论文部分内容阅读
【摘 要】本文针对基坑“疏不干”现象，分析了现有基坑降水方法，提出了一种环保性强的降水新方法——井点定位抽水法。工程实践表明，该方法可有效解决基坑“疏不干”问题，从而避免基坑内仍存在着地下水，影响基坑开挖及支护，甚至出现基坑滑移、坍塌等工程事故的发生；具有显著的经济效益和社会效益。
【关键词】基坑；降水；“疏不干”；井点
引言
在常规垂直井点降水中，时常可遇到一种特殊的“疏不干”现象，即垂直井内水一抽即无,一停又有，开挖时仍有水。从理论上讲，“疏不干”存在于如图1所示的情况中，即，无论垂直降水井点如何布置，抽水强度如何大，含水层底界面处总存在一定量的地下水，致使基坑内部分地段处于理论浸润线之下。
图1 “疏不干”含水层
图2 堵排结合治理残留水示意图
1 “疏不干”现象的危害
“疏不干”基坑大部分作业面泥泞，导致工人无法施工，边坡支护失效；细小颗粒土流动形成的流砂、管涌现象使得土层被掏空，造成地面不均匀沉降，甚至导致基坑滑移、坍塌等工程事故，造成人力物力的损失。
2 现有“疏不干”基坑降水方法
基坑地下水治理方法有止水法和降水法两大类。降水法具有施工简便、操作技术易于掌握，而且降水后土的强度会有一定的提高，可降低支护工程成本和提高支护工程的稳定性等优点，在基坑工程中被广泛采用。目前，应用到基坑工程的降水方法有垂直井点法、自渗井法、辐射井法，及其组合方法。
2.1 垂直井点法
在“疏不干”条件下用常规的垂直井点降水，抽水一段时间后，因进水面积越来越小，而致使掉泵现象严重，井内水很难抽上来。含水层底部总会残留一定量的水，使得透水层与不透水层相接触的A点部位因透水层内的残留水的侧向渗流而造成坑壁渗水，严重时引起侧壁流砂，影响基坑侧壁稳定和支护[1]（如图2）。在残留水水层厚度较大的情况下，会使得基坑侧壁出现管涌及流砂现象；基坑周围的土层是自稳性差的卵石或砂类土时挖明沟容易导致边坡坍塌。另外，采用管井降水时，浅部地下水流入深部含水层后再被抽出，这就存在着污染深部地下水的隐患[2]。
2.2 自渗井法
自渗井降水需要两个基本条件：一是被降水层土体渗透系数必须大于一个定值；二是渗井深度必须打到一个良好的透水层上 [3]。
采用自渗井点进行基坑降水节约人力物力，但存在着污染地下水的隐患。因为上层潜水多受到不同程度的污染，采用这种方法降水便人为地污染了下层地下水。
2.3 辐射井法
辐射井降水能在任意高程含水层中打水平集水管，因而适用于各种地层且具有施工占地少、降水井数量少、不影响其他工序等优点；但该方法在小面积基坑降水中造价偏高，且辐射井竖井的施工比较困难[4]。
3 井点定位抽水法
针对现有降水方法的缺点，提出井点定位抽水方法，即按基坑深度范围内土层（综合）渗透系数确定井间距，下层含水层（比基坑底低3m左右）顶往上采用无砂管井（又称砾石滤水管），以下采用外侧面用水泥浆覆盖的无砂管井，组合成降水管井（如图3所示）。
图3 “疏不干”条件下基坑垂直井点降水示意图
由于水泥浆涂抹过的无砂管井不透水，管外侧又充填止水材料，阻止了下层含水层的水进入降水管井内，这段管井实际上就变为储水库，储存上层地下水渗入到管井内的水。这段管井的长度设计主要依据水量的多少和抽水泵的能力，以能保证在一次抽水后不透水井管段内有一定的储存地下水空间为基准。
4 工程应用
工程场地往往由透渗系数不同的土层组成，通常在降水井设计时，取降水井深度范围内土层的综合渗透系数。但是，基坑深度远小于降水井的深度。当基坑底部存在渗透系数大的砂层时（这种情况比较常见），降水井深度范围内土层的综合渗透系数要比基坑深度范围内土层的综合渗透系数大得多。按照理论计算得出的井点间距就会偏大，导致降水效果不佳，甚至降水失效。同时，大量抽取了对基坑施工无影响的下层地下水。如2008年河南理工大学莲花池景观工程施工时，基坑深约4-5m，曾布置了数口深17m的大管井，连续抽水数个月。事实上，影响莲花池景观工程的地下水是上层粉土中的潜水，水量有限，而下部有一层砂土，渗透系数大，水量丰富。连续数个月抽出的绝大部分是下部砂层中的地下水。而对工程施工有影响的潜水则未能及时有效得到疏降。
在距河南理工大学莲花池景观工程不足1km的金冠嘉华，地质条件与莲花池景观工程基本相同。基坑深约5m。东北侧有一条较大的水沟。场地浅部也存在两层含水层，上层地下水水位埋深0.5m左右，含水层底界在基坑坑底下0.5-1.0m，该层地下水对工程施工有影响；下层含水层顶界位于-7.0m左右，该层地下水对工程施工没有任何影响。2009年年初，降水单位用井点定位抽水方法。
因为“疏不干”条件下，后期水量有限，一抽即无，不抽又有，主要是一停泵，泵管中的水回流所致。假如回流的水基本上占据了储存水管段的空间，则无法疏排地下水。如果储水管段过短，扣除停泵水回流占据的空间后，剩余的空间（称为有效空间）不多，则要停启泵频繁，既费电又耗损抽水设备，降水效果不佳。如果储水管段过长，有效空间变大了，停启泵时间间隔也大，对抽水有利，但因管井加深带来管井成本增大，深孔成孔困难，以及费用增大。所以，合理设计储水管段长度至关重要。所以，金冠嘉华对停启泵控制进行革新改造，改人工控制为自动控制，设置了简易自动控制装置，大大提高了新方法的疏水效果。据施工方和业主核算，该工程降水费用仅是原方案的20%左右。而且，按原设计施工的一口降水井，其周边出现了下沉与裂隙。其原因是，下层含水层为粉细砂，在管井降水时，管井附近的粉细砂中大量的细颗粒流入管井，最终导致管井周围地面开裂下陷（该井后来停止使用）。然而，并没影响到基坑降水效果。这也旁证了我们采用新方法的正确性。
此外，新方法不污染下层地下水，保护了地下水环境与地下水资源。在目前水资源日益匮乏的今天，在水环境与地下水资源日益受到重视的今天，新方法的社会效益，显而易见，是非常显著的。
5 结语
处理垂直井点降水“疏不干”问题的方法较多，在工程实践中都有成功的例子，但每种方法都有其特定的条件，都有其适用的范围。本文提出的井点定位抽水法在目前水资源日益匮乏、水环境与水资源日益受到重视的今天，具有明显的社会效益与经济效益，值得进一步深化研究和推广应用。
参考文献
[1]顾宝和. 基坑开挖中含水层的疏不干[J]. 工程勘察,1996,(5):11-12.
[2]王小刚,邓丁海. 管井与轻型井点复合降水方式的设计与施工[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程),2005, (11):17-19.
[3]张绪平. 用自渗井方法降低基坑水位[J]. 水利水电技术,1994,(9):43-44.
[4]张治晖,刘德林,兰晓林. 辐射井降水技术在大面积基坑工程中的应用[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程), 2008,(11):53-55.
作者简介：
张永峰（1976-），男，河南济源人，助理工程师；供职于河南省济源市太行建设集团（有限）公司，从事工程建筑施工管理工作。
【关键词】基坑；降水；“疏不干”；井点
引言
在常规垂直井点降水中，时常可遇到一种特殊的“疏不干”现象，即垂直井内水一抽即无,一停又有，开挖时仍有水。从理论上讲，“疏不干”存在于如图1所示的情况中，即，无论垂直降水井点如何布置，抽水强度如何大，含水层底界面处总存在一定量的地下水，致使基坑内部分地段处于理论浸润线之下。
图1 “疏不干”含水层
图2 堵排结合治理残留水示意图
1 “疏不干”现象的危害
“疏不干”基坑大部分作业面泥泞，导致工人无法施工，边坡支护失效；细小颗粒土流动形成的流砂、管涌现象使得土层被掏空，造成地面不均匀沉降，甚至导致基坑滑移、坍塌等工程事故，造成人力物力的损失。
2 现有“疏不干”基坑降水方法
基坑地下水治理方法有止水法和降水法两大类。降水法具有施工简便、操作技术易于掌握，而且降水后土的强度会有一定的提高，可降低支护工程成本和提高支护工程的稳定性等优点，在基坑工程中被广泛采用。目前，应用到基坑工程的降水方法有垂直井点法、自渗井法、辐射井法，及其组合方法。
2.1 垂直井点法
在“疏不干”条件下用常规的垂直井点降水，抽水一段时间后，因进水面积越来越小，而致使掉泵现象严重，井内水很难抽上来。含水层底部总会残留一定量的水，使得透水层与不透水层相接触的A点部位因透水层内的残留水的侧向渗流而造成坑壁渗水，严重时引起侧壁流砂，影响基坑侧壁稳定和支护[1]（如图2）。在残留水水层厚度较大的情况下，会使得基坑侧壁出现管涌及流砂现象；基坑周围的土层是自稳性差的卵石或砂类土时挖明沟容易导致边坡坍塌。另外，采用管井降水时，浅部地下水流入深部含水层后再被抽出，这就存在着污染深部地下水的隐患[2]。
2.2 自渗井法
自渗井降水需要两个基本条件：一是被降水层土体渗透系数必须大于一个定值；二是渗井深度必须打到一个良好的透水层上 [3]。
采用自渗井点进行基坑降水节约人力物力，但存在着污染地下水的隐患。因为上层潜水多受到不同程度的污染，采用这种方法降水便人为地污染了下层地下水。
2.3 辐射井法
辐射井降水能在任意高程含水层中打水平集水管，因而适用于各种地层且具有施工占地少、降水井数量少、不影响其他工序等优点；但该方法在小面积基坑降水中造价偏高，且辐射井竖井的施工比较困难[4]。
3 井点定位抽水法
针对现有降水方法的缺点，提出井点定位抽水方法，即按基坑深度范围内土层（综合）渗透系数确定井间距，下层含水层（比基坑底低3m左右）顶往上采用无砂管井（又称砾石滤水管），以下采用外侧面用水泥浆覆盖的无砂管井，组合成降水管井（如图3所示）。
图3 “疏不干”条件下基坑垂直井点降水示意图
由于水泥浆涂抹过的无砂管井不透水，管外侧又充填止水材料，阻止了下层含水层的水进入降水管井内，这段管井实际上就变为储水库，储存上层地下水渗入到管井内的水。这段管井的长度设计主要依据水量的多少和抽水泵的能力，以能保证在一次抽水后不透水井管段内有一定的储存地下水空间为基准。
4 工程应用
工程场地往往由透渗系数不同的土层组成，通常在降水井设计时，取降水井深度范围内土层的综合渗透系数。但是，基坑深度远小于降水井的深度。当基坑底部存在渗透系数大的砂层时（这种情况比较常见），降水井深度范围内土层的综合渗透系数要比基坑深度范围内土层的综合渗透系数大得多。按照理论计算得出的井点间距就会偏大，导致降水效果不佳，甚至降水失效。同时，大量抽取了对基坑施工无影响的下层地下水。如2008年河南理工大学莲花池景观工程施工时，基坑深约4-5m，曾布置了数口深17m的大管井，连续抽水数个月。事实上，影响莲花池景观工程的地下水是上层粉土中的潜水，水量有限，而下部有一层砂土，渗透系数大，水量丰富。连续数个月抽出的绝大部分是下部砂层中的地下水。而对工程施工有影响的潜水则未能及时有效得到疏降。
在距河南理工大学莲花池景观工程不足1km的金冠嘉华，地质条件与莲花池景观工程基本相同。基坑深约5m。东北侧有一条较大的水沟。场地浅部也存在两层含水层，上层地下水水位埋深0.5m左右，含水层底界在基坑坑底下0.5-1.0m，该层地下水对工程施工有影响；下层含水层顶界位于-7.0m左右，该层地下水对工程施工没有任何影响。2009年年初，降水单位用井点定位抽水方法。
因为“疏不干”条件下，后期水量有限，一抽即无，不抽又有，主要是一停泵，泵管中的水回流所致。假如回流的水基本上占据了储存水管段的空间，则无法疏排地下水。如果储水管段过短，扣除停泵水回流占据的空间后，剩余的空间（称为有效空间）不多，则要停启泵频繁，既费电又耗损抽水设备，降水效果不佳。如果储水管段过长，有效空间变大了，停启泵时间间隔也大，对抽水有利，但因管井加深带来管井成本增大，深孔成孔困难，以及费用增大。所以，合理设计储水管段长度至关重要。所以，金冠嘉华对停启泵控制进行革新改造，改人工控制为自动控制，设置了简易自动控制装置，大大提高了新方法的疏水效果。据施工方和业主核算，该工程降水费用仅是原方案的20%左右。而且，按原设计施工的一口降水井，其周边出现了下沉与裂隙。其原因是，下层含水层为粉细砂，在管井降水时，管井附近的粉细砂中大量的细颗粒流入管井，最终导致管井周围地面开裂下陷（该井后来停止使用）。然而，并没影响到基坑降水效果。这也旁证了我们采用新方法的正确性。
此外，新方法不污染下层地下水，保护了地下水环境与地下水资源。在目前水资源日益匮乏的今天，在水环境与地下水资源日益受到重视的今天，新方法的社会效益，显而易见，是非常显著的。
5 结语
处理垂直井点降水“疏不干”问题的方法较多，在工程实践中都有成功的例子，但每种方法都有其特定的条件，都有其适用的范围。本文提出的井点定位抽水法在目前水资源日益匮乏、水环境与水资源日益受到重视的今天，具有明显的社会效益与经济效益，值得进一步深化研究和推广应用。
参考文献
[1]顾宝和. 基坑开挖中含水层的疏不干[J]. 工程勘察,1996,(5):11-12.
[2]王小刚,邓丁海. 管井与轻型井点复合降水方式的设计与施工[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程),2005, (11):17-19.
[3]张绪平. 用自渗井方法降低基坑水位[J]. 水利水电技术,1994,(9):43-44.
[4]张治晖,刘德林,兰晓林. 辐射井降水技术在大面积基坑工程中的应用[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程), 2008,(11):53-55.
作者简介：
张永峰（1976-），男，河南济源人，助理工程师；供职于河南省济源市太行建设集团（有限）公司，从事工程建筑施工管理工作。