淺析井群降水設(shè)計(jì)存在問題及改進(jìn)措施

王志云

(齊齊哈爾市水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

1 目前設(shè)計(jì)主要存在問題

由于井群降水具有計(jì)算理論簡(jiǎn)單、施工方法容易、建設(shè)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)而被水利工程基坑廣泛采用。但由于基坑控降水屬臨時(shí)性工程措施，設(shè)計(jì)者往往給予的重視程度不夠，致使基坑井群控降水方案布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在諸多瑕疵，直接造成工程投資增加，甚至影響工程施工安全。

經(jīng)對(duì)某項(xiàng)目的127座橋、涵、閘及泵站基坑井群降水設(shè)計(jì)的審查發(fā)現(xiàn)，目前基坑井群降水設(shè)計(jì)在井群布置方案、成井深度設(shè)計(jì)、基坑涌水量計(jì)算等方面主要存在以下問題。

1.1 計(jì)算公式選用不正確

截止目前，介紹工程基坑涌水量計(jì)算的工具書籍及成果較多[1-4]，推薦的計(jì)算公式及應(yīng)用條件也不盡相同，因此，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，由于工程設(shè)計(jì)人員對(duì)計(jì)算公式的適用條件理解不透，對(duì)基坑所處含水層的水文地質(zhì)特性研究不夠，設(shè)計(jì)中有的將完整井的涌水量計(jì)算公式用在了非完整井基坑，有的將地表無固定水源補(bǔ)給條件下的涌水量計(jì)算公式用在了地表有固定水源補(bǔ)給條件下的基坑，由此造成設(shè)計(jì)井群的排水量與基坑實(shí)際涌水量相差懸殊，降水設(shè)計(jì)方案無法指導(dǎo)工程施工。

1.2 井點(diǎn)布置不合理

1.2.1 井點(diǎn)與基礎(chǔ)邊線距離大

在有些基坑工程中，由于設(shè)計(jì)者過分追求避免井群對(duì)基礎(chǔ)土方開挖造成干擾，將井點(diǎn)布置在基坑開挖邊線外5 m，致使井點(diǎn)遠(yuǎn)離建筑物基礎(chǔ)邊線，特別是當(dāng)基坑挖深大、開挖坡度緩時(shí)，井點(diǎn)距建筑物基礎(chǔ)邊線的距離更遠(yuǎn)，嚴(yán)重影響了井群的控降水效果，同時(shí)增加了成井投資及降水運(yùn)行費(fèi)用。如：某工程18標(biāo)段一穿堤閘站，基坑上口開挖面積80×70 m2，根據(jù)基坑土體特性，設(shè)計(jì)開挖邊坡比為1：2，基坑設(shè)計(jì)挖深9.5 m，設(shè)計(jì)地下水位降深8.2 m。設(shè)計(jì)井點(diǎn)距開挖線5 m，距建筑物基礎(chǔ)邊線30 m。經(jīng)計(jì)算比較，該設(shè)計(jì)方案與近基礎(chǔ)邊線布置方案相比，成井費(fèi)用增加17%，降水費(fèi)用增大18.7%。

1.2.2 井點(diǎn)間距離選擇不科學(xué)

地下水的動(dòng)態(tài)變化證明，完全水平靜止或無水源補(bǔ)給條件下的地下水幾乎不存在，因此，在實(shí)際基坑的降水井群設(shè)計(jì)中，具有一定水面比降或有固定水源補(bǔ)給條件下的地下水是設(shè)計(jì)者面臨的普遍問題。但從現(xiàn)有基坑井群設(shè)計(jì)方案看，設(shè)計(jì)者并未對(duì)此給予一定的重視，多將井點(diǎn)等距離均勻布置在基坑周圍，從而造成整個(gè)井群的降水效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，施工中不得不臨時(shí)增加降水井點(diǎn)。其主要原因是，如果地下水的自然流動(dòng)方向與基坑排水時(shí)的地下水流向一致時(shí)，降水影響半徑將明顯減小，基坑有效水位的降深也將隨之減小，基坑的實(shí)際降水效果將達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

1.3 井深設(shè)計(jì)不經(jīng)濟(jì)

根據(jù)對(duì)基坑井群降水設(shè)計(jì)成果分析可見，部分工程因降水井深設(shè)計(jì)與基坑所處含水層的分布情況針對(duì)性不強(qiáng)，沒能很好地根據(jù)透水層的分布特點(diǎn)調(diào)整成井深度或改變降水形式，存在當(dāng)含水層為正分布(自上而下含水層滲透系數(shù)逐層增大)和逆分布(自上而下含水層滲透系數(shù)逐層減小)情況下井深設(shè)計(jì)的不合理性，影響了基坑的實(shí)際降水效果，致使降水費(fèi)用增大，施工工期延長(zhǎng)。

1.3.1 含水層為正分布情況

經(jīng)查閱現(xiàn)有建筑物基坑降水井群設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)，部分工程設(shè)計(jì)者在進(jìn)行井深設(shè)計(jì)時(shí)，完全依照井深計(jì)算成果進(jìn)行成井深度確定，而由于在含水層正分布情況下，其滲透系數(shù)自上而下逐層增大，往往使井體進(jìn)水花管處于滲透系數(shù)最大的含水層內(nèi)，從而造成井點(diǎn)的排水直接抽取于強(qiáng)透水層，嚴(yán)重影響了井群的基坑降水效果。如某項(xiàng)目閘站的基坑工程，其地面高程為39.7m，自地表以下分別為細(xì)粒土厚1.3m；低液限黏土厚3.8m；級(jí)配不良中砂厚4.3m；級(jí)配不良粗砂厚6.4m；級(jí)配不良礫厚7.9m。設(shè)計(jì)井深21m，其中花管長(zhǎng)度5.5m。按照此井深的設(shè)計(jì)成果，進(jìn)水花管有95%的長(zhǎng)度位于礫石層，致使基坑在實(shí)際降水時(shí)，盡管各井的排水流量已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但基坑的穩(wěn)定降深水位仍高于設(shè)計(jì)控制水位1.4m，為滿足施工要求，現(xiàn)場(chǎng)不得不臨時(shí)增加降水井?dāng)?shù)量。

1.3.2 含水層逆分布情況

如果含水層為逆分布，當(dāng)基坑位于滲透系數(shù)較大的含水層內(nèi)，且井體花管僅有少部分或完全不在該層內(nèi)時(shí)，井點(diǎn)的抽水量主要受限于下部較小滲透系數(shù)的含水層，而基坑內(nèi)的涌水量主要來源于較大滲透系數(shù)的上部含水層，因此，在此種情況下，采用井群降水既不經(jīng)濟(jì)又達(dá)不到好的降水效果。

2 主要對(duì)策

2.1 選用正確涌水量計(jì)算公式

到目前為止，介紹基坑涌水量計(jì)算方法的書籍及研究成果很多，計(jì)算公式也不盡一致，在一定程度上也影響了工程設(shè)計(jì)人員的實(shí)際應(yīng)用。2012年10月1日頒布實(shí)施的《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012[5](以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)進(jìn)一步明確了基坑涌水量計(jì)算方法及相關(guān)計(jì)算公式，實(shí)際工程可依據(jù)含水層厚度、成井深度、附近有無固定水源補(bǔ)給及地下水類型選取相應(yīng)的計(jì)算公式完成基坑涌水量計(jì)算(即為潛水完整井基坑、潛水非完整井基坑、潛水完整井近固定水源基坑、潛水非完整井近固定水源基坑、承壓水完整井基坑、承壓水非完整井基坑、承壓水完整井近固定水源基坑、承壓水非完整井近固定水源基坑、承壓—潛水非完整井基坑涌水量計(jì)算公式)。

2.2 優(yōu)化井點(diǎn)平面布置

2.2.1 井點(diǎn)盡量靠近基礎(chǔ)邊線布置

對(duì)于某一特定的建筑物基坑而言，其基坑底面對(duì)地下水位降深的要求是一定的，即井群的干擾降深為一定值，因此，如果適當(dāng)減小井群化引半徑，則基坑的總用水量及井點(diǎn)處的動(dòng)水位降深也將隨之減小，相應(yīng)的配套動(dòng)力也減小，運(yùn)行費(fèi)用可得到有效降低。因此，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量將井點(diǎn)近距離布置在建筑物基礎(chǔ)邊線周圍，以達(dá)到有效降低基坑井群降水費(fèi)用的目的。

2.2.2 井點(diǎn)采用不等距布置

在實(shí)際工程中，由于地下水具有流動(dòng)性而存在一定水面比降，因此，在基坑井群降水設(shè)計(jì)中，各井點(diǎn)間的距離也應(yīng)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法確定，即為：基坑地下水位較高(或有固定水源補(bǔ)給)的一側(cè)，井點(diǎn)的布置間距應(yīng)小于平均間距，而基坑另一側(cè)的井點(diǎn)間距應(yīng)大于平均間距。具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)依據(jù)上述井點(diǎn)布置原則擬定幾個(gè)布置方案，采用公式分別計(jì)算各井點(diǎn)處的動(dòng)水位降深值，當(dāng)各井點(diǎn)處動(dòng)水位降深值基本相等時(shí)，該布置方案即為最優(yōu)井點(diǎn)布置方案。

2.3 井深要結(jié)合地層條件確定

因井深決定花管的位置，而花管在含水層中的相對(duì)位置則決定單井的出水流量。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)含水層的地層分布情況比對(duì)井體花管在含水層中的相對(duì)位置，選取合理的花管形式及長(zhǎng)度。當(dāng)含水層為正分布時(shí)，井體花管應(yīng)盡量避開滲透系數(shù)較大的含水層，實(shí)現(xiàn)基坑在保證水位降深的情況下，盡量減小單井出水流量。當(dāng)含水層為逆分布時(shí)，由于下含水層的滲透系數(shù)小于上層，基坑涌水量直接受上含水層影響，在這種情況下，單井的實(shí)際出水流量將小于設(shè)計(jì)值，基坑的控降水效果也達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，因此，對(duì)于含水層逆分布情況，應(yīng)優(yōu)先采用明排設(shè)計(jì)方案。

3 結(jié) 語

通過對(duì)大量基坑井群降水工程設(shè)計(jì)實(shí)例的調(diào)查研究，全面分析了目前基坑井群降水設(shè)計(jì)在計(jì)算公式選用、井點(diǎn)布置、井深確定等方面存在的問題，并指出了這些問題可能對(duì)主體工程施工及安全帶來的不利影響，最后提出了相應(yīng)對(duì)策及改進(jìn)措施，意在為類似工程的設(shè)計(jì)提供有益的參考及借鑒。