輕型井點(diǎn)降水與井點(diǎn)回灌在城區(qū)河道整治工程中的應(yīng)用

王曉鳴

（儀征市水利工程總隊(duì) 211400）

1 引言

深基坑施工中，地下水的處理有多種可行方法，從降水方式來(lái)說(shuō)可分為止水法和排水法兩大類(lèi)。井點(diǎn)降水是目前較為普遍采用的一種降低地下水位的方法，它可使基坑在干燥狀態(tài)下施工，并在市政、民用建筑[1-2]和水利工程[3-4]基坑工程中廣泛應(yīng)用。但用井點(diǎn)降水法在降低地下水位的同時(shí)，會(huì)使周?chē)耐翆右蚴ピ械乃侄a(chǎn)生固結(jié)壓縮，如果處理不當(dāng)，將會(huì)造成危害，特別是在軟土地層中進(jìn)行井點(diǎn)降水施工時(shí)，更應(yīng)加以注意。因此在井點(diǎn)降水的同時(shí)，輔之以井點(diǎn)回灌[5-6]，可減少對(duì)周邊建筑物的影響。

2 工程概況

紅葉排水溝是儀征市城區(qū)的一條雨污合流的河道。2007年，列入政府十大重點(diǎn)工程進(jìn)行綜合整治。其中0+440～0+556段老河道東側(cè)有一戶居民住房緊靠溝邊，在將該段河道整治方案及新河道中心線多次推敲和調(diào)整后，所確定的東側(cè)護(hù)岸擋土墻底板后緣與民房最近處僅相距5.8m（見(jiàn)下頁(yè)圖）。實(shí)地調(diào)查得知，該戶房屋為十幾年前建成的磚混結(jié)構(gòu)房且基礎(chǔ)很淺，采用井點(diǎn)降水施工河道護(hù)岸擋土墻時(shí)，由于井點(diǎn)降水降低了護(hù)岸擋土墻墻后的地下水位，也同時(shí)降低了河道東側(cè)民房部位的地下水位，可能引起民房的不均勻沉降，甚至導(dǎo)致房屋墻體開(kāi)裂，影響到房屋的質(zhì)量及其住戶的安全與正常生活。

該段工程附近的鉆孔為D433號(hào)孔，該孔鉆深僅5.6m，未到底。該處地質(zhì)由上而下依次為①、②、③、⑥、⑦、⑧層，主要地質(zhì)參數(shù)見(jiàn)下表。

開(kāi)挖剖面工程地質(zhì)參數(shù)表

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為既降低地下水位利于河道開(kāi)挖又保證房屋安全，項(xiàng)目部擬定了輕型井點(diǎn)降水結(jié)合井點(diǎn)回灌方案，在準(zhǔn)備充足的條件下組織突擊施工，既保證該戶房屋的質(zhì)量及居民的正常生活與安全，又使河道整治工程施工順利地進(jìn)行。

3.1 原理

開(kāi)挖斷面圖

輕型井點(diǎn)是沿基坑四周每隔一定距離埋入井點(diǎn)管（直徑38～51mm、長(zhǎng)5～7m的鋼管）至蓄水層內(nèi)，由井點(diǎn)管、過(guò)濾管、集水總管、主管、閥門(mén)等組成管路系統(tǒng)，并啟動(dòng)抽水設(shè)備，在井點(diǎn)系統(tǒng)中形成真空，在井點(diǎn)周?chē)欢ǚ秶纬梢粋€(gè)真空區(qū)，真空區(qū)通過(guò)砂井?dāng)U展到一定范圍。在真空力的作用下，井點(diǎn)附近的地下水通過(guò)砂井，經(jīng)過(guò)濾器被強(qiáng)制性吸入井點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)，抽水設(shè)備將地下水從井點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)不停抽出，使井點(diǎn)附近的地下水位得到降低，從而使原有地下水降至坑底以下。在作業(yè)過(guò)程中，井點(diǎn)附近的地下水位與真空區(qū)外的地下水位之間，存在一個(gè)水頭差，在該水頭差作用下，真空區(qū)外的地下水是以重力方式流動(dòng)的。因此常把輕型井點(diǎn)降水稱(chēng)真空強(qiáng)制抽水法，更確切地說(shuō)應(yīng)是真空—重力抽水法。只有在這兩個(gè)力作用下，基坑地下水才會(huì)降低，并形成一定范圍的降水漏斗拋物線。

回灌井點(diǎn)施工原理是在降水區(qū)與臨近建筑物直徑的土層埋置一道回灌井點(diǎn)，采用補(bǔ)充地下水的辦法，向土層灌入足夠數(shù)量的水，使降水井點(diǎn)的影響半徑不超過(guò)回灌井點(diǎn)范圍，以形成一道隔水屏幕，阻止回灌井點(diǎn)外側(cè)建筑物下的地下水流失，使原有建筑物的地下水位保持不變或降低較少，這樣就能防止因降水而造成的地面沉降，或至少可以減少沉降值。

3.2 方案設(shè)計(jì)

3.2.1 井點(diǎn)降水管布設(shè)

經(jīng)實(shí)地測(cè)量，該戶房屋沿河道方向長(zhǎng)12m，南北兩端距擬建護(hù)岸擋土墻底板后緣分別為5.8m和9.7m。為使井點(diǎn)降水管盡可能離民房遠(yuǎn)一些，將該段井點(diǎn)降水管布設(shè)在擋土墻底板外側(cè)0.5m處，同時(shí)僅考慮將地下水位降到擋土墻底板底層下0.5m即可。

該段河道設(shè)計(jì)河底高程為3.5m，擋土墻底板底面高程2.5m，地下水計(jì)劃降至2.0m高程，河道中心與降水井點(diǎn)管相距4～5m。因此，井點(diǎn)內(nèi)水位為2.0-5×0.1=1.5m；井點(diǎn)管管底布置在0.5m高程，濾水管頂高程1.5m；現(xiàn)狀地面高程在6.8m左右，在邊坡上施打，井點(diǎn)支管選用6.0m長(zhǎng)；為便于突擊施工，施工工段長(zhǎng)定為60m，井點(diǎn)管成一排布置，間距布置成1.5m，計(jì)布置40眼井。

3.2.2 涌水量計(jì)算

該區(qū)②、③層土均以輕粉質(zhì)砂壤土、粉土為主，根據(jù)室內(nèi)垂直滲透試驗(yàn)果，②、③層土中為中等滲透性，它們共同組成場(chǎng)地上部松散巖內(nèi)孔隙水，④、⑤、⑥、⑧層土為其相對(duì)隔水底板，③層底高程為1.0m，考慮到井點(diǎn)布置、土層的不準(zhǔn)確性，也為計(jì)算方便，將不透水層頂面放在高程1.0m。本例涌水量按無(wú)壓完整井計(jì)算[7]。計(jì)算結(jié)果為q=0.000055m3/s。該施工段內(nèi)布置一排40眼井，上面計(jì)算中是考慮四面進(jìn)水，實(shí)際情況是兩側(cè)進(jìn)水，進(jìn)水量不到上面計(jì)算的一半，因此井點(diǎn)的總涌水量近似為95.04m3/d。

3.2.3 井點(diǎn)回灌方案

回灌井點(diǎn)系統(tǒng)由水源、水箱、流量表、閘閥、總管、回灌井管組成。其工作方式恰好與降水井點(diǎn)系統(tǒng)相反，將水灌入井點(diǎn)后，水由井點(diǎn)周?chē)翆訚B透，在土層中形成一個(gè)和降水井點(diǎn)相反相成的倒轉(zhuǎn)降落漏斗。該工程既有降水，又有開(kāi)挖，再加之回灌，情況比較復(fù)雜，計(jì)算有一定的困難，主要以實(shí)驗(yàn)為主。

考慮到施工時(shí)要邊排水、邊回灌，因此，回灌井點(diǎn)管與排水井點(diǎn)管之間距離不能太近，因該工程場(chǎng)地又十分狹窄，此距離又不能太大，經(jīng)綜合考慮，回灌井點(diǎn)管與排水井點(diǎn)管的間距定為6m，緊靠民房布置，回灌井井距亦采用1.5m，同樣計(jì)布置40眼井。

回灌井的結(jié)構(gòu)與排水井基本相同，但考慮到回灌井應(yīng)略高于排水井，回灌井底高擬高于降水井管底1.5m，回灌井管管底布置在高程2.0m處，濾水管頂在高程3.0m處，井點(diǎn)支管選用5.0m長(zhǎng)。

為保證回灌井有一定的注水壓力（一般不低于0.5個(gè)大氣壓），用鋼管、木板搭建一距地面5m高的臨時(shí)水塔設(shè)置高位水箱。降水初期直接用自來(lái)水注入水箱，降水井正常運(yùn)行后用水泵將降水井點(diǎn)集水箱里的水抽提到水箱內(nèi)，保持水箱內(nèi)正常水位。

在民房附近設(shè)置2～3個(gè)水位觀測(cè)井，同時(shí)在民房四周墻壁上設(shè)6～8個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，降水前測(cè)得觀測(cè)井內(nèi)初始水位以及沉降觀測(cè)點(diǎn)的初始標(biāo)高值，降水期間固定專(zhuān)人定時(shí)觀測(cè)，并做好觀測(cè)記錄。

4 降水及回灌井點(diǎn)施工和使用

4.1 井點(diǎn)施工工藝程序

井點(diǎn)施工工藝程序?yàn)椋悍啪€定位→鋪設(shè)總管→沖孔→安裝井點(diǎn)管、填砂礫濾料、上部填粘土密封→用彎聯(lián)管將井點(diǎn)管與總管連通→安裝抽水設(shè)備與總管連通→安裝集水箱和排水管→開(kāi)動(dòng)真空泵排氣、再開(kāi)動(dòng)離心泵抽水→測(cè)量觀測(cè)井中地下水位變化。

4.2 井點(diǎn)管埋設(shè)

井點(diǎn)埋設(shè)可根據(jù)土質(zhì)情況、場(chǎng)地和施工條件，選擇適用的成孔機(jī)具和方法。常用方法是用高壓水沖刷土體，用沖管擾動(dòng)土體助沖，將土層沖成圓孔后埋設(shè)井點(diǎn)管。所有井點(diǎn)管在地面以下0.5～1m的深度內(nèi)用粘土填實(shí)，以防漏氣。井點(diǎn)管埋設(shè)完畢后接通總管與抽水設(shè)備，接頭要嚴(yán)密，并進(jìn)行試抽水，檢查有無(wú)漏氣、淤塞等情況，出水是否正常，如有異常情況，檢修好后方可使用。

4.3 降水井點(diǎn)使用

降水井點(diǎn)使用時(shí)應(yīng)保持連續(xù)不斷地抽水，一般在抽水3～5天后水位降落漏斗基本趨于穩(wěn)定。正常的出水規(guī)律是“先大后小，先混后清”。如不上水，或水一直較渾，或出現(xiàn)清后又渾等現(xiàn)象，應(yīng)立即檢查糾正。要經(jīng)常觀測(cè)井點(diǎn)系統(tǒng)的真空度，一般不低于55.3～66.7kPa，如真空度不夠，通常是由于管路漏氣，應(yīng)及時(shí)修好。井點(diǎn)管淤塞可通過(guò)聽(tīng)管內(nèi)水流聲，手扶管壁感到振動(dòng)，夏季用手摸管子冷熱、潮干等簡(jiǎn)便方法進(jìn)行檢查。如井點(diǎn)管淤塞太多，嚴(yán)重影響降水效果時(shí)，應(yīng)逐個(gè)用高壓水沖洗井點(diǎn)管或拔出重新埋設(shè)。

4.4 回灌井點(diǎn)使用

a.回灌井點(diǎn)必須在降水井點(diǎn)啟動(dòng)或在降水的同時(shí)向土中灌水，且不得中斷，當(dāng)其有一方因故停止工作時(shí)，另一方應(yīng)停止工作，恢復(fù)工作亦應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。

b.回灌水量應(yīng)根據(jù)地下水位的變化及時(shí)調(diào)整，盡可能保持抽灌平衡，既要防止灌水量過(guò)大而滲入基坑影響施工，又要防止灌水量過(guò)小使地下水失控而影響回灌效果。為此要根據(jù)觀測(cè)井內(nèi)的水位變化情況及時(shí)調(diào)整抽水量或灌水量，使原有建（構(gòu)）筑物下的地下水位保持一定的深度，從而達(dá)到控制沉降的目的，避免產(chǎn)生裂縫。

c.要經(jīng)常檢查回灌水的污濁度及水質(zhì)情況，避免產(chǎn)生孔眼堵塞現(xiàn)象，同時(shí)也必須及時(shí)校核灌水壓力及灌水量，當(dāng)產(chǎn)生孔眼堵塞時(shí)應(yīng)立即進(jìn)行井點(diǎn)沖洗。確保用清水回灌，以保持回灌水量。

d.做好回灌井點(diǎn)設(shè)置后的沖洗工作，沖洗方法一般是往回灌井點(diǎn)大量注水后，迅速進(jìn)行抽水，盡可能地加大地基內(nèi)的水力梯度，這樣既可除去地基內(nèi)的細(xì)粒成分，又可提高其灌水能力。

5 效果分析與結(jié)論

2008年4月29日，該工段于開(kāi)始布設(shè)降水及回灌井點(diǎn)系統(tǒng)，4月30日開(kāi)始抽水、回灌，開(kāi)始抽水時(shí)水量較大，水位下降明顯，之后水位降落逐漸緩慢，3天后水位保持穩(wěn)定。5月2日開(kāi)始土方開(kāi)挖，開(kāi)挖后的基坑干燥，邊坡保持穩(wěn)定，擋土墻底板混凝土、墻身2m漿砌塊石、墻后2m高范圍內(nèi)回填土相繼順利完成。5月14日，停止了抽水、回灌。從施工期及之后一個(gè)月的觀測(cè)數(shù)據(jù)看，觀測(cè)井水位相對(duì)穩(wěn)定，沉降觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高沒(méi)有變化，民房墻壁上設(shè)置的裂縫觀測(cè)標(biāo)志值亦無(wú)增大現(xiàn)象，民房的質(zhì)量及居民的正常生活與安全得到了保證。應(yīng)用結(jié)果表明：此次輕型井點(diǎn)降水結(jié)合井點(diǎn)回灌方案設(shè)計(jì)及施工是成功的，本文的方法可供類(lèi)似城區(qū)河道整治工程借鑒。

1 李志平，彭振斌，張偉.輕型井點(diǎn)降水在基坑工程中的應(yīng)用.土工基礎(chǔ).2008，22（3）：33-35.

2 吳國(guó)棟，張可能，付敏，等.真空輕型井點(diǎn)降水在基坑工程中的應(yīng)用.西部探礦工程.2008（5）：30-31.

3 魏俊清.建筑工程基礎(chǔ)施工中井點(diǎn)降水的計(jì)算方法.中國(guó)農(nóng)村水利水電.2001（5）：107-109.

4 周坤.泗陽(yáng)二站沉井群施工井點(diǎn)降水及對(duì)周邊影響.中國(guó)農(nóng)村水利水電.2006（2）：122-123.

5 周偉.井點(diǎn)回灌技術(shù)在基坑降水中的實(shí)踐與應(yīng)用研究.江蘇水利.2006（1）：19-20.

6 李鴻文，王東.井點(diǎn)回灌技術(shù)在基坑降水中的實(shí)踐與應(yīng)用研究.云南建筑.2007（2）：26-28.

7 李煒.水力計(jì)算手冊(cè).第二版.北京：中國(guó)水利水電出版社,2006.