砂性土水工建筑物基坑降水型式選用效果分析與研究

劉朝陽 陳曉峰

（江蘇省泗陽縣水利局 泗陽 223700 2.宿遷市水利工程建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司 宿遷 223800）

1 降水型式的劃分

江蘇省宿遷市境內(nèi)用于灌排的涵閘一般過水流量為20～30m3/s，該地區(qū)基坑土質(zhì)大部分為砂性土，滲透系數(shù)K=A×10-4～A×10-6m/s。目前基坑開挖后降水的形式主要為輕型井點降水和管井降水。其中輕型井點降水用于對閘塘表層水的降水效果比較好，一般埋入基礎(chǔ)層2m 左右，僅排至1m 左右的地下水；而對于過水流量達(dá)到20m3/s 以上的水工建筑物基坑降水不太適用。正常采用管井降水法，其埋入基坑面以下10～15m 左右，使地下水位形成漏斗式，從而將地下水降至基坑底面以下50cm。由于兩種降水形式的計算公式大致相同，少部分施工者在進(jìn)行兩種降水形式的布置及計算時容易出現(xiàn)誤差，降水效果不理想，導(dǎo)致開工的時間順延。因此，正確選用不同的降水形式，有利于水工建筑物施工順暢展開，并確?；舆吰路€(wěn)定，基坑底面不受到地下水影響。

2 典型的實例分析

宿遷市宿城區(qū)東沙河紅衛(wèi)閘與宿遷市皂河灌區(qū)引水涵閘同期施工，其土質(zhì)及水工建筑物結(jié)構(gòu)基本相同，進(jìn)水流量在20～30m3/s 之間。紅衛(wèi)閘采用輕型井點降水，其布置直徑10cm 降水管，長為6m，插入閘底板以下有效長度僅為2m，布置于基坑尺寸為80m×40m，運(yùn)用4 臺真空泵7.5kW 進(jìn)行抽降，降水時間長達(dá)20 天，不見成效，導(dǎo)致無法施工；皂河引水涵洞通過降水計算設(shè)置了10 口直徑30cm 深水井，長度為20m，深入土層有效長度為12m，每口井采用1.5kW，揚(yáng)程25m 水泵進(jìn)行抽排，降水時間3天，機(jī)械可以下入到基坑進(jìn)行開挖施工，且閘塘四周無積水，根據(jù)計算兩側(cè)各布置5 口井，較好地解決了施工降水問題。

紅衛(wèi)閘根據(jù)降水不暢問題，重新進(jìn)行了計算和布設(shè)，改為管井形式，管井在高程17.00m 埋設(shè)，井管長度為12m，布置于基坑尺寸為80m×40m，深入基坑的有效長度10m，有效地解決了困擾一個月的降水問題，使工程又進(jìn)入了正常的施工程序。

3 紅衛(wèi)閘前后兩種降水方式計算分析

紅衛(wèi)閘土質(zhì)分布情況分別為③層粘土、④層粘土、⑤層粘土，其滲透系數(shù)分別為：2.19×10-4m/s（高程19.1～16.3m）、1.69×10-6m/s（高程16.3～13.0m）、2.4×10-7m/s（高程13.0m 以下）。計算簡圖如圖1，括號內(nèi)高程為深井井點底高程。

3.1 輕型井點降水失敗原因分析

輕型井點降水僅適用對表層水的排除，紅衛(wèi)閘降水管插入深度僅2m，地下降水形成的漏斗其影響不足以滿足閘塘左右岸兩側(cè)抽水半徑的需要。

根據(jù)江正榮編著的《建筑施工計算手冊》對基坑降水進(jìn)行計算，主要對基坑涌水量的計算，后配置的降水系統(tǒng)，而施工單位在未經(jīng)計算情況下，就進(jìn)行輕型井點的布置，當(dāng)降水不暢的問題出現(xiàn)后，經(jīng)過如下核算才找出降水不暢癥結(jié)所在。

輕型井點布置方案中：S=1.9m，K=18.92m/d，H=3.5m，A=80m×40m=3200m2。

①計算抽水半徑R

②計算基坑的假想半徑x0

由于R＜x0。使基坑系統(tǒng)涌水量計算為負(fù)值，顯然不合理，從而導(dǎo)致輕型井點降水布置形式不能將地下水位降至理想的位置，充分說明左右岸在淺水抽排下其漏斗R 偏小，不能形成抽排曲線交圈，而形成滲水通道，導(dǎo)致塘內(nèi)滲水，形成無用功。

圖1 無壓完整井涌水計算簡圖

3.2 深井降水的計算分析

基坑系統(tǒng)涌水量的計算公式：

式中：Q—系統(tǒng)涌水容量（m3/d）；

K—含水層的滲透系數(shù)（m/d）；

H—含水層的厚度（m），11.5m；

S—地下水降低的深度（m），1.9m；

R—抽水影響半徑（m）；

xo—降水裝置假想半徑（m）。

①計算基坑的假想半徑xo

由于基坑（深井布置）長寬比不大于5，可以簡化為一個假想半徑為xo的圓并進(jìn)行計算：

②計算抽水影響半徑R

③總涌水量Q 計算

④深井單位長度進(jìn)水量q 計算

式中： r—管井半徑，0.15m；

l—濾管長度，1m；

K—滲透系數(shù)18.92m/d，即0.00022m/s。

⑤深井過濾器進(jìn)水部分需要的總長度L 計算

⑥深井?dāng)?shù)量計算

該工程布置深井點數(shù)量為10 口，h=H-S=11.5-1.9=9.6m。

⑦分析

通過對降水方案的選擇看出，無論采用什么形式的降水方案，需進(jìn)行必要的計算，首先從理論上得到驗證，確定合理的方案選擇相應(yīng)配置的降水能力，才能保證不走彎路，確保施工順暢。

4 結(jié)論

4.1 管井間距布置

通過上述計算，以及結(jié)合其類似水工項目的降水方案的計算和布設(shè)，一般管井降水布設(shè)應(yīng)該注重左右岸和垂直于水流方向的管井布置間距，需大于xo；即依據(jù)施工范圍劃為圓的抽水半徑需要在左右岸根據(jù)管井長度和土質(zhì)滲透系數(shù)來滿足抽水半徑的需求，使之能形成交圈的連續(xù)曲線，故間距控制一般在左右岸較為合適；順?biāo)鞣较蜷g距控制在抽水假設(shè)半徑范圍內(nèi)：，較為合適。

4.2 方案選擇應(yīng)兼顧土質(zhì)與降水的距離

紅衛(wèi)閘雖然輕型井點抽水已插入到⑤層粘土中，相對③層粘土比較滲透系數(shù)小很多，但左右岸間距較大，布設(shè)的降水管較淺，不能形成封閉交圈，未交圈部位形成降水的空隙區(qū)而導(dǎo)致仍然有地下水存在和補(bǔ)充，從而造成了輕型井點降水方案的失敗。因此采用管井形成漏斗式抽排其深度較深的地下水，同時也滿足了降水交圈的要求。

4.3 方案選擇必須進(jìn)行必要的計算確定

通過計算可以看出，水工建筑物基坑降水計算對現(xiàn)場降水設(shè)施的配置，具有一定的實用價值。從而可以解決人為的盲目性、隨意性。使布置降水設(shè)施能達(dá)到工程實際的需要，反映了事前方案計算是十分必要的。

4.4 針對情況選擇合適的降水方案

對砂性土地基，且地下水較充沛的地基降水，其左右岸距離大于200m 左右，不僅考慮井的深度，同時也可以考慮管井降水與針井降水相結(jié)合的辦法。

建議：用管井降排基坑地下水，一般根據(jù)計算確定管井?dāng)?shù)量和井深。尤其視閘規(guī)模大?。寒?dāng)閘室寬度達(dá)到20m左右就可以采用深井降水，一般管井設(shè)置在青坎平臺處，有利于施工時控制，但必須滿足插入閘底板基坑的管深不小于10m 為宜。其管井降水不僅利于地下水位的下降，且當(dāng)閘前后水位差較大時，能很好地達(dá)到降壓的作用。基坑滲水與地表徑流以及深齒坎類的工程可以采用輕型井點降水來解決，能很好地解決由于深井降水量不足，而布置局部輕型井點降水作補(bǔ)充之用。

4.5 兩種降水形式成本的比較

每個管井降水不需要像輕型井點降水24h 不間斷降水。通過對地下水位的觀測來確定好井口內(nèi)水位控制高程，一旦水位達(dá)到控制水位后泵可自動開關(guān)，這樣可節(jié)約成本，根據(jù)統(tǒng)計，紅衛(wèi)閘使用輕型針井降水每小時實際電量為7.5×4=30（kW），而管井降水為1.5×10=15（kW）。管井降水比輕型井點降水生產(chǎn)成本更經(jīng)濟(jì)。

4.6 應(yīng)注意降水導(dǎo)致的次生破壞

在純砂性土的地基中降水，利用管井降水其抽水半徑相對針井降水半徑要大到1 倍以上，因此要注意降水半徑對周邊的影響。兩種形式都應(yīng)注重井底濾層的設(shè)置，確保濾層使用的耐久性和有效性。尤其處于堤防施工時由于降水防止產(chǎn)生管涌、漏砂，不僅防止產(chǎn)生降水井（管）的破壞，更重要的是在降水動力的作用下，尤其自顆粒較細(xì)的粉砂地基中施工，抽水同時由于地下水位不間斷的補(bǔ)給，同時也可能拉動了周邊土層中的砂粒，而形成大面積的水土流失，極有可能造成大面積范圍內(nèi)的塌陷，隨著時間的推移，防止對地面附著物造成損壞■