管井降水技术在基坑地下水控制工程中的应用

王丽

摘 要：在基坑地下水控制方式中，管井降水技术成熟、施工便捷、效果显著，已经成为大部分基坑工程的首选地下水控制方式，本文对管井降水技术从设计和施工角度分别阐述和分析，选取合理的地质参数进行设计，采取可靠的成井工艺进行施工，保证了良好的施工降水效果，同时对管井降水技术也提出了一些合理建议和优化思路。

关键词：管井;降水;基坑;地下水控制

中图分类号：TU463 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）08-0139-02

0引言

随着城市建设的发展，地下工程规模、深度越来越大，受复杂地质条件的影响，地下水对地下工程的施工影响越来越大，如地下水控制措施选取不当，则可能造成地下工程无法正常施工，甚至对周边环境造成较大的影响。管井降水做为一种施工便捷、技术成熟、效果显著的降水技术，在越来越多的基坑工程中得到了广泛的应用，并且取得了良好的降水效果，满足了工程需求，取得了较好的社会效益和经济效益。

1工程概况

拟建某住宅小区工程，位于北京市通州区，地上6层，地下2层，钢筋混凝土框架结构，基础采用梁板式筏型基础。本工程±0.00=22.50m，场地平整后地面标高为20.5m，基坑槽底标高9.85m，基坑开挖深度10.65m，采用“护坡桩+锚索”支护结构。

2工程地质及水文地质条件

2.1场区工程地质条件

根据勘察报告，按成因年代分为人工堆积层、新近沉积层和第四纪冲洪积层三大类，地层岩性及其特点自上而下依次为：

人工堆积层：

粉质粘土-粘质粉土填土①层：黄褐，松散-稍密，稍湿-很湿，含砖灰渣、瓦片、植物根、树根，局部为耕植土。

新近沉积层：

粉质粘土-重粉质粘土②层：褐黄（暗）-黄褐，很湿，可塑，含云母、氧化铁，局部夹粉土、粉砂薄层，土质不均匀。

粘质粉土-砂质粉土②1层：褐黄，中密，很湿，含云母、氧化铁，土质不均夹粉质粘土薄层，分布不均匀。

（有机质）重粉质粘土-粘土②2层：褐灰，湿，可塑-软塑，含云母、氧化铁、有机质，夹有机质粉质粘土，土质不均。

粉细砂②3层：褐黄色，稍密，很湿，含少量分解的植物根、石英、长石，局部夹砂质粉土薄层，仅在局部分布或呈透镜体分布。

细砂③层：褐黄-灰黄、局部灰，稍密-中密，很湿，含云母、石英、长石，局部夹粉土薄层，分布连续。

第四纪冲洪积层：

细砂-中砂④层：灰黄-灰，中密-密实，很湿，含云母、石英、长石，局部含少量圆砾，分布连续;

细砂-中砂⑤层：灰黄-黄灰，很湿，含云母、石英、长石，局部含圆砾;

细砂-中砂⑥层：黄灰-浅灰，密实，很湿，含云母、石英、长石，细砂为主，局部夹粉土薄层;

粉质粘土-重粉质粘土⑥1层：黄灰，很湿，可塑，含云母、氧化铁，分布较连续;

粉质粘土-重粉质粘土⑦层：黄灰-灰，很湿，硬塑-可塑，含云母、有机质，分布较连续。

2.2场区水文地质条件

勘察期间在30m深度以上揭露一层地下水，为第四系孔隙潜水。潜水水位埋深约为6.6m，静止水位标高约为13.9m，含水层岩性主要为粉细砂②3层、细砂③层、细中砂④层及细中砂⑤层。

场区地下潜水主要接受大气降水、地表水的垂直入渗、管线渗漏、地下水侧向迳流、越流補给，并以地下迳流、越流为主要排泄方式。该层地下水的年内动态与大气降水及农田灌溉密切相关。

3地下水控制方案选取

根据《北京市建设工程施工降水管理办法》，自2008年3月1日起，本市所有新开工的工程限制进行施工降水。建设单位或者施工单位应当采用帷幕隔水方法，隔断地下水进入施工区域。因地下结构、地层及地下水、施工条件和技术等原因，使得采用帷幕隔水方法很难实施或者虽能实施，但增加的工程投资明显是不合理的，施工降水方案经过专家评审并通过后，可以采用管井、井点等方法进行施工降水。

按《北京市建设工程施工降水方案专家评审细则》相关要求，满足“对于明挖基坑，基底位于含水层水位之下，且基底以下5m之内无适当的隔水层”条件时，可判定为“阻水方案技术不可行”，允许采用降水方案[1]。

根据勘察资料，对本工程场区地层进行概化后如图1所示，本工程基坑槽底标高为9.85m，基坑槽底位于潜水含水层细砂③中，位于潜水水位标高之下，潜水含水层底板标高为-7.90m，基坑槽底距含水层底板为17.75m，满足基底以下5m之内无适当隔水层的判定条件，所以本工程判定为“阻水方案技术不可行”，可采用降水方案。结合周边类似工程施工经验，本工程最终选取技术成熟、施工便利、降水效果好的管井降水方案。

4管井降水方案设计

4.1基坑涌水量计算

（1）依据勘察报告及结构资料进行基坑涌水量计算，选用的地质参数见表1。

（2）选用降水计算模型。

根据上述基本参数，参照地质概化图进行基坑涌水量计算。

选用“潜水非完整井”计算模型[2]，公式如下：

式中：

Q-基坑降水总涌水量（m3/d）;

k-渗透系数（m/d）;

H-潜水含水层初始厚度（m）;

h-降水后剩余含水层厚度（m）;

R-降水影响半径（m），对潜水;

r0-基坑等效半径（m），。

计算过程如下：

B/L=48/131=0.366，取η=1.14，则r0=1.14×（131+48）/4=51.015m

根据地质概化图，H=21.8m，h=21.8-5.05=16.75m，hm=（21.8+16.75）/2=19.275m

R=2×5.05×（12×21.8）^0.5=163.36m

Q=1.366×12×（21.8×21.8-16.75×16.75）/（lg[（163.36+51.015）/51.015]+（16.75-5）/5×lg（1+0.2×19.275/51.015））=4573.04m3/d

4.2降水设计参数

通过以上分析及计算，确定本次降水设计参数见表2。

说明：（1）管径为：外径/壁厚;（2）潜水泵泵量10～15m3/h，施工中可根据实际出水量，对潜水泵量做相应调整以满足排水需要。

5管井施工工艺及技术要求

定井位：根据设计方案提供的井位图、地下管线分布图的位置，在保证降水效果的情况下，对井位和井间距做适当的调整。正常情况下井位偏差≤50mm，若遇特殊情况（比如地下障碍、地面或空中障碍）需调整井位时，应及时通知技术人员在现场调整。

埋设护筒：为避免钻进过程中循环水流将孔口回填土冲塌，钻孔前埋设钢护筒。护筒外径0.8m，深度视地层情况而定。在护筒上口设进水口，并用粘土将护筒外侧填实。护筒必须安放平整，护筒中心即为降水井中心点，当上部回填土颗粒较大时，则采用人工挖孔护壁，防止钻孔内浆液的流失，保证钻进正常进行。

垒砌泥浆池：在不具备挖设泥浆池的情况下，为保证钻进过程中水流循环及保存钻孔出渣，并且不破坏现状路面，在路面垒砌单井体积1.5倍的泥浆池，泥浆池底部铺垫塑料布防止渗水。

钻机就位、调整：钻机就位时调整钻机的平整度和钻塔的垂直度，对位后用机台木垫实，以保证钻机安装平稳。

钻孔：在钻孔过程中保证孔内泥浆液面高度与孔口平，严防塌孔。在地层条件允许的情况下，尽量使用地层自造泥浆成孔，若钻孔通过易塌孔的流砂层或泥浆漏失严重的地层时，采用人工造浆护壁钻进，泥浆比重调至1.1～1.3。为提高钻进效率和成井质量，采用反循环钻进工艺成孔。

换浆：钻孔至设计深度以下0.5m左右，将钻头提高0.5m，然后用清水继续反循环操作替换泥浆。

下管：下管前检查井管是否已按设计要求包缠尼龙纱网;无砂水泥管接口处要用塑料布包严，以防地层中细砂层流失，造成地面下沉。井管确保在井孔居中不歪斜。

填滤料：填料从井四周均匀缓慢填入，避免造成孔内架桥现象，洗井后如发现滤料下沉及时补充滤料，填料高度严格按设计要求执行。

洗井：采用压风机洗井，当井内沉没比不够时及时注入清水。对于不同含水段采用双隔离塞水气方法冲洗，然后再捞砂，直到水清砂净为止。

6降水实施效果

本项目降水工作在基坑开挖至地表以下3m时启动，群井连续抽水15d后，各降水井内地下水位稳定在基坑槽底以下约3m处深度，通过对位于坑内的3处水位观测孔的水位监测，坑内地下水位均低于基坑槽底標高以下1m，满足降水设计要求，在后续基坑开挖过程中，从开挖揭露的土层来看，土层基本达到了坑内疏干效果，满足基坑安全开挖所需。经过对坑内水位观测孔的水位变化走势分析，坑内地下水位下降随降水时间的关系变化大致呈曲线趋势[3]，如图2所示。

7结语

通过本工程实践，表明管井降水技术在深基坑工程中安全可靠、技术可行，设计中选取合理的地质参数进行水量估算，再根据水量大小确定降水井的布置参数，基本可保证基坑的整体降水效果。从设计和施工角度，可结合工程实际，进行必要的方案优化和精心组织，确保建设工程效益与效率的最大化。

（1）降水启动初期，水位较高，基坑涌水量较大，为加快降水效果，初始抽水时可适当调大抽水泵量。同时，在后期抽水阶段，由于水位下降已趋于平稳，可以根据工程所需，适当的有序、间隔关停部分降水井，既可减小抽水量，又可节约工程造价。

（2）管井的成井质量直接决定了降水效果，由于井点施工隐蔽性很强，所以应加强施工全过程的质量监督，严格控制成井中的孔径、孔深、下管、填料、洗井等关键工序[4]，在保证单井出水能力的同时，也可有效预防抽水含砂量超标引发过大地面沉降。

（3）在地下水控制措施方面，管井降水效益显著，是值得大力推广的技术。但是从水资源保护方面考虑，开采地下水对水资源确实存在一定的影响，工程实际中应合理制定降水方案，可采用降堵结合方案，减量开采地下水，同时对抽取得地下水宜进行二次合理利用，避免资源浪费。

参考文献

[1] DB11/1115-2014，城市建设工程地下水控制技术规范[S].

[2] JGJ111-2016，建筑与市政工程地下水控制技术规范[S].

[3] 吴林高.工程降水设计施工与基坑渗流理论[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4] 姚天强，石振华.基坑降水手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.