深井降水和輕型井點(diǎn)降水分析比較

1、深井降水和輕型井點(diǎn)降水分析比較摘要井點(diǎn)降水是工程建設(shè)中一項(xiàng)重要的關(guān)鍵技術(shù)，不論高層建筑、市政工程、港口水利工程或特種工程，在建設(shè)中，都會(huì)遇到若干深、大基坑的土方開(kāi)挖施工。在降水工程中往往根據(jù)地質(zhì)條件以及造價(jià)、施工等因素將井點(diǎn)降水分為承壓井、潛水井、完整井和非完整井等問(wèn)題。由于井點(diǎn)降水作業(yè)其具有施工方便、工藝占有空間小、工程造價(jià)低、工期短等特點(diǎn)，保證了施工工期、質(zhì)量和安全，在工程建設(shè)中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。文章首先介紹了研究的背景與意義，以及介紹井點(diǎn)降水的研究現(xiàn)狀、并提出本文的研究重點(diǎn)。在第二和第三章分別就深井和輕型井的降水原理和施工作業(yè)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。在理解了兩種降水工程的原理和應(yīng)用實(shí)踐后，

2、第四章對(duì)上述兩種方式進(jìn)行了分類(lèi)對(duì)比，并結(jié)合實(shí)際的工程實(shí)踐加以說(shuō)明，得出文章的研究結(jié)論。關(guān)鍵詞：深井降水，輕型井點(diǎn)降水1緒論1.1 研究背景及意義現(xiàn)代工程施工過(guò)程中，如何處理好地下水是一大難題。地下水對(duì)地下工程的整體穩(wěn)定、地下工程的隆起穩(wěn)定、地下工程管涌、流砂以及承壓水對(duì)地下工程底部的突涌等都將產(chǎn)生一定的影響。暗挖段施工較多的地下工程，如果降水效果不好，側(cè)壁滯留水直接影響到暗挖施工的進(jìn)度和安全；明挖段由于支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)之間沒(méi)有肥槽以及新型防水材料的應(yīng)用也對(duì)降水效果提出了很?chē)?yán)格的要求。地下工程施工不同于一般開(kāi)挖工程，一是地地下工程絕大部分在地下水位以下，點(diǎn)多、線長(zhǎng)、施工時(shí)間長(zhǎng)；二是要考慮到部分

3、地下工程位于建筑物林立、地下管線密集的繁華地區(qū)，在施工過(guò)程中，必須處理好與交通、占地的關(guān)系，嚴(yán)格控制地面沉降，確保周?chē)孛婕敖ㄖ?gòu)筑）物與各種管線的安全。另外還要系統(tǒng)分析大面積長(zhǎng)期的降水對(duì)地下水資源和周?chē)h(huán)境的影響及其控制措施。因此，地下工程施工的降水是一個(gè)系統(tǒng)工程，與工程密切相關(guān)，必須認(rèn)真對(duì)待并加以解決。井點(diǎn)降水是工程建設(shè)中一項(xiàng)重要的關(guān)鍵技術(shù)，不論高層建筑、市政工程、港口水利工程或特種工程，在建設(shè)中，都會(huì)遇到若干深、大基坑的土方開(kāi)挖施工。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，舊城改造項(xiàng)目、高層建筑越來(lái)越多，施工場(chǎng)地也越來(lái)越狹窄，基坑的降水止水工作顯得尤為重要。井點(diǎn)降水方法由于具有施工方便、工藝占有空間小、工

4、程造價(jià)低、工期短等特點(diǎn)，保證了施工工期、質(zhì)量和安全，在工程建設(shè)中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。1.2 研究狀況由于地下水運(yùn)動(dòng)問(wèn)題本身的復(fù)雜性和生產(chǎn)發(fā)展水平的限制，盡管人類(lèi)利用地下水已有幾千年的歷史，但對(duì)地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)卻經(jīng)歷了很長(zhǎng)的歷史過(guò)程。在十九世紀(jì)以前，還談不上對(duì)地下水進(jìn)行科學(xué)的定量計(jì)算。十九世紀(jì)中葉，隨著地下水開(kāi)發(fā)利用規(guī)模的擴(kuò)大，生產(chǎn)上有了計(jì)算水井涌水量的要求，才有達(dá)西（HerryDarcy）于1856年通過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)得出的水在多孔介質(zhì)中的滲透定律，即著名的Darcy定律。這個(gè)定律是對(duì)地下水運(yùn)動(dòng)定量認(rèn)識(shí)的開(kāi)始，直到今天仍然是地下水運(yùn)動(dòng)理論的基礎(chǔ)。接著J.Dupult（1863年）以Darcy

5、定律為基礎(chǔ)研究了一維穩(wěn)定流動(dòng)和向水井的二維穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，以后P.Forchheimer等研究了更復(fù)雜的滲流問(wèn)題，從而奠定了地下水穩(wěn)定流理論的基礎(chǔ)。此后數(shù)十年內(nèi)，它對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐起過(guò)重要作用。但是這種理論不包括時(shí)間這個(gè)變量，它不能反映不斷發(fā)展、變化的地下水實(shí)際動(dòng)態(tài)，因而具有一定的局限性。1935年C.VTheis（泰斯）在此基礎(chǔ)上提出了地下水向承壓水井的非穩(wěn)定流公式。泰斯公式的出現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代地下水運(yùn)動(dòng)理論的新紀(jì)元。后來(lái)許多學(xué)者進(jìn)一步發(fā)展了非穩(wěn)定流理論，解決了一些生產(chǎn)實(shí)際中提出的、相對(duì)來(lái)說(shuō)也是更為復(fù)雜的問(wèn)題。在群井抽水情況下，大多根據(jù)泰斯公式利用疊加原理求解。李佩成教授于20世紀(jì)80年代末提出了“隔離井法

6、”的概念，在工作條件相同，均勻布置的井群抽水時(shí)，隔離井在某點(diǎn)引起的水位降深等效于群井抽水時(shí)該點(diǎn)產(chǎn)生的水位降深。這為群井抽水時(shí)水位降深的計(jì)算提供了極為簡(jiǎn)便的方法，推動(dòng)了地下水動(dòng)力學(xué)在降水工程中的應(yīng)用。大體上說(shuō)，從達(dá)西定律問(wèn)世到本世紀(jì)50年代以前大約一百年的時(shí)間內(nèi)，基本上只有試驗(yàn)法和解析法，只能解決條件比較簡(jiǎn)單的一些問(wèn)題。50年代以來(lái)，由于電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和由之帶來(lái)的計(jì)算方法的發(fā)展，給地下水動(dòng)力學(xué)提供了一種嶄新的研究方法一數(shù)值方法。同時(shí)滲流基本理論也更加成熟和完善。這些新的研究方法和堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，使得過(guò)去難以解決的許多復(fù)雜的地下水運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，逐步得到了一定程度的解決。目前，在井點(diǎn)排水工程中，涌水量

7、、排水井的數(shù)量及間距以及地下水位隨時(shí)間變化的預(yù)測(cè)等問(wèn)題，大多數(shù)是應(yīng)用泰斯公式進(jìn)行計(jì)算和解決。1.3 研究?jī)?nèi)容本文首先介紹了研究的背景與意義，以及介紹井點(diǎn)降水的研究現(xiàn)狀、并提出本文的研究重點(diǎn)。在第二和第三章分別就深井和輕型井的降水原理和施工作業(yè)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。在理解了兩種降水工程的原理和應(yīng)用實(shí)踐后，第四章對(duì)上述兩種方式進(jìn)行了分類(lèi)對(duì)比，并結(jié)合實(shí)際的工程實(shí)踐加以說(shuō)明，得出文章的研究結(jié)論。2輕型井點(diǎn)的降水2.1 輕型井點(diǎn)的降水原理輕型井點(diǎn)降水是指在需要處理的建筑物地基內(nèi)，沿路線方向以一定的間距埋置井點(diǎn)管（下端為濾管），再用水平鋪設(shè)的集水總管將各井點(diǎn)管連接起來(lái)，利用真空原理，用抽水設(shè)備從井點(diǎn)管抽水，并通

8、過(guò)集水總管排出。隨著水的抽出，地下水位逐漸降低，土體被擠密，這樣，既防止流砂現(xiàn)象的發(fā)生，又達(dá)到增加地基強(qiáng)度的目的。2.2 輕型井點(diǎn)設(shè)計(jì)由于輕型井點(diǎn)降水在基坑降水設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛，降水的設(shè)計(jì)計(jì)算方法?，F(xiàn)以基坑為例說(shuō)明井點(diǎn)降水的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。（1）井點(diǎn)埋深H:Hk+iL+I式中：H為總管平面至基坑底面高度（M;h為基坑底面至降水后地下水位線的距離（M;i降水后井點(diǎn)周?chē)黄陆?；L基坑底中心至井點(diǎn)管中心的水平距離（項(xiàng)；I濾管長(zhǎng)度（M。（2）單井涌水量計(jì)算無(wú)壓完整井單井涌水量計(jì)算公式為：Q=L366Kte-式中：H-含水層厚度（M;h-井內(nèi)水深（mR-抽水影響半徑（nj）;r-水井半徑（n。承壓完整

9、井單井涌水量計(jì)算公式為:式中：H承壓水頭高度（項(xiàng)；M-含水層厚度（項(xiàng)；S-水井半徑（m）。（3）井點(diǎn)系統(tǒng)（群井）涌水量計(jì)算可推此假無(wú)壓完整井環(huán)井井點(diǎn)系統(tǒng)總涌水量計(jì)算式，根據(jù)群井的相互干擾作用,導(dǎo)出如下計(jì)算公式：Q=L366K式中：x。-假想半徑（mj）;當(dāng)矩形基坑的長(zhǎng)寬比不大于5時(shí)，環(huán)形井點(diǎn)可將其看成近似圓形布置,想圓的假想半徑X0可按下式計(jì)算：式中：F-環(huán)形井點(diǎn)所包圍的面積（m2）抽水影響半徑R可近似地按下式計(jì)算:基坑為線性基坑采用無(wú)壓完整井時(shí)，其涌水量為:式中：L-線性基坑長(zhǎng)度；無(wú)壓非完整井的涌水量計(jì)算時(shí)，上面各式中的H全都代換為有效抽水影響半徑從，而H的確定有其固定的規(guī)律。（4）井點(diǎn)數(shù)量

10、和井距的確定單根井點(diǎn)管的最大出水量q為：q=珞淵/式中：d-濾管直徑（m；z-濾管長(zhǎng)度（m；k-滲透系數(shù)（m；井點(diǎn)管的最少根數(shù)n為；2式中：1.1-備用系數(shù)，考慮井點(diǎn)管堵塞等因素；井點(diǎn)管數(shù)量算出后，可根據(jù)井點(diǎn)系統(tǒng)布置方式，求出井點(diǎn)管間距DD=-n式中：l-總管長(zhǎng)度（m；n-井點(diǎn)管根數(shù)。（5）抽水設(shè)備的選用真空泵的類(lèi)型有：干式（往復(fù)式）真空泵和濕式（旋轉(zhuǎn)式）真空泵兩種。干式真空泵的型號(hào)常用的有W3W4WSW6型泵，可根據(jù)所帶的總管長(zhǎng)度，井點(diǎn)管根數(shù)及降水深度選用。真空泵在抽水過(guò)程中所需的最低真空度（h、），根據(jù)降水深度及各項(xiàng)水頭損失，可按下式計(jì)算："io?0DA）式中：h-降水深度（mh

11、-水頭損失，包括進(jìn)入濾管的水頭損失、管路阻力損失及漏氣損失等，可近似地按1.0-1.5m計(jì)算。水泵的類(lèi)型，在輕型井點(diǎn)中直選用單級(jí)離心泵。其型號(hào)應(yīng)根據(jù)流量、吸水揚(yáng)程及總揚(yáng)程而定。2.3 井點(diǎn)降水沉降量的計(jì)算采用一維固結(jié)理論以總應(yīng)力法將各水頭作用所產(chǎn)生的每層土的變形量，迭加起來(lái)即為地面沉降量。計(jì)算參數(shù)的確定，前期參考試驗(yàn)數(shù)據(jù)并用試算法加以校對(duì)，后期應(yīng)用實(shí)測(cè)資料加以反算求得。（1）粘性土層的計(jì)算對(duì)沉降區(qū)地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，按水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件分組，確定沉降層與穩(wěn)定層；選擇合適的滲流公式計(jì)算不同時(shí)間的地下水位并繪制時(shí)間地下水位變化曲線；計(jì)算每一地下水位差值下地面的最終沉降量。A%式中：$-最終固結(jié)沉

12、降量，mm4-城層土的壓縮系數(shù)1/KPa,前期參考i層土100-200kPa的壓縮系數(shù)，后期應(yīng)用實(shí)測(cè)資料加以反算得到（當(dāng)水位回升時(shí)取回彈系數(shù)）；缸層土的初始孔隙比；DR-i層土因降水產(chǎn)生的附加應(yīng)力（應(yīng)力增量），kPaD瓦-i層土的厚度，mm接著計(jì)算某時(shí)間每一水位差（應(yīng)力增量）作用下的沉降量式中：$-某時(shí)間周結(jié)沉降量，mm%-固結(jié)度，它是時(shí)間t的函數(shù)，即二見(jiàn)），對(duì)于不同情況的應(yīng)力從有不同的近似解答。最后將每一水位差作用下的沉降量（或回彈量）按時(shí)間迭加，即得該時(shí)間段內(nèi)總沉降量，并繪出沉降量一時(shí)間關(guān)系曲線。（2）砂層的計(jì)算含水層一般具有良好的透水性，變形可在短時(shí)間完成，不需考慮滯后效應(yīng)。因而可應(yīng)用一

13、維固結(jié)公式計(jì)算沉降量式中：DS-砂層的變形量,mmDk-地下水位變化值,m；h-砂層的原始厚度，mR旦4-體積壓縮模量二Q+%)/4,MPa當(dāng)水位回升時(shí)應(yīng)取回彈模量,kPa；片-土骨架原始空隙比；4-土的壓縮系數(shù)；4-土骨架的蠕變回彈系數(shù)。2.4 井管的安裝及抽水(1)沖孔埋管先將水槍對(duì)準(zhǔn)井點(diǎn)位置，垂直插入土中，啟動(dòng)高壓水泵進(jìn)行沖孔，水壓控制在0.4-0.5MPa。邊沖邊作上下左右擺動(dòng)，以加劇土的松動(dòng)。待水槍下沉到要求的深度時(shí)，拔出水槍?zhuān)杆俨迦刖c(diǎn)管，用透水性強(qiáng)的填料如粗砂或碎(礫)石在井點(diǎn)管周?chē)謱犹罟?，至地下水?.5m處改填粘土固定井點(diǎn)管，以防止漏氣。井點(diǎn)管的上端用木塞臨時(shí)封堵，以防砂

14、石或其他雜物進(jìn)入。打開(kāi)臨時(shí)封堵，注入清水，若水位迅速下滲，證明該井點(diǎn)管埋設(shè)成功，填濾料時(shí)，若管中有泥水上升，則說(shuō)明濾管管網(wǎng)良好。(2)管路安裝首先沿井點(diǎn)管線外側(cè)，鋪設(shè)集水總管，并用膠墊螺栓把總管連接起來(lái)，總管連接水箱水泵，然后拔掉井點(diǎn)管上端的木塞，用膠管與總管連接，再用10#鉛絲扎緊。在正式運(yùn)轉(zhuǎn)抽水之前必須進(jìn)行試抽，以檢查抽水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，檢查各個(gè)接頭在試抽水時(shí)是否有漏氣現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)漏氣應(yīng)重新連接或用油膩?zhàn)佣氯?，直至不漏氣為止?3)抽水管路安裝完畢后，先開(kāi)啟真空泵，抽出管路中的空氣，使之成為真空，這時(shí)地下水和土中的空氣在真空吸力的作用下被吸入集水箱，空氣經(jīng)真空泵排出，當(dāng)集水箱中存有相當(dāng)多的

15、水，個(gè)管路系統(tǒng)的真空度達(dá)到0.5MPa時(shí)，開(kāi)動(dòng)離心泵抽水。2.5 輕型井點(diǎn)降水在工程中的實(shí)施技巧(1)井點(diǎn)管間距、埋設(shè)深度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，一組井點(diǎn)管和接頭中心應(yīng)保持在一條直線上。(2)沖孔孔徑一般為300mm深度應(yīng)比濾管底深0.5m以上。(3)輕型井點(diǎn)使用時(shí)，一般應(yīng)連續(xù)抽水(特別是開(kāi)始階段)，如時(shí)抽時(shí)停濾網(wǎng)易堵塞，也容易抽出土粒，使出水混濁。同時(shí)由于中途停抽，地下水回升，也會(huì)引起土方邊坡坍塌等事故。(4)輕型井點(diǎn)的正常出水規(guī)律是“先大后小，先混后清”，否則應(yīng)立即檢查糾正(5)必須經(jīng)常觀測(cè)真空度，如發(fā)現(xiàn)不足，則應(yīng)立即檢查井點(diǎn)系統(tǒng)有無(wú)漏氣并采取相應(yīng)的措施。(6)在抽水過(guò)程中，應(yīng)調(diào)節(jié)離心泵的出水閥以

16、控制出水量，使抽吸排水保持均勻，達(dá)到細(xì)水長(zhǎng)流。(7)抽水過(guò)程中，應(yīng)檢查有無(wú)“死井”(即井點(diǎn)管淤塞)。如“死井”太多，會(huì)影響降水效果，應(yīng)逐個(gè)用高壓水反向沖洗或拔出重埋。3深井降水概念3.1 深井降水概念深井(管井)井點(diǎn)，又稱(chēng)大口徑井點(diǎn)，系由濾水井管、吸水管和抽水設(shè)備等組成。具有井距大，易于布置，排水量大，降水深(>15M,降水設(shè)備和操作工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。適用于滲透系數(shù)大(20-250m3/d),土質(zhì)為砂類(lèi)土，地下水豐富，降水深度大，施工面積大、時(shí)間較長(zhǎng)的降水工程應(yīng)用。地下工程在施工過(guò)程中及使用期間有時(shí)會(huì)因地下水的影響而無(wú)法正常運(yùn)作，此時(shí)就必須進(jìn)行地下水控制，控制的措施之一就是進(jìn)行工程降水。淺

17、井工程降水施工較為簡(jiǎn)單且較好控制，目前應(yīng)用較廣。深井工程降水一直以來(lái)由于施工難度大、影響因素繁多且不好控制，所以工程應(yīng)用實(shí)例較少。深井工程降水包括承壓水深井工程降水及潛水深井工程降水兩種情況，由于潛水含水層中井點(diǎn)降水原理相對(duì)較成熟，且有較多潛水深井工程降水實(shí)例可以借鑒。所以在此重點(diǎn)討論承壓水含水層(深井)降水工程原理。3.2 深井設(shè)計(jì)3.2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算思路(1)將基坑進(jìn)行等效化為一口大井；(2)確定基坑總的涌水量；(3)確定單井出水量；(4)確定井的數(shù)量。3.2 .2設(shè)計(jì)參數(shù)的確定(1)設(shè)計(jì)水位降深在滿(mǎn)足施工要求的時(shí)候，應(yīng)盡量選擇較小的水位降深，一般降到操作面下015m即可(有特殊要求的除外

18、)，這樣可最大程度上避免降水對(duì)地層的影響，不至于造成地基承載力的下降。(2)管井?dāng)?shù)量確定用總的涌水量除以單井出水量，再乘以一定的富余系數(shù)即可確定，且此富余系數(shù)1.10(3)井深及井徑的選擇要想使水位降低至工作面下，可以有2種途徑：一種是加大井的直徑和井的深度，即增大單井的落差，從而達(dá)到使最高水位降至操作面下015m；另一種通過(guò)均勻布井，控制單井的落差，使水位均勻降至設(shè)計(jì)要求。前一種布井少，對(duì)地層擾動(dòng)大，如果建筑物對(duì)地基要求高時(shí)，此方法不可采用(除非施工后注漿)，且此方法對(duì)原有建筑物也會(huì)帶來(lái)較大的不利影響；后一種方法可能布井較多，但對(duì)地層擾動(dòng)小，對(duì)原有建筑的危害也較小，因此條件允許時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用后

19、一種方法。另外井深還要考慮單井的出水量與施工單位現(xiàn)有的水泵配套。井深主要是根據(jù)水位降深、所需要的單井出水能力、水泵的進(jìn)水口的位置、含水層的厚度及泥漿淤積深度等因素進(jìn)行選擇。井徑的選擇要綜合考慮以下幾種因素：?jiǎn)尉蟮某鏊?；水泵的直徑；?dāng)?shù)厥┕C(jī)械及井管的規(guī)格，如選用市場(chǎng)常用的規(guī)格，價(jià)格可能會(huì)便宜，對(duì)控制成本有益。(4)滲透系數(shù)的選擇滲透系數(shù)是降水計(jì)算中重要的參數(shù)，此參數(shù)可以從地質(zhì)報(bào)告中選取，但在大面積布井前，須重新驗(yàn)證，或者搜集附近的實(shí)際數(shù)據(jù)作為參考。(5)含水層厚度的取值含水層的厚度也是一個(gè)重要的參數(shù)，但地質(zhì)報(bào)告中一般不給出，如果沒(méi)有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，只能通過(guò)綜合考慮以往施工經(jīng)驗(yàn)和降水井的深度及地

20、層的規(guī)律來(lái)確定。也可事先假定一個(gè)數(shù)值，按完整井模型，采用使含水層厚度按每1m的間隔遞增，計(jì)算總的涌水量，然后按非完整井的模型，以相同的方法計(jì)算總涌水量，最終它們會(huì)有一個(gè)重合點(diǎn)，這樣即可以利用這一重合點(diǎn)，并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)綜合確定含水層厚度。(6)布井原則深井一般沿基坑周?chē)x邊坡上緣2m左右環(huán)形布置，施工允許的情況也可在基坑中布置一部分井(這樣降水效果更好)，井點(diǎn)應(yīng)深入透水層6-9m,通常應(yīng)比所需降水的深度深6-8m,井距一般為8-15m井距太大時(shí)降水效果不好，如果計(jì)算出的數(shù)據(jù)使井間距15m,一般要進(jìn)行修正。其中要考慮到有些水泵壞時(shí)，維修的間隔不能給附近水位造成過(guò)大的提升，也就是說(shuō)要有一定的富余度。

21、3.3 井降水計(jì)算工程降水的原理是非穩(wěn)定流理論及干擾井群理論。通過(guò)強(qiáng)抽強(qiáng)排，使地下水位出現(xiàn)一個(gè)局部的負(fù)壓區(qū)域(形成一個(gè)影響半徑所圈定的小范圍的降落漏斗)從而使地下工程周?chē)牡叵滤患眲〗档?，最終達(dá)到控制地下水保證深井地下工程正常進(jìn)行的目的。深井單井計(jì)算較為簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果一般與實(shí)際較為吻合。但群井計(jì)算結(jié)果就會(huì)千差萬(wàn)別(群井中單井的出水量)。由于降水時(shí)一般要采用一個(gè)以上的井，降水井同時(shí)抽水時(shí)，互相形成干擾，無(wú)法以單井的計(jì)算來(lái)判斷水位的降深，得出總涌水量。各個(gè)規(guī)范或者計(jì)算手冊(cè)上所列公式的計(jì)算結(jié)果一般相差無(wú)幾，且物理意義明確，很容易理解，具體施工時(shí)可以參看建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(JGJ120-99)建筑

22、與市政降水工程技術(shù)規(guī)范(JGJ/T111-98)或者江正榮的建筑施工計(jì)算手冊(cè)。降水施工中最重要的一環(huán)是確定單井的出水量。1 .等效半徑計(jì)算(1)矩形基坑q-0J25u(fl+A)式中：r。-基坑的等效半徑；a、b-分別為基坑的長(zhǎng)、短邊邊長(zhǎng)；u-概化系數(shù)。(2)不規(guī)則塊狀基坑等效半徑%二0564月5式中：r。-基坑的等效半徑；F-基坑的面積。2 .降水影響半徑(1)潛水含水層戛二IS由以式中：R-降水影響半徑,含水層厚度，m；S-基坑水位降深，mk-滲透系數(shù)，m/d;H-(2)承壓含水層R=WS.!k3 .群井總涌水量對(duì)于均質(zhì)含水層潛水完整井(1)基坑遠(yuǎn)離邊界時(shí)Q73時(shí)耶/邪順式中：Q-基坑涌水

23、量；k-滲透系數(shù)；H-潛水含水層厚度；S-基坑水位降深;R-降水影響半徑；r0-基坑等效半徑。(2)岸邊降水時(shí)。二U«iK(2J7-狙甯。£伍)KOJjl(3)基坑位于兩地表水體之間或位于補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)之間時(shí)。=1J6«B(2J7-SS/lg(咽+4)對(duì)于承壓水深井來(lái)講，承其工程降水是通過(guò)強(qiáng)抽強(qiáng)排，使深井所在的承壓水含水層中的地下水出現(xiàn)一個(gè)局部的負(fù)壓區(qū)域（由于地層一般較為復(fù)雜，一般不能形成規(guī)則的降落漏斗），從而使降水孔所圈定的的小范圍內(nèi)的水位在一定時(shí)間內(nèi)降低，再運(yùn)用各種手段保持這種負(fù)壓狀態(tài)的持續(xù)，最終達(dá)到控制地下水保證深井地下工程正常進(jìn)行的目的。根據(jù)非穩(wěn)定流理論及

24、干擾井群理論分析。保證足夠的泵量，使所需的降深位置出現(xiàn)在一定的地下水位降落速度（如小于1.00m/d）以前，后期的抽水是為了保持地下水位在所需降深處附近延續(xù)?？梢詫⑦@個(gè)過(guò)程概化成以下物理模型。圖1深井工程降水概話(huà)物理模型圖水位下降在t時(shí)刻的速度v可采用公式（1）進(jìn)行推算。*4閆£對(duì)速度求導(dǎo)數(shù)，可以得到地下水位下降的加速度a（2）也就是說(shuō)以一定的泵量進(jìn)行抽水，抽水初期水位是加速下降的，ti（拐點(diǎn)出之后地下水位下降速度加速減小最現(xiàn)的時(shí)刻）時(shí)刻地下水位下降速度達(dá)到最大，終水位下降速度趨于0,即當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí)水位最終趨于穩(wěn)定。根據(jù)非穩(wěn)定流理論，“大井”地下水位降至所需水位埋深時(shí)的時(shí)間t可以采

25、用（3）進(jìn)行推算：Qr125Rs=*-后=一4或，屏工程降水過(guò)程中，一般情況下是利用群孔干擾原理，在地下工程周?chē)贾枚鄠€(gè)抽水孔，地下工程內(nèi)或其附近的地下水位降深的計(jì)算方法如下。假設(shè)在無(wú)限含水層中任意布置幾口抽水井。當(dāng)井群抽水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，同樣會(huì)形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域降落漏斗。在此漏斗范圍內(nèi)，第j口井單獨(dú)抽水對(duì)任一點(diǎn)i產(chǎn)生的降深為：而幾口井抽水對(duì)i點(diǎn)產(chǎn)生的總降深，按疊加原理有:式中：R和Qi分別為第j口井的影響半徑和流量；rij為第j口井至第i點(diǎn)的距離。3降水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響及其防范措施在降水過(guò)程中，由于會(huì)隨水流帶出部分細(xì)微土粒，再加上降水后土體的含水量降低，使土壤產(chǎn)生固結(jié)，因而會(huì)引起周?chē)孛?/p>

26、的沉降，在建筑物密集地區(qū)進(jìn)行降水施工，如因長(zhǎng)時(shí)間降水引起過(guò)大的地面沉降，會(huì)帶來(lái)較嚴(yán)重的后果。為防止或減少降水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，避免產(chǎn)生過(guò)大的地面沉降，可采取下列一些技術(shù)措施。(1)采用回灌技術(shù)。降水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，是由于土壤內(nèi)地下水流失造成的?；毓嗉夹g(shù)即在降水井點(diǎn)和要保護(hù)的建(構(gòu))筑物之間打設(shè)一排井點(diǎn)，在降水井點(diǎn)抽水的同時(shí)，通過(guò)回灌井點(diǎn)向土層內(nèi)灌入一定數(shù)量的水(即降水井點(diǎn)抽出的水)，形成一道隔水帷幕，從而阻止或減少回灌井點(diǎn)外側(cè)被保護(hù)的建(構(gòu))筑物地下的地下水流失，使地下水位基本保持不變，這樣就不會(huì)因降水使地基自重應(yīng)力增加而引起地面沉降。(2)采用砂溝、砂井回灌。在降水井點(diǎn)與被保護(hù)建(構(gòu))筑物

27、之間設(shè)置砂井作為回灌井，沿砂井布置一道砂溝，將降水井點(diǎn)抽出的水，適時(shí)、適量排入砂溝，再經(jīng)砂井回灌到地下，實(shí)踐證明亦能收到良好效果。(3)使降水速度減緩。在砂質(zhì)粉土中降水影響范圍可達(dá)80m以上，降水曲線較平緩，為此可將井點(diǎn)管加長(zhǎng)，減緩降水速度，防止產(chǎn)生過(guò)大的沉降。亦可在井點(diǎn)系統(tǒng)降水過(guò)程中，調(diào)小離心泵閥，減緩抽水速度。還可在鄰近被保護(hù)建(構(gòu))筑物一側(cè)，將井點(diǎn)管間距加大，需要時(shí)甚至?xí)和３樗榉乐钩樗^(guò)程中將細(xì)微土粒帶出，可根據(jù)土的粒徑選擇濾網(wǎng)。另外確保井點(diǎn)管周?chē)盀V層的厚度和施工質(zhì)量，亦能有效防止降水引起的地面沉降。3.4深井降水施工時(shí)應(yīng)考慮的因素(1)布井時(shí)，周邊多布，中間少布；在地下補(bǔ)給的方向

28、多布，另一方向少布。(2)布井時(shí)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告把濾水器部分處在較厚的砂卵層中，避免使之處于泥砂的透鏡體中，而影響井的出水能力。(3)鉆探施工達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，根據(jù)洗井?dāng)R置時(shí)間的長(zhǎng)短，宜多鉆進(jìn)2-3項(xiàng)避免因洗井不及時(shí)泥漿沉淀過(guò)厚，增加洗井的難度。洗并不應(yīng)擱置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或完成鉆探后集中洗井。(4)水泵選擇時(shí)應(yīng)與井的出水能力相匹配，水泵小時(shí)達(dá)不到降深要求；水泵大時(shí)，抽水不能連續(xù)，一方面增加維護(hù)難度，另一方面對(duì)地層影響較大。一般可以準(zhǔn)備大中小幾種水泵，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)配。(5)降水期間應(yīng)對(duì)抽水設(shè)備和運(yùn)行狀況進(jìn)行維護(hù)檢查，每天檢查不應(yīng)少于3次，并應(yīng)觀測(cè)記錄水泵出水等情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，使抽水設(shè)備始終處在正常

29、運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)應(yīng)有一定量的備用設(shè)備，對(duì)出問(wèn)題的設(shè)備能及時(shí)更換。(6)抽水設(shè)備應(yīng)進(jìn)行定期保養(yǎng)，降水期間不得隨意停抽。當(dāng)發(fā)生停電時(shí)應(yīng)及時(shí)更新電源保持正常降水。(7)降水施工前，應(yīng)對(duì)因降水造成的地面沉降進(jìn)行估算分析，如分析出沉降過(guò)大時(shí)，應(yīng)采取必要措施。(8)降水時(shí)應(yīng)對(duì)周?chē)ㄖ镞M(jìn)行觀測(cè)。首先在降水影響范圍外建立水準(zhǔn)點(diǎn)，降水前對(duì)建筑物進(jìn)行觀測(cè)，并進(jìn)行記錄。降水開(kāi)始階段每天觀測(cè)2次，進(jìn)入穩(wěn)定期后，每天可以只觀測(cè)一次。4深井降水和輕型井點(diǎn)降水方法的比較4.1 兩種降水方案對(duì)比4.1.1 技術(shù)對(duì)比在具體施工方案的設(shè)計(jì)和施工組織設(shè)計(jì)中，輕型井點(diǎn)降水法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便等特點(diǎn)，適用于土質(zhì)情況良好，降水深度不

30、大的地區(qū)。但是，對(duì)于地基土層結(jié)構(gòu)分布中，表層以下地表回填砂含量較少，淤泥層偏厚且水平向滲透性極差的情況，尤其考慮到輕型井點(diǎn)濾管段較短，單級(jí)輕型井點(diǎn)有效降水深僅為6米，且濾管段長(zhǎng)度均位于淤泥層內(nèi)，因此，輕型井點(diǎn)的降水效果往往受到極大的限制。施工場(chǎng)地如果實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)真空預(yù)壓處理，地基土體中殘留的排水板可為含水層中地下水提供良好的豎向滲流通道，而且其下富含粘性土粉砂層，水平向滲透性良好，在這種情況下，與地基中殘留的排水板構(gòu)成了基坑降水的豎向和水平的地下水滲流通道。依據(jù)水文地質(zhì)特點(diǎn)及工程要求降水深度，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選用深井井點(diǎn)降水法能夠起到理想的降水效果。值得注意的是，施工中濾管段需位于深層粘性土

31、粉砂層才能起到降水效果。4.1.2 經(jīng)濟(jì)上比選由于施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境千差萬(wàn)別，對(duì)于大的基坑，考慮電量耗損，其用電量是非常大的，現(xiàn)場(chǎng)供電也有很大的困難：對(duì)于采用輕型井點(diǎn)降水方式，需要布置輕型井點(diǎn)較多，假定井點(diǎn)機(jī)械每臺(tái)功率7.5kW,不中斷運(yùn)行時(shí)間8-10個(gè)月，電量415萬(wàn)kw;同時(shí)考慮基坑中間也計(jì)劃需布置輕型井點(diǎn)進(jìn)行疏干排水，每級(jí)平臺(tái)開(kāi)挖前1個(gè)月開(kāi)始，不中斷運(yùn)行時(shí)間1個(gè)月，其電量將遠(yuǎn)超過(guò)井點(diǎn)機(jī)械用電驢，全部輕型井點(diǎn)同時(shí)工作所需功率必然超過(guò)深井作業(yè)的預(yù)算。因此，對(duì)于較大的基坑作業(yè)，輕型井點(diǎn)降水不是最優(yōu)方案。對(duì)于深井井點(diǎn)，當(dāng)前一個(gè)井建造費(fèi)（包括4個(gè)月運(yùn)行維護(hù)費(fèi)）約為9500元，以后的8個(gè)月每月的維護(hù)費(fèi)約為

32、500元/月/臺(tái)套，每臺(tái)潛水泵耗電量約為1.5kW,同一作業(yè)點(diǎn)的深井?dāng)?shù)量要小于輕型井，電價(jià)同為0.83元kWh對(duì)于輕型真空井點(diǎn)，一個(gè)井建造費(fèi)4200元（包括4個(gè)月運(yùn)行維護(hù)費(fèi)），以后的8個(gè)月每月的維護(hù)費(fèi)約為500元/月/臺(tái)套，但輕型井的數(shù)量要多于深井。通過(guò)上述分析不難看出，輕型井點(diǎn)雖然建造費(fèi)低，但用電量大，與土方開(kāi)挖施工干擾較大，故對(duì)于大型基坑的降水工程來(lái)講，經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較宜選用深井井點(diǎn)。4.1.3 進(jìn)度上分析輕型井點(diǎn)相對(duì)于深井井點(diǎn)布點(diǎn)密得多，對(duì)基坑土方開(kāi)挖必將導(dǎo)致干擾程度大得多，從而影響到基坑土方開(kāi)挖效率，不利于保證大面積基坑土方開(kāi)挖進(jìn)度；相反，采用深井井點(diǎn)則可有效地確保進(jìn)度。4.1.4 安全

33、上分析考慮上文中技術(shù)上及進(jìn)度上的要求，一般來(lái)講輕型井點(diǎn)，土方開(kāi)挖時(shí)大量的人、機(jī)將處在不完全干地的施工環(huán)境下，邊坡及坡腳穩(wěn)定狀態(tài)較差，安全性方面比選用深井井點(diǎn)降水工藝要差。而實(shí)際工作中，往往采用單一的降水方法，有些時(shí)候不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，或者即使能達(dá)到設(shè)計(jì)要求但是從工程參與各方的角度來(lái)講降水方案費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢(qián)。降水方法的選取，應(yīng)視工程性質(zhì)、開(kāi)挖深度、土質(zhì)特性及經(jīng)濟(jì)等因素綜合考慮。一般而言、淺基坑（小于6m以普通輕型井點(diǎn)最為經(jīng)濟(jì)；深基坑則應(yīng)考慮噴射井點(diǎn)；深而大的基坑則應(yīng)考慮綜合降水、即深井井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)和輕型井點(diǎn)等各種不同方案的比較、分析與組合，以確定最經(jīng)濟(jì)有效的降水方案。為了總結(jié)降水設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，下文中

34、針對(duì)幾個(gè)不同類(lèi)型的降水工程進(jìn)行分析說(shuō)明。4.2 多層輕型井點(diǎn)環(huán)狀降水方案替代深井井點(diǎn)降水方案深井井點(diǎn)的工作原理是利用深井進(jìn)行重力集水，在井內(nèi)用長(zhǎng)軸深井泵或井用潛水泵進(jìn)行排水以達(dá)到降水或降低承壓水壓力的目的。它適用于滲透系數(shù)較大（K>10-4cm/s）、涌水量大、降水較深（可達(dá)50n）的砂土、砂質(zhì)粉土及用其他井點(diǎn)降水不易解決的深層降水。有時(shí)候通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)深井的有效降水區(qū)域并不顯著，這時(shí)候可以考慮使用多層輕型井點(diǎn)環(huán)狀降水方案。某泵站工程的工程設(shè)計(jì)總流量為300nVs,裝有單泵流量50n3/s、葉輪直徑4.1m斜15度軸伸泵6臺(tái)。工程實(shí)施中基坑擬采用大開(kāi)挖方式，泵房基坑長(zhǎng)（順?biāo)鞣较颍?09.

35、7m寬（垂直水流方向）71.5m,挖深14.5m,其中集水井部位挖深達(dá)17.2m。由于基坑規(guī)模大、暴露時(shí)間長(zhǎng)，如何確?；娱_(kāi)挖過(guò)程及施工期的安全是整個(gè)工程成敗的關(guān)鍵。研究基坑方案，重點(diǎn)是研究降排水方案，對(duì)于潛水及雨水均采用開(kāi)挖明溝、排水溝，匯集于集水坑內(nèi)抽走的方法解決。下部地下水抽排方案是降排水方案的核心。為了確保泵房基坑及其他部位的開(kāi)挖施工，以及基礎(chǔ)混凝土澆筑的順利進(jìn)行，必須采用人工降水方法把水位降至建基面以下。工程前期地勘過(guò)程曾針對(duì)承壓含水層做過(guò)抽水實(shí)驗(yàn)。泵站場(chǎng)區(qū)淺部承壓水層承壓水位在EL3.26m-EL3.47m,承壓水頭約7.8m,抽水試驗(yàn)表明該層滲透系數(shù)K=2.9X10-4cm/s,

36、具中等透水性，降深3.5m-3.6m時(shí)影響半徑36m。如需將地下水位降至EL-9.0m,基坑日涌水量約在250m3/d350m3/d。基坑開(kāi)挖前，施工方在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了深井降水試驗(yàn)，以確定采用何種降水手段。試驗(yàn)深井布置在基坑?xùn)|南角，井深22m成井直徑800mm井底高程為EL-16.0m，降水后確保承壓水位控制在EL-9.0m。同時(shí)在深井正南隔8m20m,35m布置E1,E2,E3深水位觀測(cè)井，在深井正東方向隔8m19m,34m布置S1,S2,S3深水位觀測(cè)井。試驗(yàn)結(jié)果可看出，深井的有效降水區(qū)域并不顯著。后根據(jù)深井降水試驗(yàn)結(jié)果同時(shí)參考周邊地區(qū)的成功經(jīng)驗(yàn)，施工方又考慮在基坑開(kāi)挖時(shí)采用多層輕型井點(diǎn)環(huán)狀降

37、水方案?？紤]到要給地連墻留有足夠?qū)挼耐馏w以保證地連墻的穩(wěn)定，提出四級(jí)井點(diǎn)環(huán)狀布置的方案。按圓弧滑動(dòng)計(jì)算結(jié)果，邊坡穩(wěn)定系數(shù)較規(guī)范規(guī)定的允許值偏大，但考慮到井點(diǎn)會(huì)淤堵及長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)降雨等因素，即井點(diǎn)不可能完全有效，而按照計(jì)算如井點(diǎn)完全失效則邊坡穩(wěn)定系數(shù)達(dá)不到規(guī)范要求，故認(rèn)為所選擇的放坡及降水方案并不過(guò)分偏于保守而是適宜的。泵房工程的基礎(chǔ)開(kāi)挖土方約20萬(wàn)方，在實(shí)際實(shí)施中考慮到深層水泥攪拌樁施工及坑底保護(hù)的需要分兩期開(kāi)挖。一期開(kāi)挖至EL-6.2m左右，歷時(shí)近四個(gè)月；二期待深層水泥攪拌樁施工結(jié)束達(dá)到強(qiáng)度要求使用小型反鏟式挖機(jī)配合人工開(kāi)挖至EL-8.05R18月中下旬開(kāi)始進(jìn)行泵站底板澆筑，基坑安全渡過(guò)了整整

38、一個(gè)汛期的考驗(yàn)，確保了后續(xù)工程的順利實(shí)施。實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，井點(diǎn)降水前后坡面的干濕程度截然不同，這對(duì)坡面的保護(hù)極為有利。4.3土井降水方案替代輕型井點(diǎn)降水方案輕型井點(diǎn)降水方案施工復(fù)雜、造價(jià)較高，有時(shí)候還會(huì)引起地基的不均勻沉降加劇，造成附近建筑物及地下管線不同程度的損壞。這時(shí)可根據(jù)基坑施工的具體情況因地制宜選擇采用土井降水方案，不僅降水效果好、施工周期短而且造價(jià)便宜。某綜合樓工程，地下1層、地上15層，框剪結(jié)構(gòu)，采用樁基。地下室底板為反梁式筏板，場(chǎng)地地層自上而下依次為：#雜填土，平均厚度0.85m?褐黃色粉質(zhì)粘土，平均厚度2.50m%灰色砂質(zhì)粉土，平均厚度2.10m；&灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，

39、厚度6.60m,地下水位在自然地面以下0.70m.該建筑物東、西兩側(cè)鄰近有建筑物，北面有地下管線?；孜挥诘趯由百|(zhì)粉土層，滲透系數(shù)大，若采用放坡開(kāi)挖配合井點(diǎn)降水，必定會(huì)引起四周地面的沉陷，危及鄰近建筑與地下管線的安全，不降水開(kāi)挖亦會(huì)發(fā)生流砂現(xiàn)象，故本工程基坑不宜采用大開(kāi)挖方案。該工程在土方開(kāi)挖前，坑內(nèi)必須先進(jìn)行預(yù)降水，因基底位于易產(chǎn)生流砂的第層灰色砂質(zhì)粉土層，再加上基礎(chǔ)底板設(shè)計(jì)為反梁式，不降水更難以施工?；釉ǚ桨笧檩p型井點(diǎn)降水，費(fèi)用較大。經(jīng)仔細(xì)分析認(rèn)為，在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)已解決了阻止地下水滲入的情況下，坑內(nèi)可抽出的地下水是有限的。地下水位以下的土層，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有隔水帷幕功能的情況下，其可抽出

40、的地下水只占基坑內(nèi)總含水量的20%左右。所以否定了輕型井點(diǎn)降水，選擇了土井降水方案。該方案選用直徑60cm的素混凝土管，管長(zhǎng)1.00m,每只土井4只5只混凝土管，底節(jié)周邊密布鉆2cm直徑的孔，孔間距10cm,外側(cè)包裹2層密眼尼龍網(wǎng)布，在選定的土井位置先挖2.0m左右的深坑，將第？層褐黃色粘土層大部分挖去，然后將鉆孔混凝土管大頭朝下放入坑內(nèi)，周邊灌注碎石，具高度為2節(jié)混凝土管。在混凝土管內(nèi)以高壓水沖刷土層（沖刷頭插入土中），邊沖邊用泥漿泵抽出泥漿，隨著沖刷抽漿的進(jìn)行，混凝土管下沉。由于混凝土管大頭朝下，混凝土管周邊的碎石也跟著下沉。隨著混凝土管下沉，上部再套上1節(jié)混凝土管，直至底節(jié)混凝土管下沉到

41、基坑底以下設(shè)計(jì)的深度（本工程僅為80cM。1只土井從挖土到下管沉管施工完畢，用時(shí)1個(gè)工作班(8h計(jì))。本工程基坑內(nèi)共設(shè)6只土井，由于基底土層為砂質(zhì)粉土，降水效果好，基坑開(kāi)挖后基底干燥，土井降水成功。整套土井降水的費(fèi)用只有5000元左右，挖土?xí)r混凝土管可以回收，耗費(fèi)的只是部分人工、碎石等材料及泥漿泵折舊，為建設(shè)單位節(jié)約投資25萬(wàn)元。5結(jié)論一般來(lái)講，輕型井點(diǎn)適用于土層滲透系數(shù)為10-3cm/s-10-6cm/s的粉砂、砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土、含薄層粉砂層的粉質(zhì)粘土，降低水位深度單級(jí)輕型井點(diǎn)為3m-6m多級(jí)輕型井點(diǎn)為6m-9m。深井井點(diǎn)適用于土層滲透系數(shù)不小于10-4cm/s、降低水位深度不小于5m的各種砂土、砂質(zhì)粉土。基坑施工現(xiàn)場(chǎng)情況比較復(fù)雜，有時(shí)候單獨(dú)使用輕型井點(diǎn)或深井井點(diǎn)降水效果可能不會(huì)太好，將輕型井點(diǎn)和深