真空疏干与井点降水技术在工程中的应用

真空疏干与井点降水技术在工程中的应用

[ 摘要] 本文结合杭州地铁闸弄口车站深基坑工程降水施工中遇到的实际问题，阐述真空疏干与井点复合降水技术在地铁深基坑工程中的应用。该技术应用在具有典型性的砂质粉土+ 粉砂夹层+ 淤泥质粘土的地质构造中具有实际意义。

[ 关键词] 基坑工程；真空疏干降水；轻型井点降水；滞水层

杭州地铁闸弄口站属钱塘江冲海积平原地貌单元，基土以③2 ∽③6 层砂质粉土和淤泥质粉质粘土为主，按其水文地质特性，场地开挖范围内的地下水类为孔隙潜水和孔隙承压水。孔隙性潜水主要赋存于粉土、粉砂中，由大气降水和地表水径流补给，排泄方式主要为蒸发，潜水与地表水体也有较强的水力联系。勘探期间实测场地浅部地下水位埋深为1.0～2.0 m（杭州市年平均高水位离地表面约0.50 m～1.0 m）。工程区承压含水层主要分布于深部的⒁2 层圆砾中，水量较丰富。经实测，⒁2 圆砾层承压水头埋深在地表下9.1m，相应高程为-4.00m。

此类地铁基础施工难度就在于水的控制，基坑的积水过多将严重影响基坑的施工安全和工程进度及质量。经实际施工发现，在砂质粉土和淤泥质粉质粘土中间存在滞水现象，不易排出。这一滞水带的渗流水给开挖施工带来极大地不便，严重影响了施工进度。因此，在地铁基坑，尤其是含水丰富地区的地铁基坑施工中必须采取合理有效的方法减少基坑内及周围土体中积水。

1. 真空疏干与井点复合降水技术原理

基坑开挖前，先在基坑内钻孔安置真空疏干降水井, 在基坑开挖施工前一个月埋设一定数量的滤水管（井），在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空原理，不断抽取地下水，使井管内的地下水抽汲到地面，而且在滤管附近和土层深处产生较高的真空度，即形成负压区。井点周围的地下水位下降，形成降水曲线，从而使大面积原有地下水位的降低，并且在工作过程当中要保持每天２４h连续抽水,使地下水位降低到垫层底以下1m 并使降落曲线保持稳定。由于在地表下14m 处有着30-50cm 厚的淤泥质黏土夹层，该夹层具有含水量大、压缩性高、强度低、透水性差等特点。这一夹层形成滞水层，滞水层中的水难以利用真空疏干法排出。采用轻型井点降水法可以有效的将滞水层中的水抽排掉，同时真空降水连续不间断作业。待井点降水管内无水时，再进行开挖。利用真空疏干与井点复合降水技术可以有效的完成类似地质深基坑降水，保证了工程质量和进度。

2．真空疏干与井点复合降水井设计

2.1 真空疏干井的数量

根据我公司在地铁工程的降水施工经验，在以淤泥质粘土为主的潜水含水层中，真空单井有效抽水面积a井在150 ～200m2之间，本次降水真空单井有效抽水面积取180m2。

n=A/a井=3864/180=21.46（取整22）

式中：n—井数( 口)；

A—基坑降水面积(m2)；

a井—单井有效抽水面积(m2)；

实际施工设计23 孔井>22，满足使用要求。

2.2 真空疏干井深度

设计井深由下式确定：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—降水后要求水位距离基坑底的距离（m），本次降水要求不小于0.5m，取1m；

Hω3—；i 为水力坡度，在降水井分布范围内为1/10—1/15，r0 为降水井排间距的1/2（m），取0.75m；

Hω4—降水期间地下水位的变化幅度，取0m；

Hω5—过滤器工作部分长度（m），取3m；

Hω6—沉淀管长度，设计0m。

故Hω=17+1+0.75+3=21.75m

实际施工设计井深23m>21.75m，满足使用要求

2.3 真空疏干井设计验算

由于基坑内地下水主要为第四系松散类孔隙潜水和孔隙承压水，深部为基岩裂隙水，地下水情况复杂，所以分条状基坑潜水完整井和条状基坑承压水完整井两种方式验算

假设本基坑降水井类型属于条状基坑潜水完整井，可按下式计算：

基坑出水量计算公式为：

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——潜水含水层厚度（m）取23m

h——抽水前与抽水时含水层厚度的平均值（m）取9m

L′——条状基坑长度（m）取181.2m

K′——垂直渗透系数（m/d）取1.36m

R——影响半径（m）取10m

单个降水井出水量计算:

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——过滤器外径（mm）取340mm

ɑ′——与含水层渗透系数有关经验系数取100

l′——过滤器淹没段长度（m）取9m

需要降水井数量：

n=1.1Q/q=16.54（取17孔）＜实际降水井数量23 孔，保证了基坑在雨季或个别水泵维修过程的降水效果。

假设本基坑降水井类型属于条状基坑承压水完整井，可按下式计算：

基坑出水量计算公式为

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——基坑设计水位降深值（m）取

M——承压含水层厚度（m）取13.9m

L′——条状基坑长度（m）取181.2m

K′——垂直渗透系数（m/d）取1.36m/d

R——影响半径（m）

需要降水井数量：n=1.1Q/q=18.47 孔（取19 孔）＜实际降水井数量23 孔，满足规范要求。

2.4 轻型井点管深计算

待排水20d后进行基坑开挖作业，对于砂质粉土层效果明显，当开挖至淤泥质粘土滞水层时，真空疏干降水法不能满足施工要求。进而采用井点降水，井点的平面布置为环状井点，井点管至坑壁不小于 1.0m，防局部发生漏气。高程布置，根据井点的埋设深度H（不包括滤管）,可根据下式确定: H≥H1 ＋h＋IL（m）