。

根據現場情況，基坑底面開挖深度為14.0m，現地下水水位平均值為7.0m，主要賦存于卵石層中，卵石層埋深約為13.5m，即含水層厚度約為6.5m，其卵石層底面基本與基坑底面持平，為保證基坑順利開挖和施工，需在基坑周邊進行井點降水。

本工程的地下水屬于潛水類型，其中所含的地下水層主要是卵石質土壤層，工程減少降水后必須確保地下基坑的底部面積處于烘干作業。本次工程的降水主要是采用基坑外圍周邊的管井進行降水，降水井按基坑外圍平面的形狀順著基坑外圍的封閉方向布置；在基坑底部應設集中的水井和溝給予疏干。

3.2 降水井井深計算

擬建的場地地下水性狀為潛水區域的一種類型，基坑底面的深度平均值為14.0m，現地下水位的平均值大約為7.0m，主要是賦存在卵石層中，白堊紀山體砂巖和泥巖作為相對的隔水層。卵石層的埋深約一般為13.5m，故選擇采用潛水包土層的埋深h0=6.5m。考慮到每個井點的外露高度1.0m和每個井管的長度均應控制在2.5m/根，再通過分析實地的地質、氣候等情況來確定每一個降水井的井深h：

式中：H1——沉砂井管的整體不透水性和路段管徑長度；

H2——井管沉砂濾水段的管徑長度；

H3——沉砂濾水管的路段長度。

3.3 降水井數量計算

已知:基坑面積A約為11158.8m2，滲透系數k=45m/d，設計水位降深S=6.5m。

根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120-2012)計算，基坑降水影響半徑為222.33m；

根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120-2012)計算，基坑等效半徑為59.61m；

根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120-2012)附錄E計算，基坑總涌水量為3842.14m3。

單井出水量計算：

根據勘察報告和管井結構圖可知：降水過濾器的半徑一般為150mm，進水口各部平均長度為1.0m，經綜合計算，降水井的單井平均出水量大約為201.04m3/d；

根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120-2012)，計算管井的數量為21.02口，依據理論計算可得管井的數量為22口。

結合當地工程經驗，在最大限度地保障安全前提下，取管井數量25口，降水井深度確定為17.0m，管徑為300mm。降水井沿基坑上口線1.5m位置處布置，降水井的間距為16.81m。

4 工程降水施工工藝及技術要求

4.1 降水施工工藝流程及施工順序

井口測量→設定井位→鉆機設備安裝、開始就位→打孔鉆進→放入井壁濾水管→投入合格的砂礫料→清洗清理井內泥漿→鋪設供電排水管→安裝潛水泵及其他器材→進行試驗抽水→進行降水操作→觀測。

4.2 降水施工技術措施和質量控制

（1）采用沖擊型鉆機沖擊成孔，正循環粘土泥漿護壁，成孔孔徑為600mm，孔深為17.0m。

（2）前期工作基本完成后就需要馬上開始進行鉆孔并提漿，等到發現泥漿不粘時為止，要準確地進行丈量鉆孔提漿深度，確保從濾水管從上往下一直鉆到設計規定的鉆孔位置。

(3)提漿完成后，要組織人員立即把井壁管下進孔內，井管應扶正、固定，井管起吊時應垂直居中，井管接頭應穩固、可靠。

（4）井管下入孔內后，應立即開始填投濾料，填投時應保持井管四周均勻，濾料顆粒厚度應大于100mm，填投時應保持勻速，防止把井管擠偏。

（5）濾料填好后，用活塞、空壓機等開始洗井，直至水清砂凈。當降水井水量過小時，應在現場及時分析原因，如果是下管或填投濾料問題，應馬上增加洗孔次數，變換洗孔手段，直至達到設計出水量。

（6）綜合洗孔工作完成后，下入潛水泵進行抽水，潛水泵下至離降水池地面2.5～3.0m處，將降水池中的水吸入排水管道。潛水泵的泵量和揚程應符合設計要求。

（7）應該要及時地完善相關的技術材料，包含為主井的觀察記錄、水文觀察記錄以及其他現場技術資料。資料要詳細、真實、可靠。

4.3 成井工藝技術配套參數

4.3.1 濾水管選擇

濾水管的功能是進行濾水、擋砂、保護井壁，種類繁多，施工時的位置應根據地下含有水質砂層的性質和類型來確定。本工程基坑屬于降水層工程，其區域內的降水層單一。井管下部2.5m應全部均為濾水管，宜考慮采用本地產品滲水類型碎石水泥管，其中孔隙比較大，強度也相對較高，價格也相對適宜，在外側連接70目尼龍網做成的過濾網，完全能夠滿足施工要求。

4.3.2 濾水層

（1）濾料粒徑(D50)的選擇，用含水層砂石作為重要參考，在砂礫石層成井，回填濾料為5～10mm礫石有效級配而成。

（2）確定填料(濾水層)的厚度，參考目前關于我國各種類型的含水層填砂和濾土厚度已有資料，本工程確定的濾水層填砂厚度應為100mm。

4.4 成井過程中應把握的關鍵點

（1）在成孔過程中要注意防止孔斜。在進行地層的軟硬交替轉換時、鉆頭不回旋或松繩的長度控制不當時，鉆孔極易產生彎曲，進而可能導致濾水管下部接口不到位或外側濾料厚度錯誤。應對的手段主要有，鉆機的安裝穩固、機臺水平狀態，鉆機工人的操作技術和經驗豐富程度，技術過硬也很關鍵。

（2）單井鉆孔后的換漿處理工藝技術是保證單井孔底出水量的重要技術關鍵，成功鉆孔后，要及時、科學、循序漸進地組織開展單井鉆孔后的換漿處理工作，逐步徹底降低泥漿在單井孔底中的沉渣和粘度、比重等，直至能夠徹底清除大量泥漿在單井孔底中的沉渣堆積為止。

（3）必須嚴格地保證井管的垂直度，尤其是濾水管段，必須嚴格地保證濾水管在一個居中位置，才能促進井管四周的礫料均勻地分布。

（4）回填濾料，每口井下接縫完井管之后，立即開始進行濾料回填工作，普遍采用送水投礫法。此種方法既可以有效地防止濾料中途“架橋”，又可以有效地緩解投礫時，使井管中泥漿變得越來越濃密的矛盾。

5 結束語

（1）在降水施工中，我們要綜合考慮施工所在地地層巖性、含水層滲透性、基坑深度及形狀、場地的水文地質情況等，然后選擇確定最適合本工程的降水方案。

（2）在計算降水量時，應綜合勘察報告和實踐經驗，排除易受影響因素，場地復雜的情況下，應根據實際情況，參照抽水試驗數據來進一步確定滲透系數，以確保降水成功。

（3）在準確計算涌水量的基礎上，合理布置降水井，選取適當的泵型，制定有效的降水方案。

（4）本次井點降水方案在基坑施工中與實際基本相符，既降低了工程成本，又滿足了工程需要，也為本區域內其他類似工程提供了技術參考。