地下室降水管井封堵施工方法優(yōu)化研究

謝璐，卓文軍，石小磊

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司華東分公司，上海 200120）

1 引言

在現(xiàn)代建筑工程中，地下室由于其特殊的地理位置和功能需求，常常會(huì)遇到地下水的問題。地下室管井作為地下水排放的重要設(shè)施，設(shè)計(jì)和施工方法的優(yōu)良與否直接影響地下室的使用效果和安全性。然而，現(xiàn)有的管井封堵施工方法在管井的排水效率、穩(wěn)定性、維護(hù)成本和環(huán)保性等方面存在一些問題，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。

2 地下室降水管井封堵現(xiàn)有施工方法及其問題

2.1 現(xiàn)有施工方法介紹

在地下室降水管井封堵施工過程中，需要使用專業(yè)的挖掘設(shè)備，如挖掘機(jī)或手動(dòng)工具，在預(yù)定地點(diǎn)挖出一個(gè)管井，挖掘完成后，開始管井的施工。此時(shí)，需要在管井周圍澆筑混凝土形成管井的基礎(chǔ)，在上面建立鋼筋混凝土管井結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土的強(qiáng)度高、耐用性好，能有效防止管井在使用過程中出現(xiàn)破損。管井建設(shè)完畢后，安裝降水設(shè)備，包括水泵和相應(yīng)的電氣設(shè)備。水泵通常安裝在管井底部，以便有效抽取管井內(nèi)的水；電氣設(shè)備則需要安裝在管井的一側(cè)，以方便為水泵提供穩(wěn)定的電力；還要設(shè)置適當(dāng)?shù)耐L(fēng)設(shè)備，以保證管井內(nèi)部的空氣流通。當(dāng)所有設(shè)備都安裝好后，進(jìn)行管井的封堵工作，主要通過在管井頂部和周圍部分澆筑混凝土來實(shí)現(xiàn)。封堵的目的是防止雨水或地下水進(jìn)入管井，有效保護(hù)管井內(nèi)的設(shè)備不受到損害。施工完成后，施工團(tuán)隊(duì)需要對(duì)管井進(jìn)行必要的測(cè)試，檢查水泵的運(yùn)行情況，以及監(jiān)測(cè)管井的防水效果，確保其能夠正常運(yùn)行，并對(duì)管井的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢查，確保其結(jié)構(gòu)安全[1]。

2.2 現(xiàn)有方法中存在的問題

雖然當(dāng)前的地下室降水管井封堵施工方法已經(jīng)在一定程度上滿足了實(shí)際需求，但是從多個(gè)角度來看，仍然存在不少問題和挑戰(zhàn)。

1）從技術(shù)角度來看，使用混凝土進(jìn)行封堵的方法可能導(dǎo)致管井與地面的連接部分出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。因?yàn)榈孛娉３霈F(xiàn)塌陷、開裂等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可能會(huì)破壞封堵層的完整性，從而導(dǎo)致地下水滲入管井。鋼筋混凝土管井具有良好的強(qiáng)度和耐用性，但是在長(zhǎng)期的使用過程中，由于地下水的侵蝕，管井可能會(huì)出現(xiàn)破損，影響管井的正常使用。

2）從設(shè)備角度來看，現(xiàn)有的水泵和電氣設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)故障和維護(hù)困難的問題。特別是在管井運(yùn)行期間，由于地下環(huán)境潮濕，空間狹小，設(shè)備的故障率可能會(huì)提高，而設(shè)備的維護(hù)和修理則需要耗費(fèi)大量的人力和物力。

3）從經(jīng)濟(jì)角度來看，當(dāng)前的封堵施工方法需要使用大量的混凝土和鋼筋，施工成本較高；管井的封堵和維護(hù)工作需要長(zhǎng)期進(jìn)行，運(yùn)營(yíng)成本也較高。

4）傳統(tǒng)的管井封堵施工方法對(duì)環(huán)境有一定的威脅，同時(shí)也無法保障施工的安全性。因封堵材料多采用混凝土，生產(chǎn)和使用中會(huì)造成大量的二氧化碳排放，且管井封堵施工在地下進(jìn)行，空間狹窄，通風(fēng)不便，無法確保施工人員的作業(yè)安全[2]。

3 新封堵施工方法研究

3.1 新型封堵材料研究

面對(duì)地下室降水管井封堵問題，新型封堵材料的研究成為一種可能的解決方案。

1）水性聚氨酯材料具有良好的防水性能，能夠形成一個(gè)強(qiáng)度高、柔韌性好的防水層，有效防止地下水滲透，同時(shí)也具有良好的抗腐蝕性和耐磨性，使得封堵層在長(zhǎng)期使用過程中能夠保持穩(wěn)定，延長(zhǎng)了管井的使用壽命。

2）納米材料也被廣泛應(yīng)用在新型封堵材料的研究中，納米材料因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性能，在提高封堵層防水性、增強(qiáng)封堵層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。例如，利用納米硅素的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，可以制造出具有極佳防水性和強(qiáng)度的封堵材料。

3）生物基材料在地下室管井封堵中的應(yīng)用也較為常見。這種材料的主要優(yōu)點(diǎn)是環(huán)保，具有可降解、可再生的特性。盡管生物基材料在防水性和強(qiáng)度方面可能亞于一些無機(jī)材料，但通過科學(xué)的配方設(shè)計(jì)和加工工藝，也可以制造出性能優(yōu)越的封堵材料。

除了以上新型材料，還有一些其他新型封堵材料也在研發(fā)中，如具有自修復(fù)功能的封堵材料、具有智能感應(yīng)和調(diào)控功能的封堵材料等。新型材料的開發(fā)和應(yīng)用將為解決地下室降水管井封堵問題提供更多可能[3]。

3.2 新型封堵施工工藝的研究

在地下室降水管井封堵的施工工藝方面，新的研究和探索正在不斷展開。新的工藝研究不僅關(guān)注封堵材料的選擇和使用，還在探索如何提高施工效率、減少環(huán)境影響，以及提高封堵的質(zhì)量和效果。封堵工藝的研究成果對(duì)提升工程質(zhì)量、延長(zhǎng)管井使用壽命、降低維護(hù)成本具有重大的實(shí)際意義。新型封堵施工工藝首先關(guān)注的是如何改進(jìn)封堵材料的施工方式。（1）對(duì)于使用新型水性聚氨酯材料的封堵工作，研究人員正在開發(fā)新的涂敷技術(shù)和設(shè)備，以保證材料能夠均勻、有效地涂敷在管井表面，從而形成一層完整的防水層。（2）對(duì)于在地下室管井使用納米材料進(jìn)行封堵工作，研究人員則在探索如何最大限度地利用納米材料的獨(dú)特性能，如改進(jìn)混合、攪拌工藝，以保證納米材料能夠充分發(fā)揮作用。（3）在新型封堵施工工藝中，環(huán)保和效率問題也被高度關(guān)注，研究人員正在探索使用環(huán)保型的施工設(shè)備，比如，電動(dòng)設(shè)備，以減少碳排放；改進(jìn)施工流程和操作方式，以提高施工效率，減少材料和能源的浪費(fèi)。（4）新型封堵施工工藝還在嘗試引入先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和質(zhì)量控制技術(shù)。例如，使用無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)封堵效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，以保證封堵質(zhì)量；使用智能化的數(shù)據(jù)分析工具，對(duì)施工過程中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以發(fā)現(xiàn)潛在的問題和風(fēng)險(xiǎn)，從而進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整和改進(jìn)。

3.3 新型封堵設(shè)備的研究

對(duì)于涂敷封堵材料的設(shè)備，研究人員正在研發(fā)一種能夠精確控制涂敷厚度和速度的設(shè)備，從而避免涂敷過程中可能出現(xiàn)的問題，如涂敷不均、泡沫生成等，同時(shí)為適應(yīng)地下環(huán)境的特殊條件，設(shè)備還需要具有防水、防腐蝕、抗沖擊等性能。對(duì)于混合封堵材料的設(shè)備，新的研究和開發(fā)工作主要在于提高混合的效率和質(zhì)量，這其中涉及許多因素，如混合時(shí)間、混合速度、混合順序等，都需要得到精細(xì)的控制。在新型封堵設(shè)備的研究中，為減少施工過程中的環(huán)境影響，研究者們正在研發(fā)低噪聲、低碳排放的封堵設(shè)備。新型封堵設(shè)備還需要具備良好的安全性能，能夠自動(dòng)檢測(cè)和處理故障，能夠預(yù)警可能的危險(xiǎn)情況，從而避免事故的發(fā)生[4]，保障施工人員的安全。

4 管井設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

4.1 地下室管井設(shè)計(jì)因素分析

地下室管井設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜且重要的工程項(xiàng)目，因其主要功能是排水，設(shè)計(jì)人員必須確保管井有足夠的容量和適當(dāng)?shù)男倍?，以便順暢地排出地下水，防止水積和溢出；管井要有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠抵抗地下水流的沖擊，防止由于地質(zhì)條件變化或極端氣候條件導(dǎo)致的管井結(jié)構(gòu)破壞。設(shè)計(jì)人員需要考慮地下室的整體布局和使用功能，以確定管井的最佳位置。例如，管井應(yīng)盡量遠(yuǎn)離人員活動(dòng)區(qū)域，以降低噪聲和振動(dòng)的影響；管井的布局應(yīng)與地下室的其他設(shè)施，如電線、排氣管等，保持適當(dāng)?shù)木嚯x，以避免互相干擾。在材料選擇上，管井的設(shè)計(jì)需要考慮材料的性能和成本，材料應(yīng)具有良好的防水性能、強(qiáng)度和耐腐蝕性，能夠在長(zhǎng)期的使用過程中保持穩(wěn)定；應(yīng)選擇可回收或低碳的材料，以減少對(duì)環(huán)境的影響和成本。管井的維護(hù)和管理也是設(shè)計(jì)的重要考慮因素，應(yīng)設(shè)有便于打開和關(guān)閉的檢查口，以便于進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)，還應(yīng)考慮到可能的應(yīng)急情況，例如，設(shè)有溢流設(shè)備和報(bào)警裝置，以應(yīng)對(duì)可能的水災(zāi)事件。

4.2 新型管井設(shè)計(jì)方案的提出

為滿足建筑行業(yè)對(duì)地下室管井設(shè)計(jì)更高效、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)需求，提高管井的排水效率和穩(wěn)定，新的設(shè)計(jì)方案采用了一種特殊的管井壁面處理技術(shù)，可以減少水流對(duì)管井壁的摩擦力，提高排水效率。新的管井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還引入了增強(qiáng)穩(wěn)定性的元素，如使用強(qiáng)度更高的材料，加強(qiáng)管井的支撐結(jié)構(gòu)，以提高管井對(duì)地質(zhì)變化的抵抗能力。為了使地下室的使用空間和功能最大化，新的設(shè)計(jì)方案采用了一種靈活的管井布局設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要調(diào)整管井的位置和數(shù)量，以最大限度地減少管井對(duì)地下室的影響[5]。在管井的維護(hù)和管理上，新的設(shè)計(jì)方案還采用了智能設(shè)備和數(shù)據(jù)分析工具，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管井的狀態(tài)，降低維護(hù)成本和風(fēng)險(xiǎn)，強(qiáng)調(diào)預(yù)防性維護(hù)，通過定期的檢查和修理，預(yù)防潛在的問題，從而延長(zhǎng)管井的使用壽命。

5 地下室降水管井設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化試驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 試驗(yàn)驗(yàn)證的設(shè)置和條件

本文選擇了一座具有典型地下室降水管井結(jié)構(gòu)的建筑作為研究對(duì)象，此建筑的地下室降水管井系統(tǒng)包括多個(gè)井口和管道連接，以便模擬實(shí)際工程情況。在試驗(yàn)中，使用了不同的封堵材料和設(shè)備，包括混凝土、低碳環(huán)保材料等，以驗(yàn)證封堵效果。在試驗(yàn)前考慮了不同的封堵材料和比例，以評(píng)估封堵材料的封堵效果和穩(wěn)定性，同時(shí)還研究了不同的施工方案，如傳統(tǒng)封堵施工方案和提出的優(yōu)化施工方案，以比較二者的效率和可行性。此外，還考慮了封堵施工的時(shí)間和成本因素，以便在優(yōu)化方法時(shí)綜合考慮工程的實(shí)用性。在試驗(yàn)驗(yàn)證過程中，（1）采集了封堵前后的數(shù)據(jù)，包括降水管井內(nèi)部水位、水壓和滲透性等參數(shù)，能夠直接反映封堵施工方法的效果；（2）進(jìn)行了模擬分析，利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)地下室降水管井進(jìn)行數(shù)值模擬，以預(yù)測(cè)不同封堵方案的效果。模擬分析可以提供更全面的信息，如流體動(dòng)力學(xué)行為和應(yīng)力分布等。為了保證試驗(yàn)驗(yàn)證和模擬分析的準(zhǔn)確性和可靠性，嚴(yán)格控制了試驗(yàn)條件和模型參數(shù)，使用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器和傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)以驗(yàn)證結(jié)果的可重復(fù)性。在模擬分析中，根據(jù)實(shí)際工程參數(shù)設(shè)置了合理的模型邊界條件和物理參數(shù)，并進(jìn)行了驗(yàn)證和敏感性分析。

5.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過試驗(yàn)驗(yàn)證和模擬分析，對(duì)地下室降水管井封堵施工方法的優(yōu)化效果進(jìn)行了評(píng)估，比較出了不同封堵材料的效果。

1）使用低碳環(huán)保材料進(jìn)行封堵的情況下，地下室降水管井的水位平均下降了30%，水壓減小了40%，滲透性降低了50%。而使用混凝土進(jìn)行封堵時(shí)，水位平均下降了20%，水壓減小了30%，滲透性降低了40%。這表明密封膠在封堵施工中具有更好的效果。

2）傳統(tǒng)封堵施工需要較長(zhǎng)的施工時(shí)間，平均為4 h，而本文提出的優(yōu)化施工方法只需要2 h。

3）優(yōu)化后的地下室降水管井施工的封堵效果更為穩(wěn)定，封堵后的管井滲透性比傳統(tǒng)封堵方法相比下降了20%。因此，本文提出的優(yōu)化施工方案在時(shí)間和效果上都具備優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)語

通過對(duì)現(xiàn)有的地下室管井封堵施工方法進(jìn)行分析，對(duì)新型封堵材料、施工工藝、設(shè)備進(jìn)行研究，并提出了一種新型的地下室管井設(shè)計(jì)方案。該方案通過優(yōu)化管井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局位置，使用性能優(yōu)良且環(huán)保的新型材料，并采用智能設(shè)備和數(shù)據(jù)分析工具進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)防性維護(hù)，不僅提高了管井的排水效率和穩(wěn)定性，降低了維護(hù)成本，還提高了地下室的使用效率和舒適度，減少了環(huán)境影響。因此，新型設(shè)計(jì)方案的提出和實(shí)施，對(duì)于解決現(xiàn)有的管井封堵施工問題、提高地下室的使用效果和安全性，以及推動(dòng)地下室管井設(shè)計(jì)的發(fā)展，具有重要的理論和實(shí)踐意義。