真空疏干與井點降水技術在工程中的應用

2024年3月5日發(作者：干燒伊面)

真空疏干與井點降水技術在工程中的應用

真空疏干與井點降水技術在工程中的應用

[ 摘要] 本文結合杭州地鐵閘弄口車站深基坑工程降水施工中遇到的實際問題，闡述真空疏干與井點復合降水技術在地鐵深基坑工程中的應用。該技術應用在具有典型性的砂質粉土+ 粉砂夾層+ 淤泥質粘土的地質構造中具有實際意義。

[ 關鍵詞] 基坑工程；真空疏干降水；輕型井點降水；滯水層

杭州地鐵閘弄口站屬錢塘江沖海積平原地貌單元，基土以③2

∽③6 層砂質粉土和淤泥質粉質粘土為主，按其水文地質特性，場地開挖范圍內的地下水類為孔隙潛水和孔隙承壓水。孔隙性潛水主要賦存于粉土、粉砂中，由大氣降水和地表水徑流補給，排泄方式主要為蒸發，潛水與地表水體也有較強的水力聯系。勘探期間實測場地淺部地下水位埋深為1.0～2.0 m（杭州市年平均高水位離地表面約0.50 m～1.0 m）。工程區承壓含水層主要分布于深部的⒁2 層圓礫中，水量較豐富。經實測，⒁2 圓礫層承壓水頭埋深在地表下9.1m，相應高程為-4.00m。

此類地鐵基礎施工難度就在于水的控制，基坑的積水過多將嚴重影響基坑的施工安全和工程進度及質量。經實際施工發現，在砂質粉土和淤泥質粉質粘土中間存在滯水現象，不易排出。這一滯水帶的滲流水給開挖施工帶來極大地不便，嚴重影響了施工進度。因此，在地鐵基坑，尤其是含水豐富地區的地鐵基坑施工中必須采取合理有效的方法減少基坑內及周圍土體中積水。

1. 真空疏干與井點復合降水技術原理

基坑開挖前，先在基坑內鉆孔安置真空疏干降水井, 在基坑開挖施工前一個月埋設一定數量的濾水管（井），在基坑開挖前和開挖過程中，利用真空原理，不斷抽取地下水，使井管內的地下水抽汲到地面，而且在濾管附近和土層深處產生較高的真空度，即形成負壓區。井點周圍的地下水位下降，形成降水曲線，從而使大面積原有地下水位的降低，并且在工作過程當中要保持每天２４h連續抽水,使地下水位降

低到墊層底以下1m 并使降落曲線保持穩定。由于在地表下14m 處有著30-50cm 厚的淤泥質黏土夾層，該夾層具有含水量大、壓縮性高、強度低、透水性差等特點。這一夾層形成滯水層，滯水層中的水難以利用真空疏干法排出。采用輕型井點降水法可以有效的將滯水層中的水抽排掉，同時真空降水連續不間斷作業。待井點降水管內無水時，再進行開挖。利用真空疏干與井點復合降水技術可以有效的完成類似地質深基坑降水，保證了工程質量和進度。

2．真空疏干與井點復合降水井設計

2.1 真空疏干井的數量

根據我公司在地鐵工程的降水施工經驗，在以淤泥質粘土為主的潛水含水層中，真空單井有效抽水面積a井在150 ～200m2之間，本次降水真空單井有效抽水面積取180m2。

n=A/a井=3864/180=21.46（取整22）

式中：n—井數( 口)；

A—基坑降水面積(m2)；

a井—單井有效抽水面積(m2)；

實際施工設計23 孔井>22，滿足使用要求。

2.2 真空疏干井深度

設計井深由下式確定：式中：

Hω= Hω1+ Hω2+ Hω3+ Hω4+ Hω5+ Hω6

式中：

Hω—降水井深度；

Hω1—基坑深度（m），本基坑深度17.0m；

Hω2—降水后要求水位距離基坑底的距離（m），本次降水要求不小于0.5m，取1m；

Hω3—；i 為水力坡度，在降水井分布范圍內為1/10—1/15，r0

為降水井排間距的1/2（m），取0.75m；

Hω4—降水期間地下水位的變化幅度，取0m；

Hω5—過濾器工作部分長度（m），取3m；

Hω6—沉淀管長度，設計0m。

故Hω=17+1+0.75+3=21.75m

實際施工設計井深23m>21.75m，滿足使用要求

2.3 真空疏干井設計驗算

由于基坑內地下水主要為第四系松散類孔隙潛水和孔隙承壓水，深部為基巖裂隙水，地下水情況復雜，所以分條狀基坑潛水完整井和條狀基坑承壓水完整井兩種方式驗算

假設本基坑降水井類型屬于條狀基坑潛水完整井，可按下式計算：

基坑出水量計算公式為：

Q=L′K′ （H 2 - h 2）/R= 1 8 1 . 2 × 1 . 3 6 ×（2 3 2 - 9 2 ）/10=11040.1536（m3/d）

式中Q——基坑出水量（m3/d）

H——潛水含水層厚度（m）取23m

h——抽水前與抽水時含水層厚度的平均值（m）取9m

L′——條狀基坑長度（m）取181.2m

K′——垂直滲透系數（m/d）取1.36m

R——影響半徑（m）取10m

單個降水井出水量計算:

q= ld× 2 4 / ɑ’ =l′d×24/100=9×340×24/100=734.4m3/d

q——管井出水能力（m3/d）

d——過濾器外徑（mm）取340mm

ɑ′——與含水層滲透系數有關經驗系數取100

l′——過濾器淹沒段長度（m）取9m

需要降水井數量：

n=1.1Q/q=16.54（取17孔）＜實際降水井數量23 孔，保證了基坑在雨季或個別水泵維修過程的降水效果。

假設本基坑降水井類型屬于條狀基坑承壓水完整井，可按下式計算：

基坑出水量計算公式為

Q=2L′K′MS/R=2×181.2×1.36×13.9×16.5/10=12331.46（m3/d）

式中Q——基坑出水量（m3/d）

S——基坑設計水位降深值（m）取

M——承壓含水層厚度（m）取13.9m

L′——條狀基坑長度（m）取181.2m

K′——垂直滲透系數（m/d）取1.36m/d

R——影響半徑（m）

需要降水井數量：n=1.1Q/q=18.47 孔（取19 孔）＜實際降水井數量23 孔，滿足規范要求。

2.4 輕型井點管深計算

待排水20d后進行基坑開挖作業，對于砂質粉土層效果明顯，當開挖至淤泥質粘土滯水層時，真空疏干降水法不能滿足施工要求。進而采用井點降水，井點的平面布置為環狀井點，井點管至坑壁不小于

1.0m，防局部發生漏氣。高程布置，根據井點的埋設深度H（不包括濾管）,可根據下式確定: H≥H1 ＋h＋IL（m）

式中：H1—井管埋設面至基坑底的距離；

h—基坑中心處底面至降低后地下水位的距離，一般為1.5 ～1.0m；

I—地下水降落坡度，環狀井點1/10；

L—井點管至基坑中心的水平距離。

H≥ 3m+1.5m+1/10×10m

同時還應考慮井點管一般要露出面0.2m 左右，所以H 取6m。無論在任何情況下，濾管必須插至滯水層內，為了充分利用抽吸能力，總管的布置盡量接近地下水位線，這樣事先應挖槽，水泵軸心標高宜與總管平行或略低于總管，總管應具有0.25 ～0.5% 坡度（坡向泵層），各段總管與濾管最好分別設在同一水平面，不宜高低懸殊。

3．真空管井結構與井點復合降水應用

真空管井用于降低深基坑地下潛水，井底位于底板下6m，井管采用無砂混凝土管和鋼管，無砂混凝土管的內徑為φ280mm，外徑φ340mm，為進水濾管，外包兩層70-100 目的尼龍網，空隙率不小于15%，底部封死；鋼管直徑為φ275mm；濾料從井底向上至濾水管

頂端以上1.00m 范圍內濾料為直徑0.15 ～2.5mm 的沙礫混合濾料圍填，濾料選用也根據被保護土層的顆粒組成選定，可根據下式確定：D15<（4 ～5）d85

D15>（4 ～5）d15

式中

D15- 濾料的粒徑，小于該粒徑的顆粒占總重的15%；

d15- 被保護土壤顆粒粒徑，小于該粒徑的顆粒占總重的15%；

d85- 天然土壤顆粒粒徑，小于該粒徑的顆粒占總重的85%。

潔凈級配良好的中粗砂均可直接作濾料使用。成井時為確保出水通暢，井管四周濾料必須均勻。

真空管井深度為23m 于開挖線以下6m。其結構如真空管井抽水工作示意圖如圖1 所示。

輕型井點降水設備主要包括井點管( 下端為濾管)、集水總管和抽水設備等。井點管采用Φ60×6 長6.0m 無縫鋼管。管下端配1.5m 濾管，濾管采用與井點管同直徑鋼管，井點管和濾管之間連接鋼制管箍，與集水總管連接用耐壓膠管，濾管鉆梅花孔，直徑５mm，距15mm，

外包尼龍網（100目）五層，鋼絲網二層，外纏20# 鍍鋅鐵絲，間距10mm。集水總管為內100 ～127mm 的無縫鋼管，每節長４m，其間用橡皮套管連結，并用鋼箍接緊，以防漏水，總管上裝有與井點管聯結的短接頭，間距0.8m ～1.2m。每套抽水設備有真空泵一臺，每套井點降水設備帶60 根井點降水管。

輕型井點降水的布置，當基坑寬度小于6m，且降水深度不超過6m 時，可采用單排井點；當基坑面積較大時，宜采用環形井點，挖土設備進出通道處，可不封閉，間距可達4m。環形井點結構布置如圖2

所示 .

輕型井點降水施工工藝程序是：放線定位—鋪設總管—沖孔—安裝井點管、填砂礫濾料、上部填黏土密封—用彎聯管將井點管與總管接通—開動真空泵排氣、抽水—測量觀測井中地下水位變化。

4．真空疏干與井點復合降水效果分析及幾點體會

采用上述的真空疏干與井點復合降水技術，已順利完成基坑開挖；通過監測數據表明基坑變形及周邊地表沉降較小，地下管線、公路面、周圍建筑均正常。

通過對地鐵基坑真空疏干與井點復合降水施工談幾點體會。

4.1 降水系統安裝要嚴密，防止漏氣。經常檢查真空度，檢查管路系統有無漏氣，及時排除隱患。還應檢查井點管，適當控制抽水量或離心泵的真空度。在開挖基坑時，真空疏干降水用最大的抽水量或真空度運行；在墊層完成后，可適當調減抽水量或調小真空度，使基坑外的降水曲面盡可能控制在較小的范圍內，但要在坑內、外設置水位觀測井，及時控制水位。

4.2 井點泵系統和集水總管地面應夯實整平，以防止沉降引起井點

系統故障，漏氣等缺陷。

4.3 彎聯管最好使用透明的塑料管,能隨時觀測到抽水的狀況。

4.4 保證連續不斷地進行抽水，避免由于間斷抽汲導致濾網管堵塞，影響降落曲線的穩定。

4.5 水位降低的區域構筑物受其影響而可能產生的沉降，并應做好沉降觀測，必要時應采取防護措施。必要時采取回灌方法消除地面沉陷現象。在降水井管與建筑物、管線、路面間設置回灌井點，持續用水回

灌，補充該處的地下水，使降水井點的影響半徑不超過回灌井點的范圍，防止回灌井點外側建筑物地下水的流失，使地下水保持基本不變。回灌水宜采用清水，以免阻塞井點，回灌水量和壓力大小，均須通過計算，并通過對觀測井的觀測加以調整，既要保持起隔水屏幕的作用，又要防止回灌水外溢而影響基坑內正常作業。回灌井點的濾管部分，應從地下水位以上０.5m 處開始直至井管底部。也可采用與降水井點管相同的構造，但須保證成孔和灌砂的質量。回灌與降水井點之間應保持一定距離，一般應不少于 6 m，防止降水、回灌兩進“相通”，起動和停止應同步。回灌井點的埋設深度應根據透水層深度來決定，保證基坑的施工安全和回灌效果。

總之，在地鐵深基坑工程施工中，該技術應用在具有典型性的砂質粉土+ 粉砂夾層+ 淤泥質粘土的地質構造中具有實際意義。相對于其它的降水措施，在條件允許的情況下，采用真空疏干與井點復合降水可以高成效、低投入完成深基坑降水作業。