深井在降水工程中的應(yīng)用

□曹建輝(河南省水利第二工程局)

降水工程系指通過降水設(shè)計(jì)和降水施工，排除地表水體和降低地層中滯水、潛水、承壓水、基巖水、巖溶水等地下水的水位，滿足建設(shè)工程的降水深度和時(shí)間要求，并對(duì)工程環(huán)境無危害性影響。

一、深井降水概念

深井(管井)井點(diǎn)，由濾水井管、吸水管和抽水設(shè)備等組成。具有井距大，易于布置，排水量大，降水深（＞15m），降水設(shè)備和操作工藝簡單等特點(diǎn)。適用于滲透系數(shù)大(20～250m3/d)，土質(zhì)為砂類土，地下水豐富，降水深，面積大，時(shí)間長的降水工程應(yīng)用。

二、深井設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)步驟

第一步將基坑進(jìn)行等效化為一口大井；第二步確定基坑總的涌水量；第三步確定單井出水量；第四步確定井的數(shù)量。

（二）參數(shù)的確定與計(jì)算

1.水位降深的確定

水位降深在滿足施工要求的時(shí)候，應(yīng)盡量選擇較小水位的降深，一般降到操作面下0.5m即可(有特殊要求的除外)，這樣可最大程度上避免降水對(duì)地層的影響，不至于造成地基承力的下降。

2.井深及井徑的選擇

井深主要是根據(jù)水位降深、所需要的單井出水能力、水泵的進(jìn)水口的位置、含水層的厚度、及泥漿淤積深度等因素進(jìn)行選擇。

井徑的選擇要綜合考慮以下幾種因素：單井要求的出水量；水泵的直徑；當(dāng)?shù)厥┕C(jī)械及井管的規(guī)格，如選用市場(chǎng)常用的規(guī)格，價(jià)格可能會(huì)便宜，對(duì)控制成本有益。

3.滲透系數(shù)的選擇

滲透系數(shù)是降水計(jì)算中重要的參數(shù)，此參數(shù)可以從地質(zhì)報(bào)告中選取，但在大面積布井前，須重新驗(yàn)證，或者搜集附近的實(shí)際數(shù)據(jù)作為參考。

合理利用安全人機(jī)工程學(xué)的原理對(duì)設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化。注意設(shè)備的保養(yǎng)與維護(hù)，編制嚴(yán)格、多層次設(shè)備的維修和檢修規(guī)程；盡量采用具有互鎖裝置的設(shè)備，以有效避免人員誤操作；對(duì)于特殊作業(yè)的設(shè)備必須滿足相應(yīng)的安全性能，如水下設(shè)備須達(dá)到相應(yīng)密封要求，臨電全部采用三相五線制，用電設(shè)備有漏電保護(hù)、接地，同一水平、垂直工作面上下電源實(shí)行單向聯(lián)鎖供電裝置；合理利用人機(jī)工程學(xué)中的視覺原理設(shè)計(jì)安全警示牌，對(duì)于特殊環(huán)境設(shè)置檢測(cè)裝置、聯(lián)動(dòng)光電報(bào)警裝置等，積極探索試行安全“目視化”管理。

4.含水層厚度的取值

含水層的厚度也是一個(gè)重要的參數(shù)，但地質(zhì)報(bào)告中一般不給出，如果沒有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，只能通過綜合考慮以往施工經(jīng)驗(yàn)和降水井的深度及地層的規(guī)律來確定。也可事先假定一個(gè)數(shù)值，按完整井模型，采用使含水層厚度按每1m的間隔遞增，計(jì)算總的涌水量，然后按非完整井的模型計(jì)算總涌水量，最終它們會(huì)有一個(gè)重合點(diǎn)。這樣可以利用這一重合點(diǎn)，并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)綜合確定含水層厚度。

5.深井降水計(jì)算

深井單井計(jì)算較為簡單，計(jì)算結(jié)果一般與實(shí)際較為吻合。但群井計(jì)算結(jié)果就千差萬別(群井中單井的出水量)。降水時(shí)，由于一般要采用一個(gè)以上的井，降水井同時(shí)抽水時(shí)，互相形成干擾，無法以單井的計(jì)算來判斷水位的降深，實(shí)際上這些井形成了干擾群井。群井總的涌水量計(jì)算公式，一般采用近似擬合的方法得出，總涌量各個(gè)規(guī)范或者計(jì)算手冊(cè)上所列公式的計(jì)算結(jié)果一般相差無幾，且物理意義明確，很容易理解，具體施工時(shí)可以參看《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-99)、《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》(JGJ/T111-98)或者《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》。降水施工中最重要的一環(huán)是確定單井的出水量。

（1）管井?dāng)?shù)量確定

用總的涌水量除以單井出水量，再加以一定的富余系數(shù)即可確定，且此富余系數(shù)一般≮1.1。

深井一般沿基坑周圍離邊坡上緣2m左右環(huán)形布置，施工允許的情況也可在基坑中布置一部分井 (這樣降水效果更好)，井點(diǎn)應(yīng)深入透水層6～9m，通常應(yīng)比所需降水的深度深6～8m，井距一般為8～15m，井距太大時(shí)降水效果不好，如果計(jì)算出的數(shù)據(jù)使井間距＞15m，一般要進(jìn)行修正。這其中還要考慮到有些水泵壞時(shí)，維修的間隔不能給附近水位造成過大的提升，也就是說要有一定的富余度。

三、降水對(duì)周圍環(huán)境的影響及其防范措施

在降水過程中，由于會(huì)隨水流帶出部分細(xì)微土粒，再加上降水后土體的含水量降低，使土壤產(chǎn)生固結(jié)，因而會(huì)引起周圍地面的沉降，在建筑物密集地區(qū)進(jìn)行降水施工，如因長時(shí)間降水引起過大的地面沉降，會(huì)帶來較嚴(yán)重的后果。為防止或減少降水對(duì)周圍環(huán)境的影響，避免產(chǎn)生過大的地面沉降，可采取下列一些技術(shù)措施：

（一）采用砂溝、砂井回灌

在降水井點(diǎn)與被保護(hù)建 (構(gòu))筑物之間設(shè)置砂井作為回灌井，沿砂井布置一道砂溝，將降水井點(diǎn)抽出的水，適時(shí)、適量排入砂溝、再經(jīng)砂井回灌到地下，實(shí)踐證明亦能收到良好效果。

（二）使降水速度減在砂質(zhì)粉土中降水影響范圍可達(dá)80m以上，降水曲線較平緩，為此可將井點(diǎn)管加長，減緩降水速度，防止產(chǎn)生過大的沉降。亦可在井點(diǎn)系統(tǒng)降水過程中，調(diào)小離心泵閥，減緩抽水速度。還可在鄰近被保護(hù)建(構(gòu))筑物一側(cè)，將井點(diǎn)管間距加大，需要時(shí)甚全暫停抽水。

為防止抽水過程中將細(xì)微土粒帶出，可根據(jù)土的粒徑選擇濾網(wǎng)。另外確保井點(diǎn)管周圍砂濾層的厚度和施工質(zhì)量，亦能有效防止降水引起的地面沉降。

四、降水施工時(shí)應(yīng)考慮的因素

一是布井時(shí)，周邊多布，中間少布；在地下補(bǔ)給的方向多布，另一方向少布。

二是布井時(shí)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告使井的濾水器部分能處在較厚的砂卵層中，避免使之處于泥砂的透鏡體中，從而影響井的出水能力。

三是鉆探施工達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，根據(jù)洗井?dāng)R置時(shí)間的長短，宜多鉆進(jìn)2～3m，避免因洗井不及時(shí)導(dǎo)致泥漿沉淀過厚，增加洗井的難度。洗井不應(yīng)擱置時(shí)間過長或完成鉆探后集中洗井。

四是水泵選擇時(shí)應(yīng)與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)，一方面增加維護(hù)難度；另一方面對(duì)地層影響較大。一般可以準(zhǔn)備大中小幾種水泵，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)配。

五是降水期間應(yīng)對(duì)抽水設(shè)備和運(yùn)行狀況進(jìn)行維護(hù)檢查，每天檢查不應(yīng)少于3次，并應(yīng)觀測(cè)記錄水泵出水等情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，使抽水設(shè)備始終處在正常運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)應(yīng)有一定量的備用設(shè)備，對(duì)出問題的設(shè)備能及時(shí)更換。

六是抽水設(shè)備應(yīng)進(jìn)行定期保養(yǎng)，降水期間不得隨意停抽。當(dāng)發(fā)生停電時(shí)應(yīng)及時(shí)更新電源保持正常降水。

七是降水施工前，應(yīng)對(duì)因降水造成的地面沉降進(jìn)行估算分析，如分析出沉降過大時(shí)，應(yīng)采取必要措施。

八是降水時(shí)應(yīng)對(duì)周圍建筑物進(jìn)行觀測(cè)。首先在降水影響范圍外建立水準(zhǔn)點(diǎn)，降水前對(duì)建筑物進(jìn)行觀測(cè)，并進(jìn)行記錄。降水開始階段每天觀測(cè)2次，進(jìn)入穩(wěn)定期后，每天可以只觀測(cè)1次。

深井降水具備降水止水效果好、工藝占有空間小、工程造價(jià)低、工期短、施工便利的特點(diǎn)，通過合理的降水深井布置，降低淺層潛水的地下水位，降低土體的含水率，使基坑內(nèi)軟弱土體加快固結(jié)，提高和改善土體的物理力學(xué)性能，提高土體的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性，防止發(fā)生流砂、管涌、塌方和坑底回彈隆起現(xiàn)象，從而保證工程建設(shè)的順利進(jìn)行。