任海香，張廷會(huì)

(1.陜西煤田地質(zhì)勘查研究院，陜西 西安 710054；2.陜西天地地質(zhì)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

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管井與引滲井相結(jié)合在某基坑降水中的應(yīng)用

任海香1，張廷會(huì)2

(1.陜西煤田地質(zhì)勘查研究院，陜西 西安 710054；2.陜西天地地質(zhì)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

[摘要]咸陽某高層建筑基坑為巨厚砂層含水層，雖夾有一粉質(zhì)粘土隔水層。在基坑降水設(shè)計(jì)中，為了將上部含水層水引入下層而降低上部含水層水位，布置了一定數(shù)量的引滲流井溝通上下含水層，形成統(tǒng)一的地下水系統(tǒng)，采用管井降水方式，完成地下水水位整體下降的目的。通過項(xiàng)目實(shí)施，降水效果較好，證明此設(shè)計(jì)方案合理，可為類似工程提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]管井；引滲井；基坑降水

管井井點(diǎn)降水是指沿基坑周邊設(shè)置一定數(shù)量管井，每一個(gè)管井單獨(dú)使用一臺(tái)水泵不斷抽水降低地下水位。此方法具有設(shè)備較為簡單，排水量大，水泵設(shè)在地面，易于維護(hù)等特點(diǎn)。對(duì)于滲透系數(shù)較大(20～200 m/d)，降水深度大，地下水豐富的土層、砂層、或明溝排水法易造成顆粒大量流失，引起邊坡塌方及輕型井點(diǎn)難以滿足要求的情況下，可采用管井井點(diǎn)降水。本文結(jié)合咸陽地區(qū)某降水工程，對(duì)管井降水設(shè)計(jì)及施工工藝進(jìn)行介紹。

1工程概況

擬建咸陽某基坑長約108 m，寬70 m，開挖深度13.0 m，地下水位約為10.8 m，由于地下水位在基坑開挖深度以上，需要進(jìn)行基坑降水。

1.1工程地質(zhì)條件

(1)層黃土狀土(Q4al+pl)：黃褐色，具大孔隙，見蟲孔，含氧化鐵條紋及零星鈣質(zhì)結(jié)核，可塑狀態(tài)。層厚2.10～3.40 m，層底深度2.10～3.40 m，層底標(biāo)高376.15～377.38 m。

(2)層中砂(Q4al+pl)：灰黃色，長石～石英質(zhì)，顆粒較均勻，級(jí)配不良，稍濕～濕，稍密狀態(tài)。層厚6.60～7.50 m，層底深度9.50～10.00 m，層底標(biāo)高369.48～369.98 m。

(3)層中砂(Q4al+pl)：灰黃色，長石～石英質(zhì)，顆粒較均勻，級(jí)配不良，濕～飽和，中密狀態(tài)。層厚5.40～6.80 m，層底深度15.40～16.80 m，層底標(biāo)高362.75～364.25 m。

(4)層粉質(zhì)粘土(Q3al+pl)：褐黃色，含鐵錳質(zhì)條紋、零星結(jié)核，土質(zhì)較均勻，硬塑狀態(tài)。層厚0.90～2.60 m，層底深度17.00～18.80 m，層底標(biāo)高360.81～362.78 m。

(5)層中砂(Q3al+pl)：灰黃色，長石～石英質(zhì)，顆粒較均勻，級(jí)配不良，飽和，密實(shí)狀態(tài)，層間夾粉質(zhì)粘土透鏡體或薄層。層厚7.30～7.80 m，層底深度27.50～29.20 m，層底標(biāo)高354.48～354.72 m。

(6)層粉質(zhì)粘土(Q3al+pl)：褐黃色，含氧化鐵條紋、零星結(jié)核，土質(zhì)均勻，硬塑狀態(tài)。層厚2.00～3.50 m，層底深度30.40～31.9 0 m，層底標(biāo)高347.88～349.08 m。

1.2水文地質(zhì)條件

該場地地形平坦，地面標(biāo)高介于379.48～379.82 m之間，高差0.34 m。地貌單元屬渭河Ⅰ級(jí)階地。量測的穩(wěn)定水位深度為10.80～11.10 m，地下水豐富，相應(yīng)的標(biāo)高為368.55～368.69 m，屬潛水類型。

2基坑降水方案選取

基坑降水的方法有真空井點(diǎn)降水、噴射井點(diǎn)降水、管井降水等方法，本工程地質(zhì)條件主要為砂土。設(shè)計(jì)基坑深度為13.0 m，根據(jù)公司已有施工經(jīng)驗(yàn)及附近場地的工程地質(zhì)條件，擬采用管井井點(diǎn)降水方案降低地下水位，由管井統(tǒng)一將地下水抽出，達(dá)到阻截基坑外圍地下水流入基坑的目的，從而滿足基礎(chǔ)施工對(duì)降水的要求。

3降水設(shè)計(jì)

該場地含水層主要為全新統(tǒng)沖洪積②層中砂及其下各層，滲透性良好。但④層粉質(zhì)粘土作為弱透水層阻斷了上下層地下水的流通，如降水井打至④層粉質(zhì)粘土頂時(shí)，由于基底至④層頂面距離較小，不滿足降水井沉砂管長度的要求，故降水井穿透④層粉質(zhì)粘土，同時(shí)應(yīng)在坑內(nèi)及坑外設(shè)置若干引滲孔以穿透④層粉質(zhì)粘土，從而形成有效地流通渠道。

3.1降水模型選擇

假定：由于第六層粉質(zhì)粘土的滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于其它土層的滲透系數(shù)，近似將第六層視為不透水層。

(1)含水層厚度：H=16.9 m

(2)管井深度：據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》，井點(diǎn)管深度為：HW=HW1+HW2+HW3+HW4+HW5+HW6

式中：HW為降水井深度；HW1為基坑深度，取13.0 m；HW2為降水水位距離基坑底要求的深度，取1.0 m；HW3為水力坡度作用基坑中心所需增加的深度。由于基坑等效半徑r0=55 m，按照降水井分布周圍的水力坡度i為1/10～1/15，如降水井需影響到基坑中心，所需的降水管井深度HW3=r0×i=5.5～3.7，取HW3=4.0 m，原理如下圖1：

HW4為降水期間地下水位幅度變化。根據(jù)地質(zhì)資料，HW4取1.0 m；HW5為降水井過濾器的工作長度，取4.0 m；HW6為沉砂管長度，取2.0 m。

代入上式：HW=25 m

降水模型按照潛水非完整井進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

圖1　降水模型示意圖

3.2降水設(shè)計(jì)計(jì)算

降水管井采用直徑500 mm的無砂混凝土管，布置在基坑上口2 m處。

(1)基坑等效半徑：r02=A/π=112×74/3.14，r0=51.4 m，綜合考慮r0=55 m

(2)滲透系數(shù)：砂層滲透系數(shù)按20 m/d考慮。

H=16.9 m，h=13.4 m，r0=55 m，R=367.7 m，l=HW5=4m，hm=15.15 m

(5)單井出水量

式中：q為單井出水量，m3/d；rs為管井半徑，m；l為過濾器進(jìn)水部分長度，m；k為含水層滲透系數(shù)，m/d。

②按照按水泵抽水功率出水量計(jì)算

式中：q為單井出水量，m3/d；d為擬采用水泵抽水管管徑，m；l為過濾器進(jìn)水部分長度，m；k為含水層滲透系數(shù)，m/d。

參照兩種計(jì)算結(jié)果，取較小者，單井出水量為297 m3/d

考慮群井中每個(gè)井的出水量相互影響，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際的單井出水量只有設(shè)計(jì)計(jì)算的50%，故最終單井出水量為q=150 m3/d

(6)管井?dāng)?shù)量

管井?dāng)?shù)量為：n=1.1Q/q=1.1×2 950/150=22口，考慮常規(guī)水泵的損壞時(shí)維修問題，管井?dāng)?shù)量布置24口。

(7)管井間距：基坑的周長為372 m，管井間距為：372 m/21口=17.4m/口

3.3最終設(shè)計(jì)方案

1)該基坑降水為整體設(shè)計(jì)，共布置降水井24口，其中坑外21口，深度為25.0 m，為現(xiàn)地表起井，坑內(nèi)3口，深度為18.0 m，-10.0 m處起井(見圖2)；布置引滲孔53個(gè)，其中坑外21個(gè)，坑內(nèi)32個(gè)，深度分別為19 m和9 m，孔內(nèi)填筑礫料(見圖3)。

2)降水井開口直徑700 mm，濾水管內(nèi)徑500 mm，濾水管采用礫石砼濾水管，孔隙率不小于10%。

3)濾水管的填料規(guī)格3～7 mm的天然圓礫。

4)采用電動(dòng)潛水泵抽水，功率4.5 kw，揚(yáng)程36 m，泵量30 m3/h。

5)引滲孔采用DPP100-4型汽車鉆機(jī)進(jìn)行鉆探，孔徑為150 mm，鉆探深度以穿透④層粉質(zhì)粘土為原則。

6)坑外集水管采用φ300的鑄鐵集水管有組織進(jìn)行排水。

圖2　降水井結(jié)構(gòu)示意圖

圖3　引滲井結(jié)構(gòu)示意圖

3.4基坑降水施工要求

管井降水應(yīng)由具地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的施工單位進(jìn)行施工，施工前應(yīng)進(jìn)行針對(duì)性的施工組織設(shè)計(jì)，管井施工的質(zhì)量直接關(guān)系到降水的效果，因此，對(duì)管井成孔施工工藝必須嚴(yán)格要求。

1)鉆進(jìn)采用回轉(zhuǎn)反循環(huán)鉆機(jī)。

2)鉆探成孔后，立即下入井管，井管應(yīng)居孔中心，保證井管安置順利。

3)在井點(diǎn)管周圍投入濾料，濾料填至設(shè)計(jì)深度，在試抽水位穩(wěn)定后，及時(shí)補(bǔ)投濾料，保證濾料投量應(yīng)不少于計(jì)算值的95%。后改用粘性土填至地面，并壓實(shí)封閉孔口，以防地面水的滲入。

4)管井施工結(jié)束，應(yīng)立即組織洗井，洗井宜自上而下進(jìn)行，洗至水清基本不出泥、出水正常，井底部不存泥為止。

5)管井施工結(jié)束后，立即安裝水泵，并進(jìn)行調(diào)試，保證可以正常運(yùn)行。

6)降水系統(tǒng)安裝完成后應(yīng)組織試抽，在試抽過程中，應(yīng)定時(shí)觀測抽水流量，工作水壓力及水位等，并做好記錄，檢查抽水量與設(shè)計(jì)計(jì)算值是否相符，一般試抽階段的出水量應(yīng)大于設(shè)計(jì)計(jì)算值。根據(jù)水位下降的趨勢(shì)，分析其降水效果。如出現(xiàn)與設(shè)計(jì)有較大出入，應(yīng)即時(shí)調(diào)整降水設(shè)計(jì)方案。

4結(jié)語

(1)采用管井與引滲井相結(jié)合降水，有效的解決了含水層中間夾有隔水層地質(zhì)條件下的基坑降水問題。

(2)基坑土方開挖后基底干燥，地下水水位及單井出水量總體穩(wěn)定，達(dá)到了降水目的。實(shí)踐證明工程布置合理，可為類似地質(zhì)條件降水設(shè)計(jì)提供參考。

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[中圖分類號(hào)]TD74

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)02-0116-02

[作者簡介]任海香(1968-)，女，陜西戶縣人，高級(jí)工程師，主要從事水、工、環(huán)地質(zhì)勘察及研究工作。

[收稿日期]2015-11-19