深基坑降水技术的探讨

摘要：我省地下水较为丰富，许多工程基础深度都在地下水位以下，这对深基坑施工中降水技术提出了更高的要求。本文结合深基坑工程实例，探讨了基坑降水方案选取、降水设计及施工等方面，并介绍了降水过程中对周边建筑物沉降、地下水的影响及防范对策，确保工程的顺利施工。

关键词：深基坑；地下水；降水；设计；施工

近年来，深基坑工程数量日益增加，基坑工程开挖规模也不断扩大。深基坑工程在开挖过程中，由于开挖面积大、临近水源处以及土的含水层被切断等原因，导致大量地下水渗入基坑当中，因此，基坑施工中降水技术就显得尤为重要。尤其是我省地下水较为丰富，许多工程基础深度都在地下水位以下，这一定程度上给降水技术提出了更严格的要求，以确保地基的承载力以及工程整体的安全。

1 工程概况

某基坑降水工程，基坑长约90m，宽约65m，基础埋深约8.0m，局部为9.8m。场地地层岩性从上到下依次为①层耕地、②层粉土、②1层粉细砂、③层卵石、③1层中粗砂、③2层圆砾、④层卵石。

场地地下水有一层，为第四系孔隙潜水，水位埋深4m左右，主要存在于③层卵石、③1层中粗砂、③2层圆砾、④层卵石中，含水层厚度>30m。以接受大气降水入渗、河流及地下径流补给为主，以蒸发、地下渗流及人工开采为主要排泄方式。此外，在场地附近1km的人工湖对该区地下水位有一定的影响，起补给作用。

2 基坑降水方案的确定

基坑降水方法有轻型井点法、管井法、电渗井点法、喷射井点法、深井井点法等等。此外也可以采用止水帷幕技术达到对地下水控制的目的。无论采用何种方法，都需要对场地的水文地质条件，场地环境进行全面细致的分析。在考虑降水方案在技术上的可行性、安全性、可靠性时，还需要考虑施工难度及经济上的合理性。

该基坑降水工程，基坑控制范围内的主要含水层为③层卵石，渗透系数达到600m/d，且50m深度范围内全部为卵石层，是一个典型的含水层渗透性强，厚度大的基坑降水工程。根据本工程场地地层岩性、水文地质特性及建筑物基础埋深、基坑面积及降水各种方法的有效性，综合考虑，确定采用管井降水方法，基底局部辅助明沟排水。为了防止基坑降水引起周边建筑的沉降，在基坑和建筑物之间布设了止水砂桩和回灌井。

3 基坑降水设计

3.1 基坑涌水量计算

基坑降水设计首先要对基坑涌水量进行准确的计算，根据地下水的类型确定计算公式，本工程基坑范围内主要为潜水。

选择潜水非完整井计算基坑涌水量：

式中：r0―基坑等效半径，m；a、b―基坑长宽，m；H―潜水层厚度，hm=（H+h）/2；R―降水影响半径， ；K―渗透系数。

深基坑含水层渗透系数的取值是否合理直接决定着基坑降水的成败。因此需要根据现场试验数据，结合邻近场地的已有经验确定含水层渗透系数。在本工程的基坑涌水量计算中，依据以上原则，确定卵石层的渗透系数为600m/d，基坑总涌水量计算结果为14.2×104m3/d，这一计算结果在降水初期与现场实测结果基本一致，在基坑降水至基槽以下稳定后基坑涌水量略微减少。

3.2 井间距及深度确定

井点间距及深度的确定不是由单个井点的出水能力所决定，而是综合考虑降水方法、地层含水层的渗透特性、基础深度、水文地质情况和类似降水工程施工经验数据及工程类比确定。在基坑降水中确定合理的管井间距迎水面为6m，其余为8m。设计降水管井终孔井深为22.0m，回灌井井深为10.0m。降水管井距基坑上口线以外2.0～3.0m，沿基坑周边封闭布设。

3.3 管井结构设计

管井结构设计综合考虑降水方法、基坑涌水量、抽水设备的能力、水文地质情况。在基坑降水工程中，降水管井设计开孔口径600mm，一径至终孔深度，后下入φ400mm水泥滤水管。降水管井安装水泥滤水管400mm，地表以下2m内安装水泥壁管。砾料选择φ2～3mm，四周均匀投砾，填至距地表2.0m时用粘土封井止水。滤水管外包裹透水性较好的尼龙过滤网。成井后应及时洗井，并抽至水清砂净，确保含水层的畅通。降水井（回灌井）剖面如图1所示。

图1 降水井（回灌井）剖面

根据涌水量计算流量，平均单井出水量约64.3m3/h，所以水泵选择QX120-22-5.5与QX80-22-3干式下泵型单相潜水电泵。

3.4 地面排水系统设计

在降水井轴线外，设置集水总管，水力坡度1%，根据断面大小分为3级，三级集水总管（φ400mm，排水能力为0.12m3）汇集不超过10口井的水，排入二级集水总管中，二级集水总管（φ630mm，排水能力为0.41m3）连通一级总管及三级集水管。一级集水总管选用2根Φ820mm的管及一条深1.5m、宽1.0m的明沟。通过设在集水总管线路上的沉淀池沉淀后，清水通过甲方指定的排水口，排入大河，从而减少了对河流的影响。

4 抽水试验

基坑降水方案确定后，需要进行抽水试验，以检验渗透系数的选取是否合理，水泵型号选取是否合适。同时，根据抽水试验的结果对降水的效果做出较准确的预测，以便及时调整方案，确保降水成功。在降水方案确定后，在工程场地进行了群井抽水试验，在对抽水试验结果充分分析后，确认降水方案设计中水文地质参数选取合理，井距、井深确定合适，降水方案合理可行。

5 降水井主要施工技术

管井施工工艺流程为：井位放线钻机就位钻井成孔验孔下管填砾洗井铺排水管道水泵安装电力安装抽水运行。

在钻进施工时，井孔应保持圆正垂直，要经常采用抽桶清理钻渣。井管下入前注入清水置换全井孔内泥浆，为防止井管上下节错位，将井管依井方向立直，吊放井管要垂直，并保持在井孔中心。砾料沿井管外四周均匀填入，保持连续，将稀泥浆挤出井孔。成井后应及时洗井，洗井过程中应观测水位及出水量变化情况。安装并接通电源，做到单井单控电路，并检查水位及电制动抽水装置和漏电保护系统。严格控制集水管的封闭性和倾斜方向，保证集水总管的长期稳定。联网统一抽降后应连续抽水，不应中途间断，需要维修更换水泵时，应逐一进行。开始抽水时，因出水量大，为防止排水管网排水能力不足，可以间隔的逐一启动水泵。抽水开始后，应逐一检查单井出水量、出水含砂量。当含砂量过大，可将水泵上提，如含砂量仍然较大，应重新洗井。

6 应急保障措施

深基坑降水由于基坑涌水量大，一旦停止运行基坑内水位会在几分钟内迅速抬升。因此，首先必须保证供电系统绝对有保障，在降水井运行期间配备了3台120kW的柴油发电机，并备足相应的燃料及人员，同时，确保发电机处于良好状态，以保证降水开始后不能停止。其次，降水用电采用双路供电，一旦停电，备用电源随时启动，做到万无一失。再次，降水开始后，准备足够的备用泵，初期可用大型号的水泵，正常运行期部分可换用较小型号的水泵。最后，降水井运行后，应安排专人负责管理运行，观测地下水位。

7 降水引起周边建筑物沉降及控制措施

基坑降水，一方面将使周边土层产生附加荷载而导致相应的沉降，另一方面将使周边地基土中部分砂土带入井中，给周边建筑物地基造成影响，因此，降水会对周围建筑物构成不同程度的危害。

根据降水影响地面沉降大小的主要因素，即：土体本构、降水维持时间、承压水的降深和降水井施工质量等因素，本工程结合现场实际情况，在基坑和已有建筑物中间布设了一排止水砂桩，以防止基础下部卵石层中的砂土进入降水井，给已有建筑物地基造成严重影响。同时，采用信息化施工，在已有建筑物周边布设了一排回灌井，持续监测建筑物的变形，若建筑物变形超出容许范围立即展开降水井回灌，以避免周边建筑物的地面严重沉降。

本工程从开始观测至结束，在7个多月时间内，对已建建筑物的24个观测点连续进行了20次沉降观测，结果累计最大沉降值5.39mm，最小值0.11mm，平均值1.93mm，从观测数据显示，通过采取相应的技术措施后，基坑降水对周围建筑物沉降影响不大。最后一次的观测数据也表明，建筑物沉降已趋于稳定。已建建筑物A2号点与A21号点的沉降量曲线图见图2。

图2 沉降量曲线图

8 降水对地下水的影响及预防措施

在河流地下水侧向补给两侧含水层的地段，傍大的影响。同时，由于傍河深基坑含水层通常渗透系数比较大，大量抽取地下水会对周边地下水径流产生较大的影响，并且影响范围较大。因此，在降水前需要评估降水对周边地下水的影响，包括影响范围、影响深度等做出判断，并解决由此带来的问题。在降水过程中，根据勘察报告和现场抽水试验确定含水层渗透系数为600m/d。在综合考虑基坑形状和涌水量后，对基坑降水对地下水的影响做出了准确的评估并采取了相应的措施。

一方面将基坑降水排出的水通过市政管道排出，以减少对河流的影响，另一方面通过计算准确的预测了地下水的影响范围和下降幅度，对影响范围内由于地下水位下降引起周边居民水井干涸给予提供供水和补偿，比较合理的解决了降水对周边居民生活、生产用水的影响。

9 结语

在本工程中通过选取合理的参数，设计出可行的降水、排水方案，建立了完善的应急保障体系，有效的降低了工程风险。变形观测表明，该基坑降水对周围建筑物未造成不良影响，深基坑工程施工得以安全顺利进行，为该类似工程场地的降水工程提供宝贵的借鉴经验。

参考文献：

[1] 黄显成；樊德强.深基坑降水技术的研究[J].建筑设计管理，2009年第7期

[2] 刘心泉；陈新秀；肖富祥.深井井点降水在深基坑土方开挖施工中的应用[J].黑龙江科技信息，2012年23期