城市地下管廊深基坑工程建设中综合降水的应用

吴绪启

（中交第三公路工程局有限公司第四工程分公司，重庆 401120）

1 井点降水和管井降水的原理

工程降水实施的是综合降水方案，包含井点降水和管井降水2 项。

（1）井点降水。井点管属于重要的降水装置，沿基坑四周或一侧下放，直至到达坑底含水层为止。为顺利降水，将井点管上部与总管线连接，再将总管连至抽水机，构成畅通的水体流动路径，以便高效地将水抽至地面，再根据工程要求排放至指定的区域。

（2）管井降水。核心组成包含抽水泵、井管、泵管、排水设施等。井管主要包含吸水管、滤水管、沉砂管。降水期间，滤网过滤水中的土、砂等杂物，过滤后产生的清水流动至管内。抽水设备带有自动开关，可用于灵活控制井内水位，并于井口设阀门，根据实际施工状况灵活调节流量。为保证降水的连续性，分别在各基坑井点群配套备用泵，以备不时之需。经过管井抽水后，用排水设施高效外排至指定区域。

2 降水目标

控制地下水位的深度是降水的重要目标，具体按如下公式计算需降低的地下水位深度：

式中，Hc 为需降低的地下水位深度（m）；Ha 为原地下水位高程（m）；Hb 为降水后地下水位高程值（m）。

降水时间以现场施工条件为主要参考进行确定，综合考虑到类似工程的降水经验，确定为15d。在对地下水位采取降水措施后，实测水位需在基坑底高程以下0.5m 处。于现场选取试验段，确定地下水位高程代表值，即-7.597-0.5=-8.097m；根据现场勘察情况，得知原地下水位高程代表值为-1.182m，按照公式（1）计算，确定Hc 为6.915m，即在15d 内需降低的地下水位深度为6.915m。

3 井点降水和管井降水综合方案的应用

3.1 工程概况

某综合管廊工程，现场地下水属潜水类型，埋藏在粉质黏土、中砂层、粗砂土体中。勘察结果显示，现场地下水稳定水位1.0～1.8m，综合管廊基础挖深约7.5～9.8m。场区周边存在丰富的建（构）筑物，不具备大开挖的作业条件，施工场地有一定的限制性。综合考虑降低的水位深度和现场土体渗透系数，决定采用综合型方案，即联合应用二级轻型井点降水和一级管井降水，以期尽快将地下水位降低至合理的范围内。

3.2 综合降水方案的设计

以降水要求为导向，组织降水方案的设计工作。高程布置方面，井管降水采用井管伸入基坑底7.5m，能够满足降水深度要求。现对轻型井点降水深度进行验算，判断是否有开挖的必要，若需开挖则应进一步明确开挖的深度。平面位置方面，着重考虑井点管的布设位置及数量关系，以顺利降水为基本前提，尽可能提升施工的便捷性。在平面布置时，主要的思路在于：确定基坑在某特定时段的总涌水量Q；确定单根井点管合适的抽吸水量q；在明确两项指标的具体取值后，按照“Q/q”的方法计算，确定井点管的根数，以便根据数量要求配置；以井点管的布置方式为主要参考，结合现场条件确定井点管的合适间距。取200m 管廊基坑作为试验段，检验该部分的施工情况。地下水位在平均地面以下1.181m，基坑开挖平均深度7.596m，黏性土、中砂、粗砂的渗透系数分别取0.50m/d、20.0m/d、30.0m/d，基坑开挖边坡系数为1: 1。

3.2.1 管长验证

首先计算井点管的埋置深度，再检验管长，判断其是否具有合理性。若无需开挖，在原地面标高处埋设井点管，在确定埋置深度和地面以上长度后，两者的总和即为井点管的总长度。井点埋置深度按如下公式计算：

式中，H 为井点埋置深度值；h1为地下水位至基坑底高度，取6.414m；h2为地下水至集水总管高度，取1.181m；Δh 为降水后地下水至基坑底的安全距离，取0.5m；I 为水力坡度，取0.1；L1为井点管中心线至基坑中心的水平距离，取11m；L 为滤管长度，取0.8m。

经计算，确定井点埋置深度为9.996m，该值超过井点管的规格（6m），不开挖的方式缺乏可行性，需安排开挖作业，深度以原地面下挖4m 为宜。开挖易受到地下水的干扰，同时场区的地下水偏高，因此先采取管井降水措施，待水面下降达到要求后方可安排基坑开挖作业，再对基坑做详细的检查，确认无误后将井管埋设到位。

3.2.2 埋设深度

根据试验段基坑的平面形状和深度，采用基坑周圈布设的形式，轻型井点管的直径为50mm，在基坑边缘1m 的位置布设。按5.997m 的埋设深度布设井点管，管井管径400mm，埋设深度15.097m。

3.3 降水的准备工作

在综合考虑前述提及的各项数据后，根据因地制宜的原则制定降水方案。

降水采取管井和轻型井点降水的综合方案。最外侧按10m 的间距设直径400mm 的管井，一级边坡顶部按3.8m 的间距设直径50mm 的井点管，按5‰的坡度设集水总管。在综合降水方案中，以轻型井点降水为主，辅以管井降水的方法。降水前，先根据井点布置图安排测量放线，准确控制管井的布设位置，与基坑的距离需适中，保证降水的顺利进行；不在基坑处设置管井，否则易破坏基坑的稳定性。

3.4 管井降水工艺的具体要点

（1）施工准备。钻机进场时，根据钻进要求调整位置，使其准确到位；开挖合适规格的泥浆池；将水、电线路基础设施布置到位，以便施工作业的顺利开展；开钻前，全面检查现场施工环境，明确管线的类型、分布位置，不明确的位置需挖深度在3m 及以上的探坑，准确掌握现场的管线分布情况；配套深井潜水泵作为疏干井设备。

（2）井点放样。根据设计要求准确布置井位，测量地面标高并完整记录数据；由专业人员测量后，准确确定井位，设置清晰、醒目的标记，于标记上注明包含孔号、孔深在内的各项关键参数。

（3）钢护筒的安装。钢制护筒的埋深≥1.5m，可适当外露（超出地面的部分至少达到0.3m）；钢护筒埋置现场的土质偏松软时，钢护筒的稳定性难以得到保证。为此，将护筒周边0.5～1.0m 的松软土挖除干净，回填粘土并夯实。

（4）泥浆的制备。以优质黏土为原材料，按照1.06～1.15的相对密度在泥浆池中充分搅拌，得到泥浆。施工现场的地质条件错综复杂，因此根据具体情况对相对密度做合理的调整。

（5）钻机就位。整平现场，使钻机准确到位并维持稳定，底座和顶端均要具有平稳性，在钻进时不出现晃动、局部下陷的异常状况；精细调整钻机的姿态，要求水平、垂直方向均无误，并调整钻头。随着钻进的进行，钻渣量增加，期间及时用抽筒清理，同时根据清渣量适时补充泥浆，用于保证孔内水压的稳定性。钻进时加强对泥浆性能的检测，从泥浆比重、含砂量、黏度3 个方面客观评价。针对泥浆相对密度偏低的情况，掺入适量黏土用于改进泥浆的相对密度。

（6）成孔。管井采用反循环施工工艺，孔径600mm，钻进期间加强对孔位、孔径、孔深、孔壁垂直度的检测与控制，同时用黏土造浆护壁。钻进时做好标记，达到孔深要求后提钻，检查成孔质量，有不足之处采取处理措施，直至实测结果均满足要求为止。

（7）清孔。向孔内注入清水，冲稀泥浆，降低泥浆的相对密度。注清水期间加强观察，待泥浆相对密度调整为1.03～1.10 时不再清孔。清孔后，向滤管与井底间填滤料，粒径统一控制在30～50mm，可选择优质的粗砂砾。

（8）下井管。井管由多节组成，均为φ400mm 的无砂水泥管，孔隙率≥15%，用4 根8 号铁丝绑扎井管；为避免泥沙进入井管内而发生堵塞现象，用针刺无纺布包裹井口以下的滤水管，起到过滤大颗粒杂质的作用。水泥无沙管接头卡槽必须对正，否则不可包裹滤网。井管适当高出地面200mm，否则外部的雨水、泥沙等易进入其中。

（9）填滤料。井管下放到位后，尽快沿井孔四周填入滤料，填筑期间及时测定填入量，针对实测结果与设计要求不一致的情况，及时查明原因，有效处理。填料采取人工用铁锹下料的方法，保证填料的均匀性，以免冲击井壁；填料后上部用黏土封填。

3.5 轻型井点施工工艺

（1）放线定位，经测量放线后，准确确定井点的具体布设位置，在井位处开挖深度约为500mm 的土坑，便于冲击孔时集水，在埋管时有效灌砂。

（2）修筑临时排水沟。于现场修筑临时排水沟，高压射水钻孔期间产生的多余水可汇聚至该处，减小对现场作业环境的不良影响。

（3）冲孔埋设井点管，配套简易井架，用绞车将该装置转至指定井点位置，经过调整后使套管水枪对准井点，若无误则启用高压水泵，在0.4～0.8MPa 的水压状态下射流冲击，促进套管的下沉。现场地质以含砂的黏土居多时，套管落距控制在1000mm 以内，经10～15min 的射水、套管冲切后，井点管下沉量达到10m 左右，施工范围内存在厚度较大的纯黏土时，有必要适当增加高压水泵的压力、延长沉管时间。

冲击孔的孔径以300mm 为宜，管壁与井点管应有适量的空隙，后续还要向该处填入砂石，保证密实性。冲孔深度根据滤管安置位置而定，通常略低500mm 或更多，否则在拔出冲击套管时容易影响土体的稳定性，从而出现土体塌落的现象。适当上下移动凿孔冲击管，其在移动时必须保持垂直的姿态，否则将影响井点降水井壁的质量（例如出现垂直度不达标的情况）。凿孔期间遇大石块时，在其阻碍下可能会导致成孔局部倾斜，因此现场作业人员需加强控制，保证钻进姿态的合理性，使成孔的直径上下一致。

井孔冲击成型后将冲击管拔出，用绳索提起井点管并插入钻进成型的井孔内，到位后用木塞封闭，防止周边的砂石以及各类杂物进入其中。井点管与孔壁间有一定的空隙，向该部分填灌粗砂滤层。此后，用黏土对井口以下1.0m 的部位做封口处理，增强该处的严密性，避免泄漏。

（4）冲洗井管。向井点管底部插入φ30 胶管，注入清水，起到清洗的效果，期间加强观察，待流出清水后即可结束。逐根有序清洗，不遗漏任何一处。

（5）安装集水总管。于井点管外侧50cm 的位置安装总管，用法兰连接。向端头法兰套上合适规格的螺栓和密封圈，拧紧法兰螺栓。井点管与集水总管用塑料透明管连接，用8号铁丝绑扎，保证紧密性和稳定性。

（6）试抽水和正式抽水。配套真空抽水设备，全面检查管路的接头，分析在试抽水期间是否漏气，若有则重新连接或用油腻子堵塞，直至无漏气现象为止。试抽水的目的在于检验抽水设备的运行状态，明确管路是否有漏气问题，以便针对存在的异常状况进行有效处理。在水泵进水管处配套真空表，出水管处配套压力表用于反映管道的实际使用状态。试抽环节，作业人员详细检查管网的真空度，要求该值在65kPa 以上，具备此条件后可正式抽水。

（7）拆除轻型井点降水系统。以土方回填进度为准，有秩序性地关闭、拔除井点降水管，然后用中砂填充产生的孔洞，使该部分恢复完整、密实的状态。相关人员在拆除轻型井点降水系统时必须谨慎操作，并将拆除后的构件分类堆放到位。

4 结语

在地下城市管廊深基坑工程的施工中，降水属于重要环节，可联合应用轻型井点降水和管井降水的综合方案，达到有效、快速降水的效果，为管廊深基坑工程后续工作的开展创设良好的条件。具体至本文分析的市政地下管廊深基坑工程中，在采取轻型井点降水和管井降水的方法后，实际降水效果达到要求，降水周期缩短，深基坑边坡的稳定性较好，表明该综合降水方案具有可行性。在类似的降水工程中，可参考该方法，结合工程实际环境进行合理应用。