管井降水在主、副、风井明槽开挖施工中的应用

[摘要]：通过对某矿主、副、风井明槽基础的地质分析，详细介绍了明槽基坑开挖前井点降水的计算及井点布置，阐述了管井施工工艺及注意要点，从而确保降水效果的实现，积累了井点降水在冻土（含鹅卵石）基坑开挖中的应用经验。

[关键词]：基坑，冻土，管井，涌水量，渗透系数

在基础工程施工中，地下水降水处理是建设者首先面临且又必须解决的难题。如何解决大基坑冻土降水是基础工程施工中最棘手的问题。尤其在牙克石高寒地区，由于地质复杂且 降水施工经验少，降水方面的传统钻井工艺方法解决不了成井施工问题，我们在五九煤炭集团胜利矿主井、副井、风井明槽开挖施工中做了大量试验研究，利用新型钻机成井工艺方法井点降水比较成功地解决了大基坑冻土（含鹅卵石）成井降水难题，取得了良好的施工经验。

1.管井井点降水的基本特点

管井井点降水是指开挖主井明槽基坑时，根据水文地质条件，在基坑周边开挖或回填形成钻机工作面，采用相同管径、相同或不同深度的降水管井，通过降水管井降低地下水位的一种降水方法。管井降水的特点是降水速度快，能迅速将基坑（槽）中的地下水位降至基坑（槽）底部以下；具有可调性和人为控制性（可根据单井出水量和周边环境及基坑要求随时调整基坑底部的地下水位）；能有效地阻止周边的地下水进入基坑；能有效地改善基坑边坡土体的力学性质，提高边坡稳定性；能有效阻止液化层的液化及流砂、涌浆及底板突鼓现象的发生；工程造价低。

2.工程概况

主、副、风井明槽基础地下水为第四系孔隙潜水，水量大，埋藏在②层砾砂层中。钻探期间地下水初见水位埋深1.20米，稳定水位埋深在0.80米，水量来源于大气降水直接渗入补给及地下水侧向补给。本区域存在季节性冻土和多年冻土，季节性冻土标准冻深为3.0米，最大季节冻深按3.2米考虑；在9米处有永久冻土层，为非衔接性多年冻土。基础埋深处为11、7米，名槽开挖平面尺寸为：46（18）m×58m，坐在③层砾砂上，基础深度范围内主要为砾砂。地质情况如表1所示。

表1 地质情况表

地层 ①层腐殖土 ②层粉质粘土 ③层砾砂

渗透系数/m·d-1 5 15 180

厚度/m 1.5 1.0 10

根据工程特点及经验选择管井井点降水，考虑常年冻土下无水，故井深设计为12 m，深入常年冻土层3米，管井直径为400 mm塑料管。

3.降水施工计算及结构、技术要求

3.1基坑涌水量和管井数量计算（以主井明槽开挖降水为例）

本降水井按照均质含水层潜水型完整井进行计算，按基坑远离地面水源，见图1。

图1 均质含水层潜水型完整井基坑涌水量计算简图

（1）

=1.366×200（2×9-9） ×9/lg（1+763.68/29）=15367.5（m3/d ）

式中： Q——基坑涌水量（m3/d）；

K——土壤的渗透系数（200m/d）；

H——潜水含水层厚度（9m）；

S——基坑水位降深（9m）；

R——降水影响半径；对潜水含水层按下式计算：

R*2S * （2）

=2×9× = 763.68

式中：

K-土的渗透系数（200m/d）；

r0-基坑等效半径；对矩形基坑的等效半径按下式计算：

r0=0.29（a+b） （3）

=0.29×（32+58） =26（m）

式中：

a、b-分别为基坑的短、长边。

（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岩；（c）基坑位于两地表水体之间；（d）基坑靠近隔水边界

降水井（管井）数量计算

（4）

=1.1×15367.5/510=33

式中：

Q——基坑总涌水量；

q——设计单井出水量；

管井的出水量q（m3/d）按下述经验公式确定：

q=25×24×0.85=510（m3/d） （5）

管井数取33个 ，基坑中心降水9m。

3.2管井的结构及技术要求

管井由滤水井管、扬程水泵等组成。其特点是排水量大，降水较深，水泵设在渗透系数较大，地下水丰富的土层、砂层。但管井属于重力排水范畴，吸程高度受到一定限制，要求渗透系数较大（1～200m/d）。

1）井点构造与设备

① 滤水井管

整个管井用透水较好的塑料滤水管，保证透水系数大于地下水的渗透系数。

② 水泵

每个井均安装一台QS-50405.5千瓦出口30米的扬程水泵，流量在25m3/h。

2）管井的布置

3）沿基坑四周程直线形布置，井中心距基坑（槽）边缘的距离不小于5m，用新工艺外套筒旋转钻孔法成井，平面布置见图2：

图2：平面布置图

3）管井埋设

管井埋设采用新工艺外套筒旋转钻孔法成孔。避免了钻孔期间塌孔、钻孔底部比水泵深500mm以上。井管下沉后用泥浆泵先抽洗泥浆水，冲除沉渣并将泥渣清出井外，然后下潜水泵排水。

4）管井的使用

管井使用时，应经试抽水，检查出水是否正常，有无淤塞等现象。抽水过程中应经常对抽水设备的电动机、传动机械、电流、电压等进行检查，并对井内水位下降和流量进行观测和记录。井点降水使用完毕，将水泵提出后用砂砾填实，上部50cm深用粘性土填充夯实。

4.降水管井制作、安装

4.1 降水井施工工艺流程

成孔井管安装滤料围填洗井抽水。

4.2 成孔

根据本工程地层特征，降水井成井采用返循环外旋转套筒钻机成孔。钻机就位时底座必须保持平稳。准确控制好钻进深度。在钻进过程中，如出现钻杆跳动、不进尺等异常情况，应立即停机检查原因。如发现不良地质现象，应及时汇报。对成孔设备的机械性能要经常检查、维修，以防止发生机械和人身事故。

4.3 井管安装施工步骤

1）将两根分岔的钢丝绳插入水泥托盘四个孔中。然后用四个钢钎插入钢丝绳的活扣中，捆轧固定好第一个井管于托盘之上，将托盘提吊起，徐徐落下使托盘与井管放入井中。

2）在井管接口处，应采取纱布等措施。

3）再下入井管时用铁丝将细竹杆捆轧在井管四周，防止井管接口处错位。

4）全部下管完毕，使井管在井孔中稳定后，抽掉钢钎使钢丝绳与托盘脱离，为保持四周滤料围填均匀，井管中心应与孔中心重合，然后将外套筒及钢丝绳提出井外。

5.滤料围填

在井管安装完毕后，向井管与孔壁的间隙围填滤料，以保证所建降水井具有良好的过滤作用和透水性。当井管全部下入井孔后，应立即进行填料，内外均用碎石围填，以防泥浆沉淀或塌孔。内部填1m高，外部填至井口顶部。围填滤料时应均匀从井管四周向井孔内慢慢均匀投撒，要防止滤料填不到的预定位置，而中途篷塞。

6.洗井

洗井是为了清除井孔内泥浆，破坏孔壁上的泥皮，冲洗掉井孔附近含水层中的泥土等细颗粒物质，以便在筒井管四周形成良好的天然反滤层，从而增大井孔周围含水层的渗透性，使井的水量增大。使用污水泵洗井。

安装深水泵，将抽出的地下水排入总排水管道。在基坑的东面、南面、西面用挖机形成宽2米深1米管沟，水泵抽出的水用75mm直径水管流入管沟，管沟再流入矿外河内

7.结语

建筑基坑特别是冻土基坑的降水工作直接影响到工程的质量及工期，若降水井布置合理，井管、滤料选择正确，成井工艺地质条件，运行、管理措施得力，可以确保工程施工安全顺行。本工程基坑开挖采取了管井降水措施，既经济又实用。在相关措施的保证下，施工取得了较好的效果。