轻型井点在局部集水坑降水中的应用

李博　关世杰　程亮　王春艳

摘 要：一些基坑工程中，当土方大面积开挖至基底，会进行局部集水坑、电梯井、塔吊基础坑等的开挖。如果这时候遇到地下水，会影响局部坑体边坡的稳定。在进行上述部位地下水降水的过程中，大型成井设备对场地要求高，施工中容易对基底产生扰动。在基坑开挖施工过程中，根据工程地质、水文地质条件选取合适的基坑加固及降排水措施十分必要。根据轻型井点钻进效率高、场地条件需求低、污染小以及在黏土层与粉细砂层中降水效果明显等特点，在实际工程中进行了集水坑的降水尝试，根据地质条件进行了井点的布设和机具的选择，最终解决了局部加深集水坑的降水及开挖工作。

关键词：轻型井点；基坑；集水坑；降水

Application of light well point in local catchment dewatering

LI Bo^1，2， GUAN Shijie^1，2， CHENG Liang^1，2， WANG Chunyan^3

（1. Beijing Institute of Ecological Geology， Beijing 100011， China;

2. Beijing Geo-Engineering Company， Ltd.， Beijing 100143， China;

3. Beijing Institute of Geo-Environment Monitoring， Beijing 100195， China）

Abstract： In some foundation pit projects， when a large area of earth is excavated to the base， local catchment pit， elevator shaft， tower crane foundation pit， etc.， will also be excavated. If groundwater emerges at this time， it will affect the stability of local pit slope. In the process of groundwater precipitation， large well equipment is required， which has a high demand on the site conditions， and is easy to cause disturbance to the basement during construction. In the process of foundation pit excavation， it is necessary to select appropriate reinforcement and drainage measures according to engineering geology and hydrogeology conditions. Light well points features high drilling efficiency， low demand for site conditions， little pollution， and obvious dewatering effect in clay layer and fine sand layer. In actual projects， the well point layout and the selection of machinery and tools were carried out according to the geological conditions. Finally， the dewatering and excavation of local deep drainage holes were solved.

Keywords： light well point; foundation pit; a watering hole; precipitation

随着我国城市化进程加快，深基坑工程十分普遍，基坑开挖过程中会遇到地下水。针对大面积、大降深的降水工程，一般采用管井降水，管井的成井工艺主要有正、反循环，冲击钻、旋转钻等。但过度开采地下水，往往会造成城市地面沉降，许多城市已经提倡优先采用止水、隔水等措施，并对基坑中抽取出的地下水采取回灌措施，富余的水也优先进行施工使用、降尘、浇灌、清洗等用途，以达到节约水资源、综合利用的目的（王进利等，2018）。

以北京地区为例，许多项目采用止水帷幕结合内部疏干的止水措施，能够满足基坑地下水位整体位于基底以下0.5 m，满足施工需求，但局部加深的集水坑、电梯井、塔吊基础坑等往往成为降水施工的重点、难点，局部坑体处于含水层内有流沙危险因而难以开挖成型（曹辉等，2020）。以往预先施工的降水井难于保护或降水效果不好，开挖至基底附近再进行降水、止水施工又容易对基坑底部土体产生扰动。而轻型井点设备简单、易于操作、便于管理的特点给我们提供了新的方法。本文以崔各庄棚户区改造土地开发项目为例，采用轻型井点降水方法，以较小的成本投入解决了局部加深集水坑降水及边坡开挖的问题，节约了工期。该项目中轻型井点降水管的布设、井点机组管材以及附件的选用、基础型真空射流降水泵的布置和其他技术措施对于今后类似工程具有一定借鉴作用。

1  工程概況与水文地质条件

1.1  工程概况

崔各庄棚户区改造土地开发项目场地位于北京市朝阳区崔各庄乡，在地貌上属于永定河洪积扇中部。项目包含12栋高层住宅楼及地下车库，一个基坑整体开挖，开挖深度基础底标高普遍为-9.85～-10.22 m（图1）。基坑支护形式根据支护深度、工程地质条件及周边环境的不同采用桩锚支护和复合土钉墙/土钉墙支护。高层住宅楼采用CFG桩复合地基，车库采用天然地基。

1.2  水文地质条件

勘察在钻探40.0 m深度范围内观测到2层地下水位，水位埋深受季节、气候、降雨、地下水回灌以及周边施工降水等因素影响而有所变化。

第一层地下水类型为上层滞水。该层地下水稳定水位埋深为7.00～8.50 m，主要赋存于③层砂质粉土—黏质粉土、③2层粉砂层中，③1层粉质黏土为弱透水层，主要补给来源为粉砂层及粉土层中的残留水或场地内回填坑内的积水及雨水下渗。北侧区域由于离东北侧基坑较近，受北侧基坑降水的影响作用大，造成了此层水局部缺失；南侧区域由于离东北侧基坑稍远，持续降水的影响作用小，南侧离东北侧基坑抽水较远区域水量偏多。此层地下水主要受东北侧基础施工基坑持续降水及地下水回灌以及雨雪水下渗的影响较大。

第二层地下水类型为潜水。该层地下水稳定水位埋深为10.50～12.70 m，场地内均有分布。该层水主要赋存于④层粉细砂、⑤层黏质粉土、⑥层砂质粉土-黏质粉土、⑦层黏质粉土、⑦2中细砂、⑧层中细砂层内，水量丰富。稳定水位为钻探结束24 h后量取，主要补给来源为大气降水入渗、地表水入渗、地下水回灌等。由于本场地地下水埋藏较浅，蒸发、水平侧向流出和人工开采是主要的排泄方式，因此不同季节、不同时期的水量和水位变幅较大。即：可能因拟建场地附近建筑施工降水，致使水位降低；亦可能因暴雨积水、管道漏水渗入、地下水回灌等增加补给量，东北侧基坑停止施工降水等原因形成较高水位。

1.3  施工难点

基坑止水方案采用三轴搅拌桩止水帷幕结合内部疏干井的措施，并在肥槽内设置汇水明沟，统一抽排至基坑上部排水系统，满足了基坑整体开挖的降水需求。局部加深的集水坑、电梯井基础底标高达到或超过了止水帷幕底标高，基坑开挖期间处于雨季丰水期，局部集水坑降水出水量2～6 m3·d-1，平均降深为0.66 m，最深处达2 m。

项目最初设计考虑通过基坑内部疏干井抽取地下水来控制集水坑水位，基坑开挖前结合各楼座集水坑位置对疏干井位置进行了优化，使各集水坑上口四角及坑内均有疏干井，但疏干井材質为? 400无砂水泥井管，在基坑土方开挖及CFG桩施工过程中，大部分疏干井遭到了挤压损坏，保留下来的部分也有填埋情况发生，导致能用于抽水的疏干井寥寥无几。此时基坑已开挖至基底，CFG桩施工完毕，伴随着清槽，集水坑的开挖已迫在眉睫。

2  降水方法选择

技术人员对集水坑地下水处理已采取的措施和降水效果进行分析后（表1），确定采用轻型井点工艺继续降水，分析过程如下：

1）《岩土工程勘察报告》给出，主要基底土层③层砂质粉土—黏质粉土渗透系数K为0.2 m·d-1，③1层粉质黏土的渗透系数为0.03 m·d-1，③2层粉砂的渗透系数为20 m·d-1。在这样的情况下，疏干井对集水坑地下水降水效果收效甚微，再行施工管井降水仍旧无法保证降水效果，也会对已开挖出的基底产生较大影响，因此井点降水不可行。

2）基底普遍位于④层粉细砂中，基坑开挖至基底-10.0 m再往下开挖集水坑时，坑壁发生了流砂，致使坑壁无法开挖成型。这时候已经进行了CFG桩复合地基的清槽工作，大型机械设备已经无法就位，再行回填势必会对基底产生扰动并增加工期，因此高压旋喷桩止水帷幕难以实施。

3）轻型井点设备机具简单、使用灵活、拆装简单，成孔效率高，对基底扰动小，投入的人力、物力小、施工用电小、节约施工成本（郭一男，2021）。根据JGJ 120-2012《建筑基坑支护技术规程》表8.1.2，结合本场地地层岩性分层特性和地下水基本情况及开挖进展，决定采用轻型井点地下水控制方法。

3  轻型井点降水

3.1  轻型井点原理

轻型井点是根据射流原理制作形成的降水形式（万敏等，2020），由真空泵、离心泵、管路、集水箱及电机等组成（张静等，2021）。它将较细的滤水管沉入含水层内，上部井点管通过弯连管最终连接汇水总管，总管利用抽水设备将地下水从管内不断抽出，使原有地下水位降低到基底以下。轻型井点又叫真空井点（廖巍崴等，2022）。

3.2  降水参数设计

1-12号楼共计22个消防电梯集水坑，每个集水坑下口尺寸2.0 m × 1.5 m，各单元集水坑开挖深度约3.15 m（自各楼座大面基底面向下），放坡60°，筏板厚及外扩1.0 m，单个集水坑上口尺寸7.14 m × 7.64 m。井点沿集水坑上口外0.5～1.5 m布置，间距1.0～1.5 m（图2）。

根据本场地的实际情况和进度要求，沿各个单元基坑上口开挖线外侧0.50～1.50 m处，周边划线布设井点降水管（王红军，2021）。井点降水管的间距为1.00～1.50 m、长度为5.00 m（图3），呈闭合状形成“止水帷幕”，以阻止集水坑开挖后外围侧向地下水的涌入，同时抽取基坑内土体的孔隙潜水。

3.3  井点机组管材、附件与施工

为达到最佳的真空负压度和压缩比率，为了提高抽取土壤渗水的效率，井点降水管的直径为32 mm，集水总管为直径50 mm，均为轻型井点降水专用管，不裂缝，不漏气，材质为PPRE。各个连接部采用能观测水流量的透明三通连接器。接口部采用拉伸密封膜密封缠绕，而确保各个接口不漏气，从而提高降水效率。

本次降水施工的井点止水管和井点降水专用管下端1 000 mm长为滤水管，滤水管圆孔密度≥20%左右，滤水孔直径8～10 mm。外用80目玻纤维尼龙滤水网缠绕包裹两层半，用22#铁线上部、中部、下部分3步绑牢，防止脱网漏砂土。降水施工井点冲孔时，如有遇到特殊土壤土层，应结合现场施工基坑的深度、宽度等实际情况进行布置。井点成孔采用专用井点成孔机械设备，钻杆长5.50 m，配用高压水带与高压射流水泵连接。

采用冲扩法安插井点降水管，由打孔机运转同时向地下注入高压水，将打孔机对准点位垂直插入井点孔，边冲边拔边旋转并保持打井管垂直，调整水压和冲扩速度，保证冲孔直径不低于150 mm，待冲沉至设计底标高下0.4 m时，打孔冲扩停止冲沉，再冲洗30 s左右将底部泥浆随水冲出，切断水源后，迅速垂直拨出打孔机，随即将井点降水管对准井孔中心垂直插入，同时立即在井点降水管周围，填满水洗的中粗沙。每孔填充量 110～135 kg，以将降水滤管以上3.00 m埋设为宜（图4）。

填沙后，应将井点止水管和井点降水管向上提200～400 mm，并上下来回活动井点降水管，让沙充分黏附管壁周围。然后上口200～300 mm改填黏性土捣实。当井点降水管达到设计高度后，将井点降水管固定并将管顶临时封堵。当井点降水管全部成孔插管完成后，将管顶临时封堵打开，向井点降水管内灌水，当清水灌入后，迅速下沉，或者井点降水管自动返水，证明井点成孔合格。检试完成后，确定每个井點降水管的出水效果，没有死井死管，再将井点降水管和集水总管用透明连接集水三通连接，并用拉伸密封膜缠绕牢固，后组装真空降水泵机组，进行井点降水的运行。

3.4  基础型真空射流降水泵的布置

为提高抽水速度和效率，本次降水工程每个单元基坑设置一台3.0 kW的真空射流降水泵。

成套设备安装中，根据现场成孔观测判断地下水径流的方向，距离再做相对应的调整。

基础型真空射流降水泵设备进水口直径为? 60 mm，用透明连接集水三通器将集水总管井点管连接成集水系统，集水管最后端用管堵头密封不漏气，前端接? 50 mm钢丝软管，通过止回阀门器与真空降水泵进水入口连接（图5）。

3.5  其他技术措施

1）防塌坡技术措施

经过与勘察、设计单位沟通，对于局部集水坑侧壁塌落部位，采用砖胎膜砌筑或混凝土拍坡的方法，开挖后配合降水及时处理，处理时应将斜坡上CFG桩头位置留出。

2）备用电源措施

为了不影响施工的进度，防止因停电造成水位回升泡槽或者边坡坍陷，保证降水维护期间抽水持续作业，电源保障采取如下措施：在原有供电系统的基础上，配备自动切换装置，采取发电机组作为第二路供电系统，为应急备用电源。

3）降水施工设备物资准备

降水施工前，轻型井点降水设备在进场前进行全面检修，要求设备完好率达到100%，为避免突发事件的发生，基础型真空射流降水泵和配套的管材设备应在计划内多预备10%。

4）泥夹层的处理

为了加快泥夹层上部水快速流到下层，采取加密管井井点，用套管和水枪在井点轴线范围之外打孔，用安装井点管相同成孔作业方法，内部填满粗砂，形成2～3排砂桩，使地层中上下水贯通。

3.6  降水效果

轻型井点成孔非常高效，设备运行简单、施工方便（徐更晓，2021；叶国强，2021；杨志强，2022）。成孔施工完毕，管路连接好后开始抽水。24 h内降水效果明显（图6），肉眼可见水位逐渐下降（配合明排水泵效果更好），集水坑开挖时边坡侧壁无明水渗出。48 h后降水到位，降水漏斗控制在集水坑底以下，满足施工进度要求。降水效果达到如下预期效果：①基坑内土体含水率≤12%，②基坑整体水位降至深度各个单元基坑基底标高以下0.50 m，③基坑开挖后基坑底部无明水。

4  结论

轻型井点降水能达到的效果：1）在软土路基，地下水较为丰富的地段应用有着明显的施工效果。2）可减少基坑开挖边坡坡率，降低基坑开挖土方量。3）开挖的基坑施工环境好，各项工序施工方便，大大提高了基坑施工工序。4）机具设备简单、易于操作、便于管理。5）开挖好的基坑内无水，相应地提高了基坑施工工序。该方法成井周期短、钻进效率高、场地条件需求低、影响小、噪声小、污染小，在黏土层、粉细砂层中降水效果明显，能够很好地解决以往基底施工降水井对场地要求高、扰动大、成本高等一系列问题，在基底局部加深集水坑的降水施工中取得了很好的效果。

施工中应注意与其他工序的衔接配合，比如将轻型井点汇水管隐蔽于褥垫层内、真空泵功率、扬程的选择以及位置的设置等，避免对下道工序产生影响。

参考文献

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收稿日期：2022-12-29；修回日期：2023-03-16

第一作者简介：李博（1983- ），男，硕士，高级工程师，主要从事岩土工程工作。E-mail：87441475@qq.com

引用格式：李博，关世杰，程亮，王春艳，2023.轻型井点在局部集水坑降水中的应用［J］.城市地质，18（3）：83-88