井點(diǎn)降水在基坑工程中的應(yīng)用

贠建林

(甘肅煤田地質(zhì)局145隊(duì)，甘肅張掖 734000)

擬建的場(chǎng)地選址位于甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū)雁興路以東，雁南路以南，中國(guó)郵政集團(tuán)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(yè)裙樓，場(chǎng)地滿(mǎn)布2層地下車(chē)庫(kù)，埋深約12.2～13.2m。依據(jù)《巖土工程勘察報(bào)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(shù)范圍40～45m/d，主要的含水層為卵石質(zhì)地基層，第三系的砂巖地基層則是相對(duì)的隔水地基。故需考慮基坑降水。

1 場(chǎng)地地層的構(gòu)成與特征

在勘察的深度區(qū)域內(nèi)，擬建設(shè)場(chǎng)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(zhì)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(xì)砂、蛋石顆粒等，稍潮濕，略密。

該層在場(chǎng)地的2～27號(hào)孔區(qū)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(gè)工程施工中的場(chǎng)地。地層地貌特征描述：雜色，成份以石英巖、花崗巖、變質(zhì)巖等巖種為主，研磨處理出來(lái)的卵石圓度比較好，呈亞同心圓形，級(jí)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(zhì)呈中心狀風(fēng)化，交錯(cuò)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(zhì)含量約等于占整個(gè)卵石全重的70%左右，中密—密實(shí)。

該層在場(chǎng)地的14、16、17、18、19、20、21、28號(hào)孔區(qū)域在卵石層上部存在細(xì)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(hào)孔區(qū)域分布細(xì)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(zhì)較純，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石、云母等，稍濕，稍密。

（3）勘察強(qiáng)風(fēng)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(gè)建筑場(chǎng)地。地層結(jié)構(gòu)特征描述：半成巖，磚質(zhì)灰紅色，礦物結(jié)構(gòu)成分以變質(zhì)石英、長(zhǎng)石等主要地質(zhì)結(jié)構(gòu)成份砂巖為主，含少量暗色礦物，泥質(zhì)膠結(jié)，巖體呈巨厚層狀結(jié)構(gòu)，巖石呈碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微裂隙及風(fēng)化裂隙發(fā)育，遇水極易軟化、崩解，巖芯成型差，較致密。

（4）地質(zhì)中風(fēng)化的砂巖層④(N2)：地質(zhì)埋深范圍為14.10～19.70m，勘測(cè)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(gè)建筑場(chǎng)地。地層描述：半成巖，磚紅色，礦物成份以石英、長(zhǎng)石為主，含少量暗色礦物，泥質(zhì)膠結(jié)，巖體呈巨厚層狀結(jié)構(gòu)，巖石呈碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，見(jiàn)微裂隙，遇水易軟化，致密，較堅(jiān)硬。

2 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

在進(jìn)行勘探過(guò)程中所有的鉆孔都是揭露出了地下水，場(chǎng)地的地下水屬于人工潛水，場(chǎng)地內(nèi)主要的含有排放水層是卵石質(zhì)地下水，場(chǎng)地的地下水是受到較多的大氣和降水來(lái)補(bǔ)給。在項(xiàng)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(shù)范圍是40～45m/d。第三系的砂巖基層是一個(gè)相對(duì)的隔水基礎(chǔ)。場(chǎng)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(bǔ)給，根據(jù)各個(gè)區(qū)域的資料，場(chǎng)地的地下水主要是受到豐水期、枯水時(shí)段的季節(jié)性溫度變化及周?chē)娜斯ら_(kāi)采等地下水的影響明顯，其中地下水的季節(jié)性溫度變化的幅度一般為1.0～1.5m。

擬建場(chǎng)地砂巖為細(xì)粒砂巖或中粒砂巖，粉粒與粘粒含量相對(duì)較少，顆粒間膠結(jié)較差，裂隙和風(fēng)化裂隙較發(fā)育，基坑未開(kāi)挖前在上覆土自重作用下，處于一定的閉合狀態(tài)，導(dǎo)水性差;基坑開(kāi)挖后，由于上覆土挖除，自重壓力減小，原閉合狀態(tài)的裂隙和風(fēng)化裂隙存在一定的張開(kāi)，呈現(xiàn)導(dǎo)水性，滲入的地下水浸濕基巖加劇基巖的裂隙風(fēng)化，砂巖的軟化、崩解，造成砂巖具有一定保水性和透水性。強(qiáng)風(fēng)化砂巖層的滲透阻力系數(shù)可按k=0.5m/d取值，中風(fēng)化砂巖層的滲透阻力系數(shù)可按k=0.05m/d取值。基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)采用一定防護(hù)或疏排措施。

3 降水設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 降水要求

該工程場(chǎng)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(lèi)屬于潛水，由大氣中的降水進(jìn)行入滲后再補(bǔ)給，第三系砂巖層則作為相對(duì)分離式的隔水底板。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，基坑底面開(kāi)挖深度為14.0m，現(xiàn)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(kāi)挖和施工，需在基坑周邊進(jìn)行井點(diǎn)降水。

本工程的地下水屬于潛水類(lèi)型，其中所含的地下水層主要是卵石質(zhì)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(yè)。本次工程的降水主要是采用基坑外圍周邊的管井進(jìn)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(yīng)設(shè)集中的水井和溝給予疏干。

3.2 降水井井深計(jì)算

擬建的場(chǎng)地地下水性狀為潛水區(qū)域的一種類(lèi)型，基坑底面的深度平均值為14.0m，現(xiàn)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(jì)山體砂巖和泥巖作為相對(duì)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?？紤]到每個(gè)井點(diǎn)的外露高度1.0m和每個(gè)井管的長(zhǎng)度均應(yīng)控制在2.5m/根，再通過(guò)分析實(shí)地的地質(zhì)、氣候等情況來(lái)確定每一個(gè)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(zhǎng)度；

H2——井管沉砂濾水段的管徑長(zhǎng)度；

H3——沉砂濾水管的路段長(zhǎng)度。

3.3 降水井?dāng)?shù)量計(jì)算

已知:基坑面積A約為11158.8m2，滲透系數(shù)k=45m/d，設(shè)計(jì)水位降深S=6.5m。

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-2012)計(jì)算，基坑降水影響半徑為222.33m；

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-2012)計(jì)算，基坑等效半徑為59.61m；

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-2012)附錄E計(jì)算，基坑總涌水量為3842.14m3。

單井出水量計(jì)算：

根據(jù)勘察報(bào)告和管井結(jié)構(gòu)圖可知：降水過(guò)濾器的半徑一般為150mm，進(jìn)水口各部平均長(zhǎng)度為1.0m，經(jīng)綜合計(jì)算，降水井的單井平均出水量大約為201.04m3/d；

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-2012)，計(jì)算管井的數(shù)量為21.02口，依據(jù)理論計(jì)算可得管井的數(shù)量為22口。

結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，在最大限度地保障安全前提下，取管井?dāng)?shù)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(xiàn)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(shù)要求

4.1 降水施工工藝流程及施工順序

井口測(cè)量→設(shè)定井位→鉆機(jī)設(shè)備安裝、開(kāi)始就位→打孔鉆進(jìn)→放入井壁濾水管→投入合格的砂礫料→清洗清理井內(nèi)泥漿→鋪設(shè)供電排水管→安裝潛水泵及其他器材→進(jìn)行試驗(yàn)抽水→進(jìn)行降水操作→觀(guān)測(cè)。

4.2 降水施工技術(shù)措施和質(zhì)量控制

（1）采用沖擊型鉆機(jī)沖擊成孔，正循環(huán)粘土泥漿護(hù)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(kāi)始進(jìn)行鉆孔并提漿，等到發(fā)現(xiàn)泥漿不粘時(shí)為止，要準(zhǔn)確地進(jìn)行丈量鉆孔提漿深度，確保從濾水管從上往下一直鉆到設(shè)計(jì)規(guī)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(jìn)孔內(nèi)，井管應(yīng)扶正、固定，井管起吊時(shí)應(yīng)垂直居中，井管接頭應(yīng)穩(wěn)固、可靠。

（4）井管下入孔內(nèi)后，應(yīng)立即開(kāi)始填投濾料，填投時(shí)應(yīng)保持井管四周均勻，濾料顆粒厚度應(yīng)大于100mm，填投時(shí)應(yīng)保持勻速，防止把井管擠偏。

（5）濾料填好后，用活塞、空壓機(jī)等開(kāi)始洗井，直至水清砂凈。當(dāng)降水井水量過(guò)小時(shí)，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)分析原因，如果是下管或填投濾料問(wèn)題，應(yīng)馬上增加洗孔次數(shù)，變換洗孔手段，直至達(dá)到設(shè)計(jì)出水量。

（6）綜合洗孔工作完成后，下入潛水泵進(jìn)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(yáng)程應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

（7）應(yīng)該要及時(shí)地完善相關(guān)的技術(shù)材料，包含為主井的觀(guān)察記錄、水文觀(guān)察記錄以及其他現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)資料。資料要詳細(xì)、真實(shí)、可靠。

4.3 成井工藝技術(shù)配套參數(shù)

4.3.1 濾水管選擇

濾水管的功能是進(jìn)行濾水、擋砂、保護(hù)井壁，種類(lèi)繁多，施工時(shí)的位置應(yīng)根據(jù)地下含有水質(zhì)砂層的性質(zhì)和類(lèi)型來(lái)確定。本工程基坑屬于降水層工程，其區(qū)域內(nèi)的降水層單一。井管下部2.5m應(yīng)全部均為濾水管，宜考慮采用本地產(chǎn)品滲水類(lèi)型碎石水泥管，其中孔隙比較大，強(qiáng)度也相對(duì)較高，價(jià)格也相對(duì)適宜，在外側(cè)連接70目尼龍網(wǎng)做成的過(guò)濾網(wǎng)，完全能夠滿(mǎn)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(jí)配而成。

（2）確定填料(濾水層)的厚度，參考目前關(guān)于我國(guó)各種類(lèi)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(yīng)為100mm。

4.4 成井過(guò)程中應(yīng)把握的關(guān)鍵點(diǎn)

（1）在成孔過(guò)程中要注意防止孔斜。在進(jìn)行地層的軟硬交替轉(zhuǎn)換時(shí)、鉆頭不回旋或松繩的長(zhǎng)度控制不當(dāng)時(shí)，鉆孔極易產(chǎn)生彎曲，進(jìn)而可能導(dǎo)致濾水管下部接口不到位或外側(cè)濾料厚度錯(cuò)誤。應(yīng)對(duì)的手段主要有，鉆機(jī)的安裝穩(wěn)固、機(jī)臺(tái)水平狀態(tài)，鉆機(jī)工人的操作技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)豐富程度，技術(shù)過(guò)硬也很關(guān)鍵。

（2）單井鉆孔后的換漿處理工藝技術(shù)是保證單井孔底出水量的重要技術(shù)關(guān)鍵，成功鉆孔后，要及時(shí)、科學(xué)、循序漸進(jìn)地組織開(kāi)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(yán)格地保證井管的垂直度，尤其是濾水管段，必須嚴(yán)格地保證濾水管在一個(gè)居中位置，才能促進(jìn)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(kāi)始進(jìn)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(shí)，使井管中泥漿變得越來(lái)越濃密的矛盾。

5 結(jié)束語(yǔ)

（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(chǎng)地的水文地質(zhì)情況等，然后選擇確定最適合本工程的降水方案。

（2）在計(jì)算降水量時(shí)，應(yīng)綜合勘察報(bào)告和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，排除易受影響因素，場(chǎng)地復(fù)雜的情況下，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，參照抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)一步確定滲透系數(shù)，以確保降水成功。

（3）在準(zhǔn)確計(jì)算涌水量的基礎(chǔ)上，合理布置降水井，選取適當(dāng)?shù)谋眯?，制定有效的降水方案?/p>

（4）本次井點(diǎn)降水方案在基坑施工中與實(shí)際基本相符，既降低了工程成本，又滿(mǎn)足了工程需要，也為本區(qū)域內(nèi)其他類(lèi)似工程提供了技術(shù)參考。