深井在降水工程中的应用

□曹建辉(河南省水利第二工程局)

降水工程系指通过降水设计和降水施工，排除地表水体和降低地层中滞水、潜水、承压水、基岩水、岩溶水等地下水的水位，满足建设工程的降水深度和时间要求，并对工程环境无危害性影响。

一、深井降水概念

深井(管井)井点，由滤水井管、吸水管和抽水设备等组成。具有井距大，易于布置，排水量大，降水深（＞15m），降水设备和操作工艺简单等特点。适用于渗透系数大(20～250m3/d)，土质为砂类土，地下水丰富，降水深，面积大，时间长的降水工程应用。

二、深井设计

（一）设计步骤

第一步将基坑进行等效化为一口大井；第二步确定基坑总的涌水量；第三步确定单井出水量；第四步确定井的数量。

（二）参数的确定与计算

1.水位降深的确定

水位降深在满足施工要求的时候，应尽量选择较小水位的降深，一般降到操作面下0.5m即可(有特殊要求的除外)，这样可最大程度上避免降水对地层的影响，不至于造成地基承力的下降。

2.井深及井径的选择

井深主要是根据水位降深、所需要的单井出水能力、水泵的进水口的位置、含水层的厚度、及泥浆淤积深度等因素进行选择。

井径的选择要综合考虑以下几种因素：单井要求的出水量；水泵的直径；当地施工机械及井管的规格，如选用市场常用的规格，价格可能会便宜，对控制成本有益。

3.渗透系数的选择

渗透系数是降水计算中重要的参数，此参数可以从地质报告中选取，但在大面积布井前，须重新验证，或者搜集附近的实际数据作为参考。

合理利用安全人机工程学的原理对设备、设施进行优化。注意设备的保养与维护，编制严格、多层次设备的维修和检修规程；尽量采用具有互锁装置的设备，以有效避免人员误操作；对于特殊作业的设备必须满足相应的安全性能，如水下设备须达到相应密封要求，临电全部采用三相五线制，用电设备有漏电保护、接地，同一水平、垂直工作面上下电源实行单向联锁供电装置；合理利用人机工程学中的视觉原理设计安全警示牌，对于特殊环境设置检测装置、联动光电报警装置等，积极探索试行安全“目视化”管理。

4.含水层厚度的取值

含水层的厚度也是一个重要的参数，但地质报告中一般不给出，如果没有地区经验，只能通过综合考虑以往施工经验和降水井的深度及地层的规律来确定。也可事先假定一个数值，按完整井模型，采用使含水层厚度按每1m的间隔递增，计算总的涌水量，然后按非完整井的模型计算总涌水量，最终它们会有一个重合点。这样可以利用这一重合点，并结合以往经验综合确定含水层厚度。

5.深井降水计算

深井单井计算较为简单，计算结果一般与实际较为吻合。但群井计算结果就千差万别(群井中单井的出水量)。降水时，由于一般要采用一个以上的井，降水井同时抽水时，互相形成干扰，无法以单井的计算来判断水位的降深，实际上这些井形成了干扰群井。群井总的涌水量计算公式，一般采用近似拟合的方法得出，总涌量各个规范或者计算手册上所列公式的计算结果一般相差无几，且物理意义明确，很容易理解，具体施工时可以参看《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)、《建筑与市政降水工程技术规范》(JGJ/T111-98)或者《建筑施工计算手册》。降水施工中最重要的一环是确定单井的出水量。

（1）管井数量确定

用总的涌水量除以单井出水量，再加以一定的富余系数即可确定，且此富余系数一般≮1.1。

深井一般沿基坑周围离边坡上缘2m左右环形布置，施工允许的情况也可在基坑中布置一部分井 (这样降水效果更好)，井点应深入透水层6～9m，通常应比所需降水的深度深6～8m，井距一般为8～15m，井距太大时降水效果不好，如果计算出的数据使井间距＞15m，一般要进行修正。这其中还要考虑到有些水泵坏时，维修的间隔不能给附近水位造成过大的提升，也就是说要有一定的富余度。

三、降水对周围环境的影响及其防范措施

在降水过程中，由于会随水流带出部分细微土粒，再加上降水后土体的含水量降低，使土壤产生固结，因而会引起周围地面的沉降，在建筑物密集地区进行降水施工，如因长时间降水引起过大的地面沉降，会带来较严重的后果。为防止或减少降水对周围环境的影响，避免产生过大的地面沉降，可采取下列一些技术措施：

（一）采用砂沟、砂井回灌

在降水井点与被保护建 (构)筑物之间设置砂井作为回灌井，沿砂井布置一道砂沟，将降水井点抽出的水，适时、适量排入砂沟、再经砂井回灌到地下，实践证明亦能收到良好效果。

（二）使降水速度减在砂质粉土中降水影响范围可达80m以上，降水曲线较平缓，为此可将井点管加长，减缓降水速度，防止产生过大的沉降。亦可在井点系统降水过程中，调小离心泵阀，减缓抽水速度。还可在邻近被保护建(构)筑物一侧，将井点管间距加大，需要时甚全暂停抽水。

为防止抽水过程中将细微土粒带出，可根据土的粒径选择滤网。另外确保井点管周围砂滤层的厚度和施工质量，亦能有效防止降水引起的地面沉降。

四、降水施工时应考虑的因素

一是布井时，周边多布，中间少布；在地下补给的方向多布，另一方向少布。

二是布井时应根据地质报告使井的滤水器部分能处在较厚的砂卵层中，避免使之处于泥砂的透镜体中，从而影响井的出水能力。

三是钻探施工达到设计深度后，根据洗井搁置时间的长短，宜多钻进2～3m，避免因洗井不及时导致泥浆沉淀过厚，增加洗井的难度。洗井不应搁置时间过长或完成钻探后集中洗井。

四是水泵选择时应与井的出水能力相匹配，水泵小时达不到降深要求；水泵大时，抽水不能连续，一方面增加维护难度；另一方面对地层影响较大。一般可以准备大中小几种水泵，在现场实际调配。

五是降水期间应对抽水设备和运行状况进行维护检查，每天检查不应少于3次，并应观测记录水泵出水等情况，发现问题及时处理，使抽水设备始终处在正常运行状态。同时应有一定量的备用设备，对出问题的设备能及时更换。

六是抽水设备应进行定期保养，降水期间不得随意停抽。当发生停电时应及时更新电源保持正常降水。

七是降水施工前，应对因降水造成的地面沉降进行估算分析，如分析出沉降过大时，应采取必要措施。

八是降水时应对周围建筑物进行观测。首先在降水影响范围外建立水准点，降水前对建筑物进行观测，并进行记录。降水开始阶段每天观测2次，进入稳定期后，每天可以只观测1次。

深井降水具备降水止水效果好、工艺占有空间小、工程造价低、工期短、施工便利的特点，通过合理的降水深井布置，降低浅层潜水的地下水位，降低土体的含水率，使基坑内软弱土体加快固结，提高和改善土体的物理力学性能，提高土体的抗剪强度和稳定性，防止发生流砂、管涌、塌方和坑底回弹隆起现象，从而保证工程建设的顺利进行。