浅析井群降水设计存在问题及改进措施

王志云

(齐齐哈尔市水利工程建设质量与安全监督站，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

1 目前设计主要存在问题

由于井群降水具有计算理论简单、施工方法容易、建设费用较低等优点而被水利工程基坑广泛采用。但由于基坑控降水属临时性工程措施，设计者往往给予的重视程度不够，致使基坑井群控降水方案布置及结构设计存在诸多瑕疵，直接造成工程投资增加，甚至影响工程施工安全。

经对某项目的127座桥、涵、闸及泵站基坑井群降水设计的审查发现，目前基坑井群降水设计在井群布置方案、成井深度设计、基坑涌水量计算等方面主要存在以下问题。

1.1 计算公式选用不正确

截止目前，介绍工程基坑涌水量计算的工具书籍及成果较多[1-4]，推荐的计算公式及应用条件也不尽相同，因此，在实际工程设计中，由于工程设计人员对计算公式的适用条件理解不透，对基坑所处含水层的水文地质特性研究不够，设计中有的将完整井的涌水量计算公式用在了非完整井基坑，有的将地表无固定水源补给条件下的涌水量计算公式用在了地表有固定水源补给条件下的基坑，由此造成设计井群的排水量与基坑实际涌水量相差悬殊，降水设计方案无法指导工程施工。

1.2 井点布置不合理

1.2.1 井点与基础边线距离大

在有些基坑工程中，由于设计者过分追求避免井群对基础土方开挖造成干扰，将井点布置在基坑开挖边线外5 m，致使井点远离建筑物基础边线，特别是当基坑挖深大、开挖坡度缓时，井点距建筑物基础边线的距离更远，严重影响了井群的控降水效果，同时增加了成井投资及降水运行费用。如：某工程18标段一穿堤闸站，基坑上口开挖面积80×70 m2，根据基坑土体特性，设计开挖边坡比为1：2，基坑设计挖深9.5 m，设计地下水位降深8.2 m。设计井点距开挖线5 m，距建筑物基础边线30 m。经计算比较，该设计方案与近基础边线布置方案相比，成井费用增加17%，降水费用增大18.7%。

1.2.2 井点间距离选择不科学

地下水的动态变化证明，完全水平静止或无水源补给条件下的地下水几乎不存在，因此，在实际基坑的降水井群设计中，具有一定水面比降或有固定水源补给条件下的地下水是设计者面临的普遍问题。但从现有基坑井群设计方案看，设计者并未对此给予一定的重视，多将井点等距离均匀布置在基坑周围，从而造成整个井群的降水效果达不到设计要求，施工中不得不临时增加降水井点。其主要原因是，如果地下水的自然流动方向与基坑排水时的地下水流向一致时，降水影响半径将明显减小，基坑有效水位的降深也将随之减小，基坑的实际降水效果将达不到设计要求。

1.3 井深设计不经济

根据对基坑井群降水设计成果分析可见，部分工程因降水井深设计与基坑所处含水层的分布情况针对性不强，没能很好地根据透水层的分布特点调整成井深度或改变降水形式，存在当含水层为正分布(自上而下含水层渗透系数逐层增大)和逆分布(自上而下含水层渗透系数逐层减小)情况下井深设计的不合理性，影响了基坑的实际降水效果，致使降水费用增大，施工工期延长。

1.3.1 含水层为正分布情况

经查阅现有建筑物基坑降水井群设计发现，部分工程设计者在进行井深设计时，完全依照井深计算成果进行成井深度确定，而由于在含水层正分布情况下，其渗透系数自上而下逐层增大，往往使井体进水花管处于渗透系数最大的含水层内，从而造成井点的排水直接抽取于强透水层，严重影响了井群的基坑降水效果。如某项目闸站的基坑工程，其地面高程为39.7m，自地表以下分别为细粒土厚1.3m；低液限黏土厚3.8m；级配不良中砂厚4.3m；级配不良粗砂厚6.4m；级配不良砾厚7.9m。设计井深21m，其中花管长度5.5m。按照此井深的设计成果，进水花管有95%的长度位于砾石层，致使基坑在实际降水时，尽管各井的排水流量已达到设计要求，但基坑的稳定降深水位仍高于设计控制水位1.4m，为满足施工要求，现场不得不临时增加降水井数量。

1.3.2 含水层逆分布情况

如果含水层为逆分布，当基坑位于渗透系数较大的含水层内，且井体花管仅有少部分或完全不在该层内时，井点的抽水量主要受限于下部较小渗透系数的含水层，而基坑内的涌水量主要来源于较大渗透系数的上部含水层，因此，在此种情况下，采用井群降水既不经济又达不到好的降水效果。

2 主要对策

2.1 选用正确涌水量计算公式

到目前为止，介绍基坑涌水量计算方法的书籍及研究成果很多，计算公式也不尽一致，在一定程度上也影响了工程设计人员的实际应用。2012年10月1日颁布实施的《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012[5](以下简称《规程》)进一步明确了基坑涌水量计算方法及相关计算公式，实际工程可依据含水层厚度、成井深度、附近有无固定水源补给及地下水类型选取相应的计算公式完成基坑涌水量计算(即为潜水完整井基坑、潜水非完整井基坑、潜水完整井近固定水源基坑、潜水非完整井近固定水源基坑、承压水完整井基坑、承压水非完整井基坑、承压水完整井近固定水源基坑、承压水非完整井近固定水源基坑、承压—潜水非完整井基坑涌水量计算公式)。

2.2 优化井点平面布置

2.2.1 井点尽量靠近基础边线布置

对于某一特定的建筑物基坑而言，其基坑底面对地下水位降深的要求是一定的，即井群的干扰降深为一定值，因此，如果适当减小井群化引半径，则基坑的总用水量及井点处的动水位降深也将随之减小，相应的配套动力也减小，运行费用可得到有效降低。因此，在实际工程设计中，应尽量将井点近距离布置在建筑物基础边线周围，以达到有效降低基坑井群降水费用的目的。

2.2.2 井点采用不等距布置

在实际工程中，由于地下水具有流动性而存在一定水面比降，因此，在基坑井群降水设计中，各井点间的距离也应通过优化设计的方法确定，即为：基坑地下水位较高(或有固定水源补给)的一侧，井点的布置间距应小于平均间距，而基坑另一侧的井点间距应大于平均间距。具体设计时，应依据上述井点布置原则拟定几个布置方案，采用公式分别计算各井点处的动水位降深值，当各井点处动水位降深值基本相等时，该布置方案即为最优井点布置方案。

2.3 井深要结合地层条件确定

因井深决定花管的位置，而花管在含水层中的相对位置则决定单井的出水流量。设计人员应根据含水层的地层分布情况比对井体花管在含水层中的相对位置，选取合理的花管形式及长度。当含水层为正分布时，井体花管应尽量避开渗透系数较大的含水层，实现基坑在保证水位降深的情况下，尽量减小单井出水流量。当含水层为逆分布时，由于下含水层的渗透系数小于上层，基坑涌水量直接受上含水层影响，在这种情况下，单井的实际出水流量将小于设计值，基坑的控降水效果也达不到设计要求，因此，对于含水层逆分布情况，应优先采用明排设计方案。

3 结 语

通过对大量基坑井群降水工程设计实例的调查研究，全面分析了目前基坑井群降水设计在计算公式选用、井点布置、井深确定等方面存在的问题，并指出了这些问题可能对主体工程施工及安全带来的不利影响，最后提出了相应对策及改进措施，意在为类似工程的设计提供有益的参考及借鉴。