毗邻天然河流项目大范围深井降水施工技术

杨凌卿 王浥帆

摘要：天然河流周边的地质情况各有不同，但是以冲积砂层及卵石层为主，透水性能好，孔隙型潜水丰富，地下水水头受河流的涨落影响较大。给工程项目的降水施工带来困难，尤其是含地下室的大规模小区建设（≥6 hm2）。结合滨湖印象（一地）商住楼工程降水工程施工实例，从方案设计、组织管理等方面剖析毗鄰天然河流项目大范围深井降水施工技术。

关键词：临河项目； 深井降水； 施工技术

关键词：TU753.6+6文献标志码：B

1工程概况

1.1项目概述

滨湖印象（一地）商住楼工程位于四川省温江区金马镇金泉社区十一、十二、十三组，占地6.6 hm2，由16幢高层和1幢商业服务楼组成，地下室1层，地下室建筑面积43 740 m2，总建筑面积18.86万m2。16幢高层的结构类型为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，1幢商业服务楼的结构类型为钢筋混凝土框架结构。项目毗邻金马河，直线距离260 m，地基持力层为稍密卵石，透水性能良好（图1）。

1.2水文地质

项目地貌单元为成都平原岷江I级阶地，地貌类型单一。场地原为居民耕植田地，整个场地平坦开阔，地面标高515.0～516.5 m之间，局部略有起伏。勘察期间场地东南侧开挖有较深的基坑，深度可达5～6 m，其标高低至510.0 m

场地地下水主要赋存于砂卵石层中，为第四系松散岩类孔隙潜水，略具承压性。卵石含水层厚度大、透水性较好，含水量较丰富。场地地下水主要接受地下水侧向径流及大气降水补给，具有侧向补给好，水流交替循环强烈，水位恢复迅速的特点。

勘察期间为枯水期，未测得稳定的地下水位，测得动态水位埋深4.1～5.9 m，标高509.90～511.01 m，场地局部基坑位置处可见地下水渗出地表。根据四川省地质环境监测总站对成都平原地下水动态长期观测资料，和以往邛崃附近区域勘察资料表明，场地位于成都平原冲洪积扇扇尾，地下水埋深较浅，枯、丰水期地下水位年变幅1.00～2.50 m，地下水丰水期多年历史最高水位约为2.0 m，标高约为513.5 m。本场地砂卵石含水层渗透系数建议值18 m/d。

2基坑施工方案

2.1深井降水工程对土石方开挖的要求

土石方开挖质量要求见表1。

待地下水位降至基坑开挖底标500 mm后方可开挖。根据本工程的特点，基础土石方开挖采用机械大开挖辅以人工修边捡底的方式，进行土石方开挖。开挖深度为5.0 m左右。基坑开挖下口开挖线以超出垫层外边800 mm，进行放坡开挖，放坡系数1∶0.5，见图2。

2.2基坑降水

2.2.1基坑降水要求

本工程的基坑降水深度，在综合考虑基坑支护和高层电梯井施工后，暂定为自然地面以下-7.0 m（绝对高程约508.75 m）。采用冲击成孔工艺成井，洗井至水清砂净之后，环形布管抽至基坑四周3级沉砂池沉淀后用作场地施工、清扫或者其他辅助用水，经过沉淀排入场地周围的排水沟中，流入规定位置。

2.2.2降水井设计

该场地地下水为孔隙潜水。主要赋存于第四系砂卵石层中，受大气降水、地下水径流补给。选择管井降水的方法。

2.2.2.1管井降水设计参数

根据工程地质勘察报告，参数取值如下：

地下水静止水位：由于施工期间，会跨越雨季施工，故按历史最高水位埋深取h0=2.00 m。

降水井设计深度暂定为22.5 m。

含水层厚度：H＝22.5-2.00=20.50 m。

基坑水位降深：S＝7.00-2.00=5.00 m。

渗透系数：根据勘察报告取k＝18.00 m/d。

2.2.2.2基坑等效半径r0

不规则块状基坑等效半径为式（1）。

r0＝A/π（1）

式中：A为基坑面积。

计算得：r0＝136.97 m。

2.2.2.3降水井单井影响半径

R＝2SkH＝192.09 m（2）

2.2.2.4基坑涌水量

按潜水非完整井稳定流方法计算见式（3）。

Q＝1.366kH2-h2mlg1+Rr0+hm-lllg1+0.2hmr0=5772.95 m3/d（3）

式中：Q为基坑涌水量（ m3/d）；k为渗透系数；h=H-S=15.50 m； hm =（H+h）/2=18.00 m；H为含水层厚度；r0为基坑等效半径；R为影响半径（m）；l为过滤管长度，取5.00 m。

2.2.2.5管井出水量

q=120πrsl·3k（4）

式中：rs为过滤器半径（m）；l为有效过滤管进水部分长度（m）；k为渗透系数；计算得到单井出水量为296.25 m3/d。

2.2.2.6井点数量

n=1.1Q/q=21.43（5）

根据成都周边降水经验，降水井间距35 m为宜，根据实际经验，整个施工现场外围共布置27口降水井。考虑到项目交付后，营运期间的景观、绿化用水，在中庭角落不影响出入处，再布置2口降水井。共计29口降水井。

2.2.2.7降水井深度

Hw＝HW1＋HW2＋HW3＋HW4＋HW5＋HW6=22.13～28.20 m（6）

取Hw=22.50 m与前面的设计基坑吻合。故降水井按22.50 m考虑并进行有关计算和取值是合理的。

式中：Hw为降水井深度（m）；HW1为基坑深度（m）；HW2为降水水位距离基坑底要求的深度（m），取2.50 m；HW3为Ir0，I为水力坡度，取1/10～1/15；r0为降水井分布范围的等效半径或降水井排间距的1/2（m）；HW4为降水期间的地下水位变幅（m），取1.00～2.00 m；HW5为过滤管工作长度（m），取2.50 m；HW6为沉砂管长度（m），取0 m，与过滤管共用。HW7为降水过程中井内最大水位降（最大动水位）；HW8= HW7-hi=26.50－2.50=24.00 m;HW8为降水井外地层水位；hi为水跃值，取2.50 m。

2.2.2.8降水水位预测

本次降水工程采用管井环行圈闭法降水，降水管井深未达基岩内属潜水非完整井，按水力坡度计算，管井降水水位预测式为式（7）。

S=HW8-LI=17.0－136.97×1/15=7.80 m＞7.00 m（7）

式中：S为基坑最不利点降水水位；L为降水井距基坑最不利点的距离；I为水力坡度。

取降水基坑范围内最不利点验算，启动基坑29口降水井后，最不利点降水到7.80  m，降水满足设计要求。

2.2.3抽水设备和排水设备

2.2.3.1抽水设备

根据设计的单井流量和设计降深，抽水设备采用200QJ32-32/4型潜水泵，额定流量为32 m3/h，扬程32.00 m。泵头下置深度距井底1.5 m。

2.2.3.2排水系统

总要求：排水线路的铺设、排水管及沉砂池的设置应符合场地的整体规划。

各单井出水后经过主水管串联，经沉砂池沉淀后用作场地临时用水、清洁用水后，经过预先修建的预制混凝土弧管与村民排水系统相连，严禁排水系统渗漏和回灌。降水工作一经运转，抽出的地下水应安全排放，既不能渗流入基坑及附近范围内，也不能影响周边交通和污染环境。

降水井至沉砂池之间铺设排水钢管形成主排水管，降水井排水管接入主管，排水主管沿基坑布设，排入沉砂池中。沉砂池的设置根据现场情况布置，拟设4个沉砂池，经沉砂池三级沉淀后排入指定排水系统。

2.2.4降水井施工

施工流程：降水井井位测量—凿井—焊接井管（滤管）—放置井管（滤管）—填滤料—洗井。

2.2.4.1测量放线

根据现场给定的控制点及降水平面图和相关设计文件，测量放出各井位，并打入木桩，涂上红油漆作标记。

2.2.4.2凿井

基坑支护设计文件采用CZ－22型冲击钻机成井，泥浆护壁工艺成孔，要求成孔井径为550～600 mm。由于降水井紧贴护壁桩，冲击钻机成井，其较大的冲击振动对紧贴降水井的护壁桩将产生不利影响，水井定位后不能随意移位施工。井身保持圆正，以确保填砾厚度。井身保持垂直，顶角的倾斜不得超过1°。

冲击钻机成井，采用泥浆护壁工艺成孔。钻机就位安装好后，核对井位，为防止破坏场地内地下管线，人工开挖1.50 m深，埋好护壁管，管径为600 mm，护壁管埋设完毕后开始钻进成孔，采用泥浆护壁，施工时保持孔内泥浆高度，防止垮孔。

在成孔中有大量泥浆，为了保持施工场地的整洁，应先在井点旁挖一个约10 m3的坑作为泥浆沉淀池，待泥浆沉淀后同开挖土方一起挖出运走。

2.2.4.3吊装井管（滤管）

经现场技术负责人验收合格后，用抽筒清孔，吊装井管。井管之间焊接牢固，安装垂直。若采用旋挖钻机成孔，由于孔径较大，為保证井管居中，需在井管上设置钢筋支架。

2.2.4.4填砾

按设计要求，填砾规格5～10 mm砾石，填砾厚度不小于120 mm。填至距地面3 m左右采用黏土回填封闭。滤料的实际填入量不应小于理论计算量。

2.2.4.5洗井

采用空压机、活塞联合洗井，空压机洗清之后再用活塞洗井；重复以上洗井过程，洗井至井管通畅、水清，达到出水细砂含砂率小于1/10000，中砂含砂率小于1/20000，粗砂含砂率小于1/50000，以保证抽水设备正常运行，满足工程降水需要。

洗井时间的控制：每井活塞洗井不少于两次，每次提拉活塞不少于2 h，空压机洗井不少于2个台班，以确保降水质量。

2.2.4.6施工材料控制

黄泥：泥浆护壁时加入孔内，作孔内泥浆护壁用，用量约1车。

滤料：成孔完毕，放入井管后，填入滤料，滤料规格一般为5～10 mm砾石，用量约3.50 m3/口井。

井管：按设计，每口井9根，其上部3根为井壁管，中部5根为缠丝滤水管，下部1根沉砂管。

水泵：抽水设备可采用200QJ32-32/4型潜水泵，额定流量为32 m3/h，扬程32 m。共需32台，其中3台备用。

排水管：降水排水管采用DN150 mm普通焊管，法兰盘加胶垫用螺母连接，连接简单，方便安拆。

2.2.5降水过程控制

抽水前应统一测一次各井静止水位。降水井施工完成后，根据工期安排，应提前于土方开挖前1周开始降水，且必须保证抽水的连续性，不得长时间停顿，如水泵损坏，应及时更换。

在降水井点使用前应进行试抽水，确认出水正常无漏水，保证连续不断抽水。

抽水开始后，在水位未达到设计降水深度以前，每天观测三次水位。水位达到设计降水深度后，可每天观测一次水位（水位观测允许误差为±5 cm），使降水符合设计要求。如有异常，应及时向工长及项目负责人汇报，并得到及时处理。

根据水位、水量观测记录，查明降水过程中的不正常状况及其产生的原因，及时提出调整补充措施，确保达到降水深度。

在降水开始的第1个月，应每天定时测量水中的含砂量，并作好记录，含砂量可采用专用测砂量杯测量，控制值为细砂含砂率小于1/10000，中砂含砂率小于1/20000，粗砂含砂率小于1/50000，否则须采取相应措施；1月后，含砂量减少、稳定后，测量间隔可适当延长至3～5天。

抽水设备定期保养，降水期间不得随意停抽。

现场准备备用水泵3台与适当数量排水管等。更换水泵时，测量井深，掌握水泵安装的合理深度，防止埋泵。

现场应准备备用一台500 kW柴油发电机，当发生停电时，及时切换电源，保持正常降水。

降水期间做好降水台班及过程记录。

2.3排水管布置

根据实际情况，本着经济适用的原则，该工程按照局部集中布井的原则布置排水管。

该项目由于周边市政配套设施有待完善，目前尚无市政排水接入点，经协商降水井排水接入原农田排水沟渠。

3结束语

滨湖印象（一地）商住楼工程占地广阔，毗邻金马河而建，地下水丰富，且周边尚无成形的市政给排水管网。通过对该项目打井、布管的设计分析及施工验证，为今后类似工程的施工，积累了经验，并取得较好的经济效益和社会效益。

可以得出结论：

（1）施工前应认真搜集、调查该项目的地勘报告和金马河的水文资料。与市区工程项目相比较，郊外且临河工程项目涌水量大、地下水位高，砂卵石含水层渗透系数及有关计算取值应充分考虑该影响因素。

（2）大范围的排水管网，井距及沉淀池设置很重要，科学设置可以有效避免堵管和泥沙淤积。根据施工验证，井距按35 m设置最经济，降水施工从2013年3月底至今未出现堵管现象。

［作者简介］杨凌卿（1986—），男，本科，高级工程师，主要从事项目管理，资产管理工作。

［通信作者］王浥帆（1980—），男，硕士，正高级工程师，主要从事施工生产、项目管理工作。