基于環(huán)境控制的深基坑工程管井回灌設(shè)計(jì)分析

陸建生

(上海廣聯(lián)建設(shè)發(fā)展有限公司，上海200438)

0 引言

控制因基坑降水而引起的工程性地面沉降，最直接有效的辦法是控制地下水水位，而在控制地下水水位的措施中，地下水人工管井回灌是一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)可靠的措施。采用管井回灌具有較多優(yōu)點(diǎn)，如使用時(shí)不受地形條件限制，也不受地面厚層弱透水土層分布和地下水位深度等條件的限制，管井占地面積小，可針對(duì)目的含水層集中回灌，補(bǔ)給工作不易受地面氣候變化等因素影響［1］。

目前人工管井回灌在基坑建設(shè)中已有一定的應(yīng)用，在沉降控制方面取得了一定的成效［2～5］，但人工回灌在工程降水領(lǐng)域的應(yīng)用仍屬于探索階段，目前尚無專門的成熟設(shè)計(jì)方法作為參考［1］。而針對(duì)降水與回灌的一體化設(shè)計(jì)則更少。筆者在文獻(xiàn)［6］、［7］中介紹了一些降水回灌一體化設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)及其在控制沉降中的作用，還在文獻(xiàn)［8］中定義了極限回灌壓力、設(shè)計(jì)最大回灌壓力、單位設(shè)計(jì)回灌量、最大安全回灌水頭和最大可回灌量等管井回灌設(shè)計(jì)參數(shù)概念。

在此基礎(chǔ)上，本文將重點(diǎn)分析基于環(huán)境控制的深基坑工程管井回灌設(shè)計(jì)的特殊性，分析懸掛式帷幕下不同回灌濾管類型下的抽灌流態(tài)，分析基于流態(tài)控制下的管井回灌設(shè)計(jì)，分析影響回灌管井濾管設(shè)置及回灌管井空間布設(shè)的關(guān)鍵因素，同時(shí)也對(duì)運(yùn)行控制過程中的回?fù)P措施及水質(zhì)要求等提出一些建議。

1 深基坑工程管井回灌特點(diǎn)

本文所指的管井回灌指基于環(huán)境控制的深基坑工程地下水回灌［8］?；毓嘀饕康氖窃诒ＷC基坑安全的同時(shí)，減少坑外保護(hù)建(構(gòu))筑物處因地下水變化引起的地層擾動(dòng)，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響［7］。

基于環(huán)境控制的深基坑工程地下水回灌管井在實(shí)際應(yīng)用中主要具有以下特點(diǎn)。

(1)深基坑回灌管井一般屬臨時(shí)措施性工程，其運(yùn)行控制時(shí)間較短，在回灌井材質(zhì)、施工等方面應(yīng)充分考慮其經(jīng)濟(jì)性;雖然其運(yùn)行控制時(shí)間較短，但回灌井的開啟時(shí)間及運(yùn)行時(shí)間受到嚴(yán)格的控制。

(2)因基坑場區(qū)空間狹小，基坑外又存在各類建(構(gòu))筑物，回灌管井在空間上的布設(shè)受到多方的制約。

(3)深基坑回灌中的目的承壓含水層一般水頭高且其含水層頂板埋深淺，回灌井的極限回灌壓力值較小，如未能有效控制回灌壓力，宜形成井壁冒水的現(xiàn)象，該問題在文獻(xiàn)［8］中已有較詳細(xì)的描述。

(4)回灌井的設(shè)計(jì)與基坑降水井的設(shè)計(jì)是一個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，回灌井作為保護(hù)環(huán)境的一項(xiàng)補(bǔ)充措施，一旦提出，就應(yīng)將其并入降水井的設(shè)計(jì)，進(jìn)行降水井和回灌井的一體化設(shè)計(jì)［6，7］，其運(yùn)行控制應(yīng)采用“雙水位”控制［6］，在保證基坑內(nèi)水位滿足基坑安全要求的同時(shí)，控制保護(hù)建(構(gòu))筑物區(qū)地下水水位變化最小。超灌與少灌均不利于環(huán)境的控制。為有效控制水位，回灌井日常按定流量控制［8］，考慮到含水層在剖面上不同深度處水位的差異，本文將含水層水位的概念推廣至控制含水層流態(tài)的變化，即“雙點(diǎn)位流態(tài)”控制原則。

(5)受限于密集的建筑群和復(fù)雜的地下設(shè)施的影響，深基坑回灌運(yùn)行過程中必須分析水土應(yīng)力變化，避免因回灌形成土層的二次不利變形［9］。如回灌井的回?fù)P控制應(yīng)受到嚴(yán)格的限制，以防回?fù)P期間保護(hù)建筑區(qū)的水位變幅過大以及回灌井開啟時(shí)間等問題。

(6)在降水與回灌井一體化設(shè)計(jì)中應(yīng)確?；毓嗑c抽水井、與止水帷幕、與保護(hù)建筑具有一定的安全距離，安全距離的設(shè)計(jì)是較難處理的難題，在各種設(shè)計(jì)環(huán)境中應(yīng)綜合分析獲取。如圖1所示，蘇州某基坑的止水帷幕與地鐵區(qū)間隧道只有8 m，如回灌井靠近止水帷幕過近，則有可能加大止水帷幕滲漏點(diǎn)的大小，影響坑內(nèi)降水，進(jìn)一步破壞止水帷幕的止水效果。與此同時(shí)如靠近地鐵隧道過近，也將加大隧道的水平向變形，進(jìn)一步加大原有滲漏點(diǎn)的發(fā)展。鑒于此，回灌井位于兩者中間，同時(shí)在空間上采用多井密布和逐漸增加回灌流量的方法，逐漸將坑外水位抬至初始水位，防止了隧道的水平向和側(cè)向進(jìn)一步變形。

圖1 基坑與地鐵隧道關(guān)系圖

2 懸掛式帷幕下降水－回灌流態(tài)分析

在深基坑降水－回灌一體化設(shè)計(jì)中，流態(tài)變化最為復(fù)雜的應(yīng)屬懸掛式帷幕下的抽灌一體化控制，針對(duì)此種類型的條件分析抽灌狀態(tài)下的流態(tài)分布，分析回灌管井設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵問題。

2.1 深基坑工程回灌滲流理論

為簡化計(jì)算深基坑降水－回灌滲流方程不考慮抽水井和回灌井井周地下水流態(tài)的特殊性，假設(shè)抽水和回灌過程中地下水在含水層中的運(yùn)動(dòng)完全服從達(dá)西定律，抽水井作為一種排泄源考慮，回灌井作為一種補(bǔ)給源考慮。以連續(xù)性原理和達(dá)西定律為基礎(chǔ)，建立了抽灌一體化下的三維地下水非穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型:

式中:S——儲(chǔ)水系數(shù);Sy——給水度;M——承壓含水層單元體厚度，m;B——潛水含水層單元體地下水飽和厚度，m;kxx，kyy，kzz——各向異性主方向滲透系數(shù)，m/d;h——點(diǎn)(x，y，z)在某時(shí)刻的水頭值，m;W——源匯項(xiàng)，L/d;h0——計(jì)算域初始水頭值，m;h1——第一類邊界的水頭值，m;Ss——儲(chǔ)水率，L/m;t——時(shí)間，d;Ω——計(jì)算域;Γ1——第一類邊界。

計(jì)算中采用有限差分法將上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散，得到數(shù)值模型，以此為基礎(chǔ)編制計(jì)算程序，計(jì)算、預(yù)測抽水及回灌引起的地下水水位的時(shí)空分布。下文中的數(shù)值計(jì)算結(jié)果均是以本方程為基礎(chǔ)進(jìn)行的有限差分?jǐn)?shù)值結(jié)果。

2.2 水文地質(zhì)概念模型

計(jì)算概念模型如圖2和圖3所示，抽水井、回灌井與水位觀測點(diǎn)的空間布置如圖2所示，抽水井(C1)位于基坑中間，止水帷幕厚1 m，深度至－45 m，止水帷幕在平面長度上按無限長考慮，離止水帷幕5、15、30和50 m的位置分別設(shè)置回灌井(H1，H2，H3，H4)，同時(shí)在基坑內(nèi)設(shè)置含水層觀測孔F1，坑外不同距離處設(shè)置含水層觀測孔F2～F9，各水位觀測點(diǎn)在剖面上的觀測點(diǎn)分別位于埋深－30、－35、－40、－45、－50、－55、－60 m處。承壓含水層位于－30～－60 m間，初始水位埋深－5 m，水平滲透系數(shù)6 m/d，垂向滲透系數(shù)2 m/d，回灌井濾管長度按15 m考慮，其濾管位置分別位于－30～－45 m(A類)、－37.5～－52.5 m(B類)和－45～－60 m(C類)，抽水井單井出水量按800 m3/d，回灌井單井回灌量按200 m3/d考慮。

圖2 模型概念平面布置示意圖

圖3 水文地質(zhì)概念模型剖面示意圖

2.3 模擬過程

回灌井分別按A、B和C型回灌濾管執(zhí)行表1中的模擬計(jì)算，對(duì)比分析不同回灌井濾管埋深、不同回灌距離下的地下水流態(tài)分布，分析其對(duì)應(yīng)的抽水回灌效果。

表1 模型設(shè)置

2.4 模擬分析結(jié)果

2.4.1 抽灌流態(tài)特征分析

A類、B類和C類濾管管井回灌時(shí)，點(diǎn)F1、F2、F7和F9處不同埋深處的水位降深變化趨勢如圖4～6所示。

圖4 A類濾管管井回灌時(shí)不同埋深處的水位降深變化

圖5 B類濾管管井回灌時(shí)不同埋深處的水位降深變化

圖6 C類濾管管井回灌時(shí)不同埋深處的水位降深變化

由圖4～6可知懸掛式帷幕下的基坑內(nèi)抽水滲流特征:坑內(nèi)含水層(F1點(diǎn))上部(濾管段)水位降深最大，其次為濾管底至止水帷幕段，止水帷幕下部的含水層水位降深相對(duì)最小;同時(shí)抽水時(shí)，距離基坑較近的觀測點(diǎn)(F2)處在不同深度處的水位降深也存在明顯的差異(三維流)，但在較遠(yuǎn)處(F7，F(xiàn)9)，不同深度處的水位降深基本一致，成明顯的二維流特征。

回灌時(shí)，坑內(nèi)含水層水位上升明顯，同時(shí)回灌井離止水帷幕距離越近，其坑內(nèi)水位抬升越明顯，對(duì)于A類回灌井(見圖4)，坑內(nèi)含水層水位抬升值最大值位于止水帷幕下(距離含水層頂20 m處);對(duì)于B類回灌井(見圖5)，坑內(nèi)含水層水位抬升值最大值位于止水帷幕下的回灌井濾管位置段;對(duì)于C類回灌井(見圖6)，坑內(nèi)含水層水位抬升值最大值位于含水層底，也即位于止水帷幕下的回灌井濾管位置段。

綜合上述可知在回灌量相等的情況下，當(dāng)回灌井離止水帷幕較近時(shí)，止水帷幕與回灌井的濾管位置將同時(shí)明顯影響坑內(nèi)水位流態(tài)分布，而當(dāng)回灌井距離止水帷幕較遠(yuǎn)時(shí)，影響坑內(nèi)水位流態(tài)分布的主要因素是止水帷幕插入含水層的深度。

回灌時(shí)，基坑外的水位降深值(F2，F(xiàn)7和F9)明顯變小，回灌井附近含水層水位抬升明顯，含水層不同深度處的水位降深值差異較大，成明顯的三維滲流特征。對(duì)于A類回灌井(見圖4)，含水層上部的抬升值明顯高于下部含水層，對(duì)于B類回灌井(見圖5)，含水層中部的抬升值明顯高于其余部位。對(duì)于C類回灌井(見圖6)，含水層下部的抬升值明顯高于其余部位。

綜合上述可知在回灌量相等的情況下，回灌井濾管段對(duì)應(yīng)的含水層部位的水位抬升值明顯高于其余部位，這是回灌濾管設(shè)計(jì)按流態(tài)設(shè)計(jì)的依據(jù)，因?yàn)樵趯?shí)際工程中我們可能重點(diǎn)要抬升含水層深度某個(gè)范圍內(nèi)的水位，有針對(duì)性的布設(shè)回灌濾管位置，可大大提高回灌效果。但當(dāng)回灌井距離保護(hù)建(構(gòu))筑較遠(yuǎn)時(shí)，濾管形式對(duì)其回灌效果的提高將大幅減小，此時(shí)應(yīng)在有效控制坑內(nèi)水位的同時(shí)，適當(dāng)增加回灌濾管長度，增加回灌量，擴(kuò)大其回灌效果。

2.4.2 抽灌效果對(duì)比

為有效分析不同回灌濾管段對(duì)應(yīng)的回灌效果，分別對(duì)3種類型的濾管回灌進(jìn)行了對(duì)比分析，其結(jié)果如圖7～10所示。

圖7 不同濾管回灌時(shí)的水位變幅差異(SA－SC)

圖8 不同濾管回灌時(shí)的水位變幅差異(SA－SB)

圖9 不同濾管回灌時(shí)的水位變幅差異(SB－SC)

圖7～9中的F1點(diǎn)，坑內(nèi)水位降深SA＞SB＞SC，則說明A型濾管回灌時(shí)，對(duì)坑內(nèi)的影響較小，可減少因回灌而增加的基坑涌水量，其次為B型濾管。即當(dāng)回灌井離基坑較近時(shí)，回灌濾管結(jié)構(gòu)的變化則成為了影響基坑涌水量的重要因素。但當(dāng)回灌井離基坑較遠(yuǎn)時(shí)，回灌濾管結(jié)構(gòu)的變化對(duì)基坑涌水量的影響越小。

圖7中的F2點(diǎn)，止水帷幕段含水層SA＜SC，說明A型濾管回灌對(duì)含水層上部的回灌效果好于C型濾管，但在止水帷幕下部SA＞SC，說明A型濾管回灌對(duì)含水層下部的回灌效果差于C型濾管?；毓酁V管結(jié)構(gòu)的變化對(duì)其較遠(yuǎn)處的水位變幅影響較小。

圖10 不同回灌模式下的觀測數(shù)據(jù)

圖8中的F2點(diǎn)，回灌濾管頂上部含水層的SA＜SB，說明A型濾管回灌對(duì)該段含水層的回灌效果好于B型濾管;A型與B型濾管相重疊部位的含水層SA=SB;回灌濾管底下部含水層SA＞SB，說明A型濾管回灌對(duì)該段含水層的回灌效果差于B型濾管?；毓酁V管結(jié)構(gòu)的變化對(duì)其較遠(yuǎn)處的水位變幅影響較小。

圖9中的F2點(diǎn)，回灌濾管頂上部含水層的SB＜SC，說明B型濾管回灌對(duì)該段含水層的回灌效果好于C型濾管;C型與B型濾管相重疊部位的含水層SC=SB;回灌濾管底下部含水層SB＞SC，說明B型濾管回灌對(duì)該段含水層的回灌效果差于C型濾管。回灌濾管結(jié)構(gòu)的變化對(duì)其較遠(yuǎn)處的水位變幅影響較小。

圖10為不同回灌模式下的觀測數(shù)據(jù)，在不同回灌濾管模式下，地下水流態(tài)在空間上的差異較大，存在明顯的三維滲流狀態(tài)。其三維流態(tài)形成的主要因素是止水帷幕和回灌井的濾管的不同設(shè)置，另外不為工程原因主導(dǎo)的因素包括含水層的水平、垂向滲透系數(shù)以及含水層分布的局部突變。

2.4.3 含水層平均水位降深對(duì)比

點(diǎn)F1、F2和F7處的含水層平均水位降深值(剖面上7個(gè)監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值)如圖11～13所示。

圖11 點(diǎn)F1處含水層平均水位降深趨勢

圖12 點(diǎn)F2處含水層平均水位降深趨勢

圖13 點(diǎn)F7處含水層平均水位降深趨勢

F1位于坑內(nèi)，坑外回灌時(shí)，坑內(nèi)含水層平均水位有明顯的上升，回灌井離止水帷幕越近，坑內(nèi)含水層平均水位上升越明顯;同時(shí)濾管位置的不同，對(duì)坑內(nèi)含水層平均水位影響差異較大，當(dāng)濾水管位于止水帷幕下時(shí)(C類濾管)，對(duì)坑內(nèi)含水層平均水位上升最為明顯，當(dāng)濾水管位于止水帷幕上時(shí)(A類濾管)，對(duì)坑內(nèi)含水層平均水位上升影響最小，但當(dāng)回灌井離基坑的距離越來越遠(yuǎn)時(shí)，回灌井濾管位置的差異對(duì)坑內(nèi)的影響將逐漸減小。

F2和F7位于坑外，回灌時(shí)，坑外含水層平均水位有明顯的上升，觀測點(diǎn)與回灌井距離越近，對(duì)應(yīng)的含水層平均水位上升越明顯;同時(shí)濾管位置的不同，對(duì)坑外含水層平均水位影響差異較大，當(dāng)濾水管位于上部時(shí)，對(duì)坑外含水層平均水位上升最為明顯，該規(guī)律正好與坑內(nèi)規(guī)律相反，其差異主要是受到止水帷幕的影響。當(dāng)回灌井離觀測點(diǎn)的距離越來越遠(yuǎn)時(shí)，回灌井濾管位置的差異對(duì)起點(diǎn)位處的影響將逐漸減小。

3 影響管井回灌設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素

3.1 影響管井平面布設(shè)的關(guān)鍵因素

影響管井平面布設(shè)的主要因素包括以下幾點(diǎn)。

3.1.1 保護(hù)建(構(gòu))筑物的位置

回灌管井設(shè)置的目的是控制建(構(gòu))筑物處的水位，因此首先必須明確需要保護(hù)的建(構(gòu))筑物的位置，確?；毓喙芫龅接械姆攀浮?/p>

按保護(hù)建(構(gòu))筑物的數(shù)量及保護(hù)區(qū)域的范圍，回灌管井的布設(shè)可分為“點(diǎn)”保護(hù)布設(shè)和“群”保護(hù)布設(shè)。

圖14為典型的“點(diǎn)”保護(hù)布設(shè)，為確保基坑降水期間保護(hù)建筑處的水位控制在要求范圍內(nèi)，依據(jù)保護(hù)建(構(gòu))筑物的位置條件及施工條件，布設(shè)了如圖所示的6口回灌井?！包c(diǎn)”保護(hù)布設(shè)針對(duì)性強(qiáng)，回灌井?dāng)?shù)量設(shè)置較少，坑內(nèi)抽水增加量相對(duì)較小，但基坑外水位抬升不均勻。

圖14“點(diǎn)”保護(hù)回灌井井位布置示意圖

圖15為典型的“群”保護(hù)布設(shè)，深基坑周邊兩側(cè)區(qū)域均為需要重點(diǎn)保護(hù)的建(構(gòu))筑物，在此背景下沿基坑四周布設(shè)一圈回灌井，沿基坑形成一道封閉水墻，確保水墻外側(cè)的保護(hù)建(構(gòu))筑物的水位在控制要求范圍內(nèi)?！叭骸北Ｗo(hù)布設(shè)可整體上保證回灌水墻外圍水位的抬升，存在的主要問題是基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，無回灌井成井位置，因而使得設(shè)計(jì)中的封閉水墻往往形成缺口，影響回灌效果，同時(shí)該類回灌將大大增加基坑內(nèi)的抽水量且回灌井?dāng)?shù)量也較多。以上2類布設(shè)時(shí)回灌井應(yīng)盡量遠(yuǎn)離基坑。

圖15“群”保護(hù)回灌井井位布置示意圖

3.1.2 回灌目的含水層水位控制要求

深基坑回灌中回灌井的控制是按水位控制進(jìn)行的，因此回灌井間距的布設(shè)與回灌目的含水層的水位控制要求有關(guān)，文獻(xiàn)［8］中給出了基于環(huán)境控制下的完整井群井回灌水位抬升值的計(jì)算公式如下:

式中:s(ri，t)——回灌井i回灌時(shí)任一點(diǎn)任意時(shí)刻的水位抬升值，m;W(u)——泰斯井函數(shù);λ——群井回灌效應(yīng)系數(shù);Qpi——回灌井i的回灌流量，m3/d;T——含水層導(dǎo)水系數(shù)，m2/d。

在已知回灌量的條件下，可通過試算法初步確定回灌管井的數(shù)量和井間距，同時(shí)也可依據(jù)滲流方程及相應(yīng)邊界條件，建立數(shù)值方程，以進(jìn)一步優(yōu)化分析回灌管井間距和數(shù)量。

3.1.3 含水層的空間分布和相應(yīng)水文地質(zhì)參數(shù)

含水層的空間分布和相應(yīng)水文地質(zhì)參數(shù)將直接影響回灌井的設(shè)計(jì)回灌量［8］以及抽灌狀態(tài)下的流態(tài)分布［10］，進(jìn)而影響回灌井間距和回灌井的數(shù)量?；毓嘣O(shè)計(jì)是地下水流態(tài)的再分布設(shè)計(jì)，回灌井間距過大，則局部區(qū)域?qū)?yīng)的“沙丘”過大過高，這時(shí)必須關(guān)注水力梯度較大處的環(huán)境要求，要求嚴(yán)格時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)過高過大的水力“沙丘”。

3.1.4 止水帷幕及抽水井的空間布設(shè)

在深基坑回灌中回灌與基坑降水井的設(shè)計(jì)是一個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抽水井與止水帷幕的空間布設(shè)將直接影響基坑外水位變化，進(jìn)而影響保護(hù)建(構(gòu))筑物處水位抬升要求，影響回灌井井間距的布設(shè)和數(shù)量。因此應(yīng)在抽水井井身結(jié)構(gòu)和止水帷幕已優(yōu)化明確的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行抽灌一體化設(shè)計(jì)。

3.1.5 現(xiàn)場施工條件

受限于密集的建筑群和復(fù)雜的地下設(shè)施的影響，以及場地其他施工單位的場地要求，回灌井的布設(shè)受場地施工條件影響大，特別是按“群”保護(hù)布設(shè)時(shí)，其施工操作面大，受限條件更為苛刻。

3.2 影響回灌管井濾管設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素

基于水資源控制［8］的回灌管井的目的是盡可能大的保證回灌流量，因此其濾管的長度應(yīng)盡可能長，可按完整井考慮，但在巨厚含水層中，應(yīng)充分考慮回灌的經(jīng)濟(jì)性，因此其濾管的設(shè)置應(yīng)在要求回灌流量的基礎(chǔ)上，綜合含水層的水文參數(shù)確定。

基于環(huán)境控制［8］的深基坑工程地下水回灌是在保證基坑內(nèi)水位滿足基坑安全要求的同時(shí)，控制保護(hù)建(構(gòu))筑物區(qū)地下水水位變化最小，超灌與少灌均不利于環(huán)境的控制。

在勻質(zhì)含水層中回灌井濾管的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮止水帷幕插入含水層深度、止水帷幕與回灌管井的距離、保護(hù)建筑和回灌井距離、含水層上下弱透水層的壓縮性、保護(hù)建筑的基礎(chǔ)形式等因素。

由前述的模型計(jì)算可知，回灌管井的設(shè)計(jì)是基于地下水流態(tài)的再分布設(shè)計(jì)的，基坑建設(shè)過程中，地下水水流在局部區(qū)域受到了改變，這種變化即包括含水層平面上也包括含水層不同深度處的變化，而水位的變化將引起含水層上下弱透水層的水頭變化和土層的變形，影響建筑基礎(chǔ)持力層及其下部含水層的水位變化進(jìn)而引起建構(gòu)筑物的變形，因此回灌設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)掌握降水引起建(構(gòu))筑物變形的主要原因(引起其變形的主要土層)，在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)流態(tài)變化的規(guī)律，通過回灌的再設(shè)計(jì)，控制目的層位的流態(tài)，提高回灌功效，消除或減少土層的總變形量。

不同濾管類型下的流態(tài)再分布見前述模型計(jì)算，其主要是對(duì)比了相同濾管長度和相同回灌量條件下的回灌流態(tài)再分布和回灌效果，其模型設(shè)置較為簡單，但由其分析可確定回灌濾管的設(shè)計(jì)應(yīng)是“雙點(diǎn)位流態(tài)”的設(shè)計(jì)，即有效控制基坑內(nèi)和保護(hù)建(構(gòu))筑物處水位流態(tài)的變化。

4 回灌管井回?fù)P控制及水源水質(zhì)要求

4.1 回?fù)P控制措施

基于變形控制的管井回灌其目的是確保保護(hù)建(構(gòu))筑物區(qū)的水位變幅控制在允許范圍內(nèi)，因此其管井回灌應(yīng)以選擇定流量回灌為主［8］。但在回灌流量不變的情況下，隨著回灌時(shí)間的增加，回灌壓力將逐漸增加，當(dāng)回灌管井井壁壓力超過一定值時(shí)會(huì)出現(xiàn)回灌井井壁冒水的現(xiàn)象。

同時(shí)受限于密集的建筑群和復(fù)雜的地下設(shè)施的影響，為避免因回?fù)P形成土層的二次不利變形，回?fù)P控制應(yīng)受到嚴(yán)格的限制，以防回?fù)P期間保護(hù)建筑區(qū)的水位變幅過大等問題。

鑒于上述2點(diǎn)，筆者認(rèn)為應(yīng)在充分考慮回灌壓力增長速率及回?fù)P時(shí)間間隔的基礎(chǔ)上，確定回?fù)P控制。

回?fù)P控制確定方法:首先在設(shè)計(jì)回灌壓力［8］和回灌壓力增長速率基礎(chǔ)上確定回?fù)P啟動(dòng)時(shí)的回灌壓力預(yù)警值，當(dāng)超過該預(yù)警值時(shí)即開啟回?fù)P泵，避免回灌井井壁冒水等破壞?；?fù)P應(yīng)按多次短時(shí)控制，即每次回?fù)P應(yīng)盡量短，按5～15 min考慮，回?fù)P后停10～30 min，再重復(fù)回?fù)P，當(dāng)回?fù)P啟動(dòng)時(shí)出的水干凈時(shí)，可停止回?fù)P，進(jìn)入回灌控制模式。

4.2 回灌水源水質(zhì)要求

在使用管井回灌，人工補(bǔ)給地下水時(shí)，不但要有足夠的回灌水量，而且要充分注意回灌水的水質(zhì)。如果回灌水的水質(zhì)較差，回灌后容易使回灌井或含水層發(fā)生堵塞，甚至污染含水層。因此深基坑工程回灌水水質(zhì)應(yīng)滿足以下原則。

(1)相容性:回灌水必須與原含水層水質(zhì)相容，避免出現(xiàn)回灌水與地下水相溶后出現(xiàn)復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物反應(yīng)。

(2)趨優(yōu)性:回灌水水質(zhì)應(yīng)不劣于含水層水質(zhì)，針對(duì)已污染的含水層，應(yīng)通過回灌水的回灌逐漸優(yōu)化含水層水質(zhì)，消除或減少地下水的污染。

(3)持續(xù)運(yùn)行性:回灌應(yīng)減少或避免因水質(zhì)原因而引起的物理、化學(xué)和生物堵塞，確保回灌井的持續(xù)性回灌，保證回灌效率。

具體實(shí)施過程中應(yīng)做好水化學(xué)分析，確保地下水水質(zhì)的安全和減弱管井的堵塞。目前基坑建設(shè)中較多的采用自來水進(jìn)行回灌，較好的符合以上3原則，但其成本高，水資源浪費(fèi)大。從水資源出發(fā)較為有利的是利用抽吸出的水進(jìn)行回灌，該類型水可較好的服從相容性原則，但是趨優(yōu)性及持續(xù)運(yùn)行性方面相對(duì)較差，需通過一定的水處理，才能滿足以上原則。

5 結(jié)語

(1)基于環(huán)境控制的深基坑工程管井回灌設(shè)計(jì)在其空間布設(shè)及運(yùn)行控制等方面均具有其相應(yīng)的特殊性。

(2)懸掛式帷幕下不同回灌濾管的設(shè)置對(duì)其水位流態(tài)影響較大，對(duì)坑內(nèi)影響和對(duì)坑外的回灌效果差異性較大，實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)通過流態(tài)的分析，合理確定回灌井濾管位置，通過試驗(yàn)確定回灌井濾管長度。

(3)基于環(huán)境控制的抽灌回灌管井設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“雙點(diǎn)位流態(tài)”原則，在勻質(zhì)含水層中回灌井濾管的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮止水帷幕插入含水層深度、止水帷幕與回灌管井的距離、保護(hù)建筑和回灌井距離、含水層上下弱透水層的壓縮性、保護(hù)建筑的基礎(chǔ)形式等因素。

(4)影響管井平面布設(shè)的關(guān)鍵因素包括:保護(hù)建(構(gòu))筑物的位置，回灌目的含水層水位控制要求，含水層的空間分布和相應(yīng)水文地質(zhì)參數(shù)，止水帷幕及抽水井的空間布設(shè)以及現(xiàn)場施工條件限制。

(5)針對(duì)深基坑工程回灌的特殊性，提出了回?fù)P控制措施的確定方法，以及回灌水質(zhì)應(yīng)滿足相容性、趨優(yōu)性和持續(xù)運(yùn)行性3項(xiàng)原則。

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