井点降水施工技术

【内容提要】井点降水技术在桥梁基础施工中具有很强的实用性，已被广泛的应用，但在实际施工中，人们多以盲目的根据经验来确定降水井的深度及个数，缺乏详实、科学的理论根据，这样往往是以降水失败而告终或者以多打井、打深井增加工程成本为代价来换取成功。该文以松花江汊河特大桥12号墩位承台基坑开挖为例，详细论述了利用管井井点降水该如何准确地确定降水井的深度、个数及井点布置。

【关键词】降水井 基坑 渗透系数 涌水量 单井出水量

1、西环汊河桥工程简介

哈尔滨绕城高速公路松花江汊河特大桥，全长769米，由18个墩位，两个桥台组成。每个墩位有四根桩、两个承台。其中，12号墩位处于汊河中心，承台施工期间河面宽度200多米，水位线要比承台底面高4米左右，由于采用的是围堰筑岛施工，因此，要想完成承台混凝土施工，首先要解决基坑开挖问题（也可采用其他方法避免开挖基坑，例如，沉井施工，但施工速度慢，就位困难），通过可行性研究，井点降水可以达到基坑开挖的深度。

2、井点降水技术简介 

井点降水法就是在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备抽水，使地下水降落至基坑底以下，并在基坑开挖过程中仍不断抽水，使所挖的土始终保持干燥状态。井点降水改善了工作条件，防止了流沙发生，土方边坡也可陡些，从而减少了挖方量。井点降水法所采用的井点类型有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点，施工时可根据土的渗透系数，要求降低水位的深度及设备条件等，参照下表选用：

各类井点的适用范围

3、计算

3.1井点数量的确定

采用井点法降水，在选择好井点类型后，就要计算出所需要的降水井的数量，然后方可安排施工。降水井的数量n可按下式计算：

n=1.1Q/q

式中Q—基坑总涌水量。

 设计单井出水量

3.2设计单井出水量

井点管的数量取决于井点系统涌水量的多少和单根井点管的最大出水量，单根井点管的最大出水量与滤管的构造尺寸、土的渗透系数有关，根据经公式得：

          q=120∏rslK1/3

rs—过滤器半径（m）

l —过滤器进水部分长度（m）

K—含水层渗透系数（m/d）

管井过滤器长度宜与含水层厚度一致。（滤管详细介绍见4.3节，渗透系数K的确定见3.4节）

3.3涌水量的确定

涌水量的计算是确定降水井数量、井距布置的依据，也是选择抽水设备的依据。但井点系统用水量的计算比较复杂、影响因素很多，很难做出精确的计算，一般按水井理论来技术涌水量，算出的数值为近似值。目前计算涌水量的公式都有一定的使用条件。矩形基坑的长度与宽度之比大于5，或基坑宽度大于2倍的抽水影响半径时，现有公式就不能直接使用，而需要将基坑划分为若干块，使其符合计算公式的适用条件，然后分块计算涌水量，再将其加得出总涌水量。按水井理论计算井点系统涌水量时，首先要判定井的类型。水井根据其井底是否达到不透水层，分为完整井与非完整井。井底达到不透水层的称为完整井，否则称为非完整井。水井根据地下水有无压力，分为承压井和无压井。滤管布置在地下两层不透水层之间，地下水面承受不透水层的压力，抽汲承压层间地下水的，称为承压井；若地下水上部均为透水层，地下水是无压潜水，称为无压井。因此，水井可分为四种类型：无压完整井、无压非完整井、承压完整井、承压非完整井（见下图）。根据地质、基坑距河位置、含水层厚度等情况，结合水井具体类型，选用涌水量计算公式。

3.3.1无压完整井涌水量计算

 Q=1.366K（2H-S）S/(lgR-lgx0)

 X0=（F/3.14）1/2

K—渗透系数，m/d;

F—环形井点所包围的面积 ,m；

R—抽水影响半径,m；

H—含水层厚度,m； 

3.3.2无压非完整井涌水量计算

Q=1.366K（2H0-S）S/(lgR-lgx0)

H0—抽水影响深度，m

其他同上

3.3.3承压完整井涌水量计算

Q=2.73KMS/(lgR-lgx0)

M—承压含水层厚度，m；其他同上。

3.4渗透系数的确定

在地下水位以下开挖基坑时，需要计算基坑的渗流量，计算中除了需要掌握基坑四周的水力条件外，还必须知道土的渗透系数K值。在相同的水力条件下，渗透系数越大，渗水量也越大。因此，正确土的渗透系数是十分重要的工作。渗透系数可以在室内常用水头渗透试验和降水头试验来测定，也可以在现场通过井内抽水试验或注水试验来测定。在这里我结合西环桥实际情况详细叙述一下常水头渗透试验。

 图下图所示为一常水头渗透试验装置，试样装在竖直的透明圆筒中，圆筒断面积为A，为了防止试样中的细颗粒流失，在试样的顶面和底面均设置保护滤层，筒侧装有两根侧压管，两管相距L，试验时使水自上而下垂直通过试样，形成稳定渗流（圆筒内水位和出口处渗流量应稳定）。量测经过一定时间t流过试样的水量v，算得单位时间内渗流量Q=v/t。同时测记a、b处的总水头h1和h2，算得水头差△h=h1-h2，经推理可得：

 △h

 常水头渗透试验适合于中砂、粗砂、砾砂等粗粒土，对于粉质粘土和粘土等细粒土，由于渗透系数较小，渗流量少，利用水头试验不易准确测定渗透系数，可利用降水头试验来测定渗透系数。

4、井点施工要点

1）管井外滤料

   管井外滤料宜选用磨圆度较好的硬质岩石，不宜采用棱角状石渣料、风化料或其他粘质岩石。2）抽水设备的选用及位置的确定

抽水设备主要为深井泵或深井潜水泵，水泵的出水量应根据地下水位降深和排水量大小选用，并应大于设计值的20%—30%；水泵放入管井的深度要严格执行计算结果，置于设计深度，水泵吸水口应始终保持在动水位以下，过深过浅都会影响预期效果。过深导致基坑涌水量过大，现有单井数量与涌水量无法平衡；过浅使涌水量减少，降水达不到所需标高。成井后应进行单井抽水检查降水效果，必要时应调整降水方案。降水过程中，应定期取样测试含砂量，保证含砂量不大于0.5%。

3）井点单管制作

井管制作可选用钢制、铸铁和钢筋笼，现场施工考虑到经济性，管井往往可用钢筋龙代替，但钢筋笼制作一定要结实，主筋可采用@100Ф12，箍筋可采用@500Ф8布置形式。钢筋笼外围用筛网，用钢丝绑紧加固。钢制、铸铁和钢筋骨架过滤器的空隙率分别不宜小于30%、23%、50%。管井井管直径应根据含水层的富水性及水泵性能选取，且井管外径不宜小于200mm，井管内径宜大于水泵外径50mm。

4）降水工作要保持连续性

井点降水原理是：井点持续抽水，使井点周围形成一个稳定的漏斗形状的水面，一旦停止抽水，水面即刻恢复到原水位线上，已开挖完毕的基坑就会进水，严重的还会倒塌。因此，在施工过程中，为避免中途出现停泵现象，应时刻保证电路、水泵本身不出问题，直至混凝土浇注完毕，拆模并回填土后才可停泵。

5）安全性

根据现场具体需要，在基坑开挖的过程中还要考虑土质本身是否需要支护，以及土质变化情况，如若出现异常情况（流沙），立即停止施工。

5、效果

    通过试验及计算，确定单井个数为12个，井深7.5米，平面布置情况如下图。为保证开挖的顺利进行，我们将12号墩位的两个承台分别进行开挖。先将右幅承台基坑开挖，混凝土浇注、土方回填后，再开挖左幅。利用井点降水技术，我哈尔滨西环项目部顺利地完成了松花江汊河桥12号墩位基础工程。

参考文献 ＜＜建筑施工技术＞＞

＜＜桥涵手册＞＞

＜＜土力学及基础工程＞＞

＜＜建筑施工安全法律法规标准＞＞