【摘要】基坑降水關(guān)乎生產(chǎn)安全和施工質(zhì)量。科學(xué)、合理的降水設(shè)計和有效的基坑降水施工技術(shù)運用，可以最大程度防范基坑降水作業(yè)引發(fā)的安全事故，并減少成本費用。文中圍繞基坑施工中降水設(shè)計的類型與方法，結(jié)合某小區(qū)降水施工實際情況，分析科學(xué)布置疏干井與減壓井對基坑施工中降水設(shè)計以及施工技術(shù)要點進行深入，以期能夠為降水設(shè)計在基坑施工中的應(yīng)用提供有價值的參考。

【關(guān)鍵詞】基坑施工；基坑降水；疏干井；減壓井

【中圖分類號】TU753" " " "【文獻標志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2023）24-0037-05

1 基坑工程概述

基坑工程是指在城市或工地上，對開挖基坑進行支護、降水、監(jiān)測和管理的工程[1]。隨著建筑規(guī)模和高度的增長，基坑工程日益呈現(xiàn)施工復(fù)雜、深度增加、工程量增大、項目周期延長、施工難度增加、風(fēng)險增加等特征?；庸こ淘诮ㄖ┕ぶ袑儆诜浅Ｖ匾沫h(huán)節(jié)，包括施工便道修筑、臨時排水設(shè)施與支護架、坡頂截水溝與集水井砌筑、路基全線分層開挖、土方運輸、石方分層開挖、石方裝運、基槽整形等諸多環(huán)節(jié)。其中，支護與降水設(shè)計是關(guān)鍵，不僅決定基坑穩(wěn)定性，而且決定了地下水等水體對基坑產(chǎn)生的影響程度?；诖耍枰Y(jié)合工程實際情況，做好基坑支護施工以及降水設(shè)計，從而保障施工安全和工程質(zhì)量。

2 基坑降水質(zhì)量數(shù)字化控制的意義

基坑工程是一種深基坑工程，需要挖掘深坑并建設(shè)地下結(jié)構(gòu)物，因此需要進行基坑降水，以避免地下水位過高，影響基坑工程的安全。基坑降水質(zhì)量數(shù)字化控制直接關(guān)系到基坑工程的安全、地下水資源保護和環(huán)境保護。如果基坑降水質(zhì)量控制不當，會導(dǎo)致基坑水位過高，影響基坑工程的穩(wěn)定性，甚至可能導(dǎo)致基坑坍塌，造成嚴重的安全事故?；咏邓^程中，如果控制不當，會導(dǎo)致地下水資源的浪費和污染，影響地下水資源的可持續(xù)利用。此外，基坑降水過程中還會產(chǎn)生大量的土石方和廢水，會對環(huán)境造成污染和破壞。因此，在基坑工程中，必須加強對基坑降水質(zhì)量的控制，基坑降水質(zhì)量數(shù)字化控制技術(shù)是確?；庸こ痰陌踩?、地下水資源保護和環(huán)境保護的有效辦法。

3 基坑降水質(zhì)量數(shù)字化控制方法種類

基坑降水質(zhì)量控制目的是控制基坑開挖過程中地下水位上升，防止地下水對基坑的侵蝕，影響工程質(zhì)量。傳統(tǒng)的基坑降水方法包括井點降水、深井泵降水和疏干降水等[2]。

（1）井點降水。井點降水基本原理是通過在基坑周圍設(shè)置一定數(shù)量的井點，將地下水抽出，以達到降水目的。適用范圍較廣，可用于各種土層和地基條件下的基坑降水。但是，這種方法需要頻繁更換井點，且存在一定的噪音和污染問題。

（2）深井泵降水。深井泵降水基本原理是通過在基坑周圍設(shè)置深井，將地下水抽出，以達到降水目的。適用范圍較廣，但是這種方法需要投入大量的資金和人力，也存在一定的噪音和污染問題。

（3）疏干降水。為提升深基坑土壤固結(jié)程度以及邊坡穩(wěn)定性，通常會采用疏干降水法。降水之前需要檢查抽排水系統(tǒng)、電路，對每個井口、地面高度進行測量。遵循“按需排水”的基本原則，避免出現(xiàn)過度降低地下水位情況。深基坑施工過程中，開挖與降水需要協(xié)調(diào)進行。提前制定降水設(shè)計方案，避免降雨等因素導(dǎo)致基坑內(nèi)積水無法及時排除。為了能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并改進，可以安裝自動監(jiān)測系統(tǒng)，對深基坑內(nèi)外地下水位進行監(jiān)測。監(jiān)測降水設(shè)備運行實際情況，重點關(guān)注抽水泵，如果損壞或者性能減弱，需要及時更換、維修。同時，疏干井管應(yīng)該跟隨深基坑施工實際情況逐步割除，分析地下水補給條件，并結(jié)合水位恢復(fù)的特性，逐步封閉疏干排水井[3]。

綜上所述，基坑降水方法具有不同的適用范圍和優(yōu)缺點，需要根據(jù)具體情況選擇適合的方法。在實際應(yīng)用中，還需要注意對基坑降水質(zhì)量的控制，以確保工程質(zhì)量。

4 基坑降水質(zhì)量數(shù)字化控制的核心技術(shù)要點

4.1 降水系統(tǒng)設(shè)計

基坑降水質(zhì)量數(shù)字化控制的好壞直接影響到基坑工程的安全性和施工效率。

首先，根據(jù)基坑工程的地質(zhì)條件、水文條件、工程特點等因素，選擇合適的降水系統(tǒng)類型。常用的降水系統(tǒng)類型包括明排水、暗排水、半暗排水和輕型降水等。不同的降水系統(tǒng)類型具有不同的適用條件和優(yōu)缺點，因此需要根據(jù)實際情況進行選擇。例如，在地質(zhì)條件較為復(fù)雜的基坑工程中，選擇明排水系統(tǒng)可以更好地控制基坑內(nèi)的水位，保證基坑的安全。

其次，確定降水參數(shù)。降水參數(shù)包括降水深度、降水速度、降水頻率等。需要綜合考慮基坑的地質(zhì)條件、水文條件、工程特點等因素，以及降水系統(tǒng)的類型和設(shè)計要求確定參數(shù)。在確定降水參數(shù)時，需要進行科學(xué)合理的計算和試驗，以確保降水效果達到預(yù)期。同時，還需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整和優(yōu)化，以提高基坑降水質(zhì)量。

再次，布置降水管道。在布置降水管道時，需要考慮管道的材質(zhì)、規(guī)格、長度、坡度等因素，以確保降水管道的安全、可靠和高效。同時，還需要對降水管道進行定期檢查和維護，以確保其正常運行。

最后，對降水設(shè)備進行選型和布置。降水設(shè)備包括降水泵、排水泵等。在選型時，需要考慮設(shè)備的性能、規(guī)格、可靠性等因素，以確保設(shè)備能夠滿足基坑降水的需求。在布置時，需要考慮設(shè)備的安裝位置、高度、角度等因素。

4.2 降水過程數(shù)字化監(jiān)測與控制

4.2.1 監(jiān)測設(shè)備選型與布置

基坑降水質(zhì)量數(shù)字化控制需要采用一系列的監(jiān)測設(shè)備，包括水位計、流量計、雨量計、水位報警器、水位傳感器等。在選擇監(jiān)測設(shè)備時，需要考慮監(jiān)測設(shè)備的精度、可靠性和適應(yīng)性。在布置監(jiān)測設(shè)備時，需要根據(jù)基坑的形狀、大小、深度等因素，合理布置監(jiān)測設(shè)備的數(shù)量和位置，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。

4.2.2 降水過程預(yù)警與調(diào)整

基坑降水過程需要進行預(yù)警和調(diào)整，以保證基坑降水質(zhì)量的有效控制。一是預(yù)警系統(tǒng)，要建立基坑降水過程的預(yù)警系統(tǒng)，包括水位報警、流量報警、雨量報警等。二是調(diào)整措施，在監(jiān)測到基坑降水質(zhì)量不達標時，要采取相應(yīng)的調(diào)整措施，如加大降水量、調(diào)整降水深度等。三是實時監(jiān)控，需要對基坑降水過程進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取措施。

4.3 基坑降水質(zhì)量數(shù)字化控制策略

4.3.1 降水過程質(zhì)量控制

一是制定降水方案并施工。降水方案應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、降水深度、降水速率等因素制定，并考慮降水的連續(xù)性和穩(wěn)定性。降水方案應(yīng)包括降水方法、降水深度、降水速率、降水設(shè)備、降水監(jiān)測等內(nèi)容。二是監(jiān)測降水過程。采用水位計、流量計、壓力計等儀器對降水過程進行監(jiān)測，并記錄降水數(shù)據(jù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)實時上傳到監(jiān)測系統(tǒng)中，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施。三是控制降水速率。須根據(jù)地質(zhì)條件和降水深度等因素，合理確定降水速率，并采用相應(yīng)的控制措施。例如，在土層較厚的情況下，可以采用較快的降水速率；在土層較薄的情況下，可以采用較慢的降水速率。

4.3.2 降水設(shè)備與材料質(zhì)量控制

根據(jù)地質(zhì)條件、降水深度、降水速率等因素選擇合適的降水設(shè)備。例如在土層較厚的情況下可以采用深井泵、潛水泵等設(shè)備；在土層較薄的情況下，可以采用噴射泵、高壓泵等設(shè)備。檢查設(shè)備質(zhì)量是保證基坑降水質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)定期檢查降水設(shè)備的運行狀態(tài)、使用壽命等，并記錄檢查結(jié)果。

5 基坑降水質(zhì)量數(shù)字化控制案例分析

5.1 工程概況

以某住宅小區(qū)基坑降水質(zhì)量數(shù)字化控制為例，該項目基坑降水工程由3個地塊及周邊地庫組成，基坑面積約分別為8100m2、8200m2、15000m2，基坑深度為5.75～7.5m，基坑周長分別為360m、370m、460m。該工程采用傳統(tǒng)降水方法——疏干降水。

5.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探、測試、室內(nèi)試驗和野外記錄，對地層按照巖土成因、結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性質(zhì)綜合劃分，地層由上至下劃分成11主層?，F(xiàn)分層描述如下：

第1層為雜填土：雜色，以黏性土為主，結(jié)構(gòu)松散、欠固，含有大量建筑垃圾。層厚1.70～7.60m，平均層厚3.70m。

第2層為粉質(zhì)黏土：新近沉積成因，黃色或黃褐色，土質(zhì)呈層塊狀結(jié)構(gòu)，偶見氧化鐵結(jié)斑。其層頂埋藏深度一般在1.70～6.60m，平均厚度1.60m。

第3層為粉細砂：沖淤積成因，黃褐色、黃色，顆顆均勻，級配不良，局部夾黏性土和少量粉砂，呈互層狀分布。層頂深度一般2.50～12.50m，平均厚度為4.03m。

第4層為粉質(zhì)黏土：灰色或灰褐色，土質(zhì)呈層狀結(jié)構(gòu)，偶見氧化鐵結(jié)斑，黏性大。

第5層為粗砂：沖積成因，灰色，顆粒不均勻，級配良，圓形，包含較多礫石。其層頂埋藏深度一般在12.2～23.4m，平均厚度4.78m。

第6層為粉質(zhì)黏土：灰色或灰褐色，土質(zhì)呈層狀結(jié)構(gòu)，偶見氧化鐵結(jié)斑，黏性大。層頂深度一般在20.50～25.40m，平均厚度為2.14m。

第7層為粗砂：沖積成因，灰色，顆粒不均勻，級配良，圓形，包含較多礫石。其層頂埋藏深度一般在24.30～31.50m，平均厚度3.07m。

第8層為粉質(zhì)黏土：灰色或灰褐色，土質(zhì)呈層狀結(jié)構(gòu)，偶見氧化鐵結(jié)斑，黏性大。層頂深度一般在28.70～33.80m，平均厚度為1.89m。

第9層為粗砂：沖積成因，灰色，顆粒不均勻，級配良，圓形，包含較多礫石。層頂深度一般在29.50～38.60m，平均厚度為2.25m。

第10層為園礫：沖積成因，灰色，顆粒不均勻，級配良，圓形，包含較多卵石。層頂深度一般在37.30～39.70m左右。部分鉆孔揭露。

第11層為泥巖：沉積成因，灰綠色、褐紅色，泥質(zhì)成分，泥質(zhì)膠結(jié)。全風(fēng)化狀態(tài)。層頂深度一般在38.40～42.00m左右，部分鉆孔揭露。

5.3 水文地質(zhì)條件

按照地下水埋藏條件和含水層的狀態(tài)分類，勘探深度內(nèi)場地地下水可分為上層滯水及第四系松散孔隙潛水。受周邊環(huán)境影響，上部雜填土層中普遍存在大量上層滯水，上層滯水埋深約為0.60～3.50m。下部地下水類型屬第四系松散孔隙潛水，主要含在砂類土中，勘察顯示局部上層滯水與穩(wěn)定地下水相連，2層水位線界限不清晰，造成水位變化較明顯。第四系松散孔隙潛水穩(wěn)定水位埋深在0.3～4.8m，標高為114.93～116.99m。

5.4 降水設(shè)計要求

根據(jù)該基坑工程特征與水文地質(zhì)條件，提出以下設(shè)計要求：①基坑在開挖期間提前將地下水位降至開挖面以下1m，以保持基坑開挖無水作業(yè)。②保持基坑側(cè)壁的穩(wěn)定和基坑底板的穩(wěn)定，以便不影響鄰近建筑物與地下管線的正常使用。③在基坑的外側(cè)布設(shè)水位觀測井，以觀測坑外水位變化情況，預(yù)判圍護結(jié)構(gòu)的止水能力。④降水期間地表沉降不大于30mm；坑外水位累計不超過1m，單日不超過500mm。

5.4.1 降水井設(shè)計

降水井埋設(shè)深度的確定。降水井的深度可按下式計算：

H=Hw1+Hw2+Hw3+Hw4+Hw5+Hw6

式中H為降水井深度；Hw1為基坑深度；Hw2為降水水位距離基坑底要求的深度；Hw3為ir（i為水力坡度取1/15，r為基坑半徑）；Hw4為降水期間水位變幅（m） ；Hw5為井過濾器長度（m），過濾管的長度可按6.0m計算；Hw6為沉砂管長度（m）

A區(qū)：H=9.8+0.5+（40×1/15）+2.0+6.0+1.0=21.9m

B區(qū)：H=12.2+0.5+（40×1/15）+2.0+6.0+1.0=24.3m

在工程實踐中，根據(jù)《基坑降水手冊》及《深基坑設(shè)計手冊》中降水設(shè)計部分的規(guī)定，結(jié)合地質(zhì)勘察報告及實際施工材料（降水井管單根長度為6米），由于實際地層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，為了能夠疏干地基土上部的滯水（如黏土層中上層滯水或夾層水）及控制單井的進水流速，在施工中采用的過濾管的長度要長于計算長度，實際施工時建議適當加長過濾管。地質(zhì)勘察報告第5層為粗砂層，滲透系數(shù)大，第6層為粉質(zhì)粘土層，為不透水層，降水井底不宜穿過第6層，結(jié)合地質(zhì)勘察報告粗砂及中砂所在標高位置，以及我司多年施工經(jīng)驗結(jié)合基坑深度，將基坑降水井的實際深度確定為：A區(qū)井深18m，B區(qū)井深24m。

5.4.2 工程降水水文地質(zhì)參數(shù)的確定

（1）設(shè)計水位降深。根據(jù)地質(zhì)報告給出地下水穩(wěn)定水位埋深位在1.7m，年變幅為3m，基坑開挖深度A區(qū)9.8m、B區(qū)12.2m，故基坑水實際降深為：

A區(qū)S=9.8+0.5-1.7=8.6m

B區(qū)S=12.2+0.5-1.7=11m

（2）水層參透系數(shù)K的確定?！稁r土工程勘察報告》中提供的中砂的滲透系數(shù)為20m/d，粗砂的滲透系數(shù)為22m/d，為達到基坑開挖所需的無水施工要求，井管大部分在粗砂及中砂層中，滲透系數(shù)K值變化非常大，施工時根據(jù)實際抽水試驗來確定滲透系數(shù)K值。根據(jù)以往工程降水施工經(jīng)驗綜合考慮滲透系數(shù)K值取35m/d。

（3）影響半徑的確定。本場地地下水為孔隙潛水，含水層為潛水含水層，對于潛水井常用庫薩金公式 ：

R=2S（HK）?

由式2計算得出：

A區(qū)：R=2S（HK）?＝557.34m

B區(qū)：R=2S（HK）?＝712.88m

式中：R－降水影響半徑（m）；S－基坑水位降深（m）；A區(qū)水位降深8.6m、B區(qū)水位降深11m；H－降水井處含水層厚度（m），H＝30m；K－含水層滲透系數(shù)（m），K=35m/d。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告給出中砂層的影響半徑一般為100m，粗砂層影響半徑一般為300m，本工程綜合取值取150m。

（4）基坑涌水量計算?；有螤顬椴灰?guī)則形狀，可視為面狀基坑，故在計算基坑出水量時采用面狀基坑出水量計算公式計算，如下：

A區(qū)：按潛水非完整井公式計算基坑涌水量如圖1所示。

K為滲透系數(shù)，取經(jīng)驗滲透系數(shù)K=35.0m/d

H0為含水層厚度，H0＝30.0m

R為影響半徑，R＝150m/d

h為基坑動水位至的含水層底面的深度（m），h=21.4m

L為濾管有效工作部分的長度（m），L=7.7m

0為基坑等效半徑=37.43m

計算得Q基=13853.76m3/h，即基坑日排水量至少為13853.76m3/h，才能滿足設(shè)計水位降深的要求。

B區(qū)：按均質(zhì)含水層潛水完整井公式計算基坑涌水量[4]如圖2所示。

K為滲透系數(shù)，取經(jīng)驗滲透系數(shù)K=35.0m/d

H0為含水層厚度，H0=30.0m

S0為基坑水位降深（m），S0=11m

R為影響半徑，R=150m/d

0為基坑等效半徑=34.33m

0為基坑等效半徑，計算得Q基=35259.58m3/h，即基坑日排水量至少為35259.58m3/h，才能滿足設(shè)計水位降深的要求。

5.4.3單井出水能力計算

根據(jù)場地地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，結(jié)合工程降水條件的分析，采用管井點降水方法施工，單井出水量、單井井內(nèi)水位降及基坑涌水量應(yīng)滿足以下條件：

①針對地下水流動對基坑地基土的影響，單井出水量不宜過大，單井內(nèi)水位降深應(yīng)以稍大于基坑內(nèi)最大水位降深為宜。

②基坑降水運行時總排水量應(yīng)大于計算的基坑排水量Q總＝nQ單＞Q基。

③降水井點數(shù)量n＝λQ基/Q單，

5.4.4 降水井數(shù)量

A區(qū)：降深8.6m，據(jù)降水井點數(shù)量計算如下式

n＝λQ基/Q單

λ取1.1可求出降水井數(shù)量：

降水井數(shù)量n＝1.1×13853.76/960≈16眼 ，即n=16眼。Q總＝nQ單＝16×40.0×24＝15360m3/d＞Q基＝13853.76m3/d，由上述驗算可知滿足前述①、②、③條件。

B區(qū)：降深11m，據(jù)降水井點數(shù)量計算公式n＝λQ基/Q單

λ取1.1可求出降水井數(shù)量：

降水井數(shù)量n＝1.1×35259.58/1200≈33眼，即n=33眼。Q總＝nQ單＝33×50.0×24＝15360m3/d＞Q基＝13853.76m3/d，由上述驗算可知滿足前述①、②、③條件。

總結(jié)：經(jīng)計算A區(qū)降水井數(shù)為16眼，B區(qū)降水井數(shù)為33眼，共49眼。本工程基坑水位降深較深，采用基坑外圍打井+基坑內(nèi)打井進行降水施工，基坑內(nèi)設(shè)置8眼降水井，布置在高差交界處且躲避承臺位置，降水井沿基坑邊緣（鋼板樁外1m）均勻布置。所以降水井總數(shù)由原來的49眼變?yōu)?0眼。其中基坑內(nèi)設(shè)置8眼，基坑外設(shè)置32眼，井間距為11.25m。（井位布置見圖3）

（1）降水井平面位置的確定。基坑周邊井點之間的距離可按下式確定：

基坑內(nèi)：L＝B/n=90/8=11.25m

基坑外：L＝B/n=360/32=11.25m

式中：L為降水井間距（m），B為基坑周長（m），n為降水井點數(shù)量。

（2）降水施工方法采用深井點降水方法，降水井深A(yù)區(qū)18.0m；B區(qū)24m，滲透系數(shù)35m/d，影響半徑為150m。

（3）基坑的降水井總數(shù)量為40眼，基坑內(nèi)8眼，基坑外側(cè)32眼（A區(qū)16眼、B區(qū)16眼），基坑涌水量A區(qū)為13853.76m3/h，B區(qū)為35259.58m3/h。

（4）A區(qū)選用額定出水量為40m3/h、揚程為30米、電機功率為5.5kW的井用潛水泵抽水。B區(qū)選用額定出水量為50m3/h、揚程為39m、電機功率為7.5kW的井用潛水泵抽水?；觾?nèi)水泵選用與B區(qū)相同。

6 結(jié)語

綜上所述，對于基坑支護施工而言，降水設(shè)計是難點，因為不同的基坑有著不同的水文條件、地質(zhì)條件，所以在進行設(shè)計時，需要結(jié)合實際情況進行不斷優(yōu)化，有針對性制定降水方案以及選擇降水方法，通過科學(xué)、合理的降水設(shè)計，確保基坑降水始終保持在合理范圍，有利于提升施工的安全度，從而保障整個工程的質(zhì)量。

參考文獻

[1] 劉東燕.邊坡工程[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2013：

101-102.

[2] 邵繼東.城市地下空間設(shè)計[M].南京：南京東南大學(xué)出

版社，2016：313-314.

[3] 許悅.深基坑開挖支護及降水施工技術(shù)[J].工程技術(shù)

研究，2021（11）：52-53.

[4] 陳志德.深水鉆井技術(shù)難點分析與對策綜述[J].中國石

油和化工標準與質(zhì)量，2022（2）：88-89.

[5] 許坤坤，趙毅，祝彥知，等.超大矩形深基坑潛水非完

整井涌水量計算方法研究[J].中原工學(xué)院學(xué)報.2020

（12）：207-208.

[作者簡介]韋仁杰（1998 —）男，上海人，本科，助理工程師，二級建造師，研究方向：土木工程。