深井降水研究

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摘  要：本文對(duì)深井降水的概念，計(jì)算過(guò)程，計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，以及施工時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)作了作了簡(jiǎn)要的闡述，特別對(duì)深井降水計(jì)算的難點(diǎn)提出了一些思路。
    關(guān)鍵詞：深井；降水；影響半徑；總涌水量；單井出水量；布井原則

    一、前言
    近幾年在洛陽(yáng)地區(qū),深井降水利用較多，但有些單位在計(jì)算過(guò)程中采用的公式不當(dāng)，或者考慮的因素不周，最終會(huì)造成降水的失敗，最后不得不加井，這樣既費(fèi)錢(qián)又費(fèi)時(shí)間，下面就以本人在深井降水方面的經(jīng)驗(yàn)來(lái)和大家探討。
    二、深井降水概念
    深井（管井）井點(diǎn)，又稱(chēng)大口徑井點(diǎn)，系由濾水井管、吸水管和抽水設(shè)備等組成。具有井距大，易于布置，排水量大，降水深（>15m），降水設(shè)備和操作工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。適用于滲透系數(shù)大（20-250m3/d），土質(zhì)為砂類(lèi)土，地下水豐富，降水深，面積大、時(shí)間長(zhǎng)的降水工程應(yīng)用。
    三、深井設(shè)計(jì)
    1、計(jì)算思路
    第一步將基坑進(jìn)行等效化為一口大井，第二步確定基坑總的涌水量，第三步確定單井出水量，第四步確定井的數(shù)量。
    2、參數(shù)的確定與計(jì)算
    1）、設(shè)計(jì)水位降深
    水位降深在滿足施工要求的時(shí)候，應(yīng)盡量選擇較小水位的降深，一般降到操作面下0.5m即可（有特殊要求的除外），這樣可最大程度上避免降水對(duì)地層的影響，不至于造成地基承力的下降。
    2）、井深及井徑的選擇
    要想使水位降低至操作面下，可以有兩種途徑，一種是加大井的直徑和井的深度，即增大單井的落差，從而達(dá)到使最高水位降至操作面下0.5m。另一種通過(guò)均勻布井，控制單井的落差，使水位均勻降至設(shè)計(jì)要求。前一種布井少，對(duì)地層擾動(dòng)大，如建筑物對(duì)地基要求高時(shí)，此方法不可采用（除非施工后注漿），且此方法對(duì)原有建筑物也會(huì)帶來(lái)較大的不利影響；后一種方法可能布井較多，但對(duì)地層擾動(dòng)小，對(duì)原有建筑的危害也較小，因此條件允許時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用后一種方法。另外井深還要考慮單井的出水量與自已現(xiàn)有的水泵配套。
    井深主要是根據(jù)水位降深、所需要的單井出水能力、水泵的進(jìn)水口的位置、含水層的厚度、及泥漿淤積深度等因素進(jìn)行選擇。 
    井徑的選擇要綜合考慮以下幾種因素：A、單井要求的出水量；B、水泵的直徑；C、當(dāng)?shù)厥┕C(jī)械，及井管的規(guī)格，如選用市場(chǎng)常用的規(guī)格，價(jià)格可能會(huì)便宜對(duì)控制成本有益。
    3）、滲透系數(shù)的選擇
    滲透系數(shù)是降水計(jì)算中重要的參數(shù)，此參數(shù)可以從地質(zhì)報(bào)告中選取，但在大面積布井前，須重新驗(yàn)證，或者搜集附近的實(shí)際數(shù)據(jù)作為參考。
    4）、含水層的厚度的取值
    含水層的厚度也是一個(gè)重要的參數(shù)，但地質(zhì)報(bào)告中一般不給出，如果沒(méi)有地區(qū)經(jīng)驗(yàn),只能通過(guò)綜合考慮以往施工經(jīng)驗(yàn)和降水井的深度及地層的規(guī)律來(lái)確定。也可事先假定一個(gè)數(shù)值，按完整井模型，采用使含水層厚度按每1米的間隔遞增，計(jì)算總的涌水量，然后按非完整井的模型，以同的方法計(jì)算總涌水量，最終你會(huì)發(fā)現(xiàn)，它們會(huì)有一個(gè)重合點(diǎn)，這樣你可以利這一重合點(diǎn)，并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)綜合確定含水層厚度。
    5）、深井降水計(jì)算
    深井單井計(jì)算較為簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果一般與實(shí)際較為吻合。但群井計(jì)算結(jié)果就千萬(wàn)別（群井中單井的出水量）。由于降水時(shí)，一般要采用一個(gè)以上的井，降水井同時(shí)抽水時(shí)，互相形成干擾，無(wú)法以單井的計(jì)算來(lái)判斷水位的降深，實(shí)際上這些井形成了干擾群井。群井總的涌水量計(jì)算公式，一般采用近似擬合得出，總涌量各個(gè)規(guī)范或者計(jì)算手冊(cè)上所列公式的計(jì)算結(jié)果一般相差無(wú)幾，且物理意義明確，很容易理解，具體施工時(shí)可以參看《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）、《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ／T111－98）或者江正榮的《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》。降水施工中最重要的一環(huán)是確定單井的出水量。
    （1）等效半徑計(jì)算
    矩形基坑：   式中：a、b---分別為基坑的長(zhǎng)短邊邊長(zhǎng)；
    不規(guī)則塊狀基坑等效半徑：   式中：ro---基坑的等效半徑； A---基坑的面積
    （2）、降水影響半徑
    式中：R---降水影響半徑； K---滲透系數(shù)； H---含水層的厚度；
    （3）、群井總涌水量
    A、均質(zhì)含水層潛水完整井計(jì)算公式
    B、均質(zhì)含水層潛水非完整井計(jì)算公式
    式中：Q---基坑總的涌水量 ；S---設(shè)計(jì)水位降深
    l---過(guò)濾器長(zhǎng)度；
    （4）、單井出水量
    前面已經(jīng)說(shuō)明，總涌量各個(gè)公式計(jì)算結(jié)果基本相同，且在實(shí)際施工中吻合較好，但單井出水量就難以確定。下面以一個(gè)實(shí)例來(lái)看一下單井出水量的確定。
    某一工程地下水位20米需降深5米，井深35米（有效深度）滲透系數(shù)70m/d，含水層厚度為15米，管井直徑400。
    ①按《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ／T111－98）公式進(jìn)行計(jì)算。
     =24×10×400/50=1920 m3/d
    式中：q---單井出水量(m3/d)；d---降水井管徑(mm)；l`---淹沒(méi)部分的過(guò)濾器長(zhǎng)度(m)； a`---與滲透系數(shù)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（
    ②按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）中給出公式進(jìn)行計(jì)算：
     =120×3.14×0.2×10× =3105 m3/d
    式中：q---單井出水量(m3/d)；rs---過(guò)濾器半徑(m)；l---淹沒(méi)部分的過(guò)濾器長(zhǎng)度(m)；k---含水層滲透系數(shù)（m/d）；
    ③按完整井單井出水量計(jì)算（無(wú)干擾）
    q=1.366K =3735 m3/d
    =324m
    式中：q---單井出水量(m3/d)；rw---過(guò)濾器半徑(m)；k---含水層滲透系數(shù)（m/d）；R---降水影響半徑； ---含水層的原始厚度； ---淹沒(méi)部分的過(guò)濾器長(zhǎng)度(m)； 
    從以上三項(xiàng)計(jì)算結(jié)果可以看出，最小的為第一項(xiàng)（與實(shí)際最接近）。第二第三項(xiàng)結(jié)果相差不多。此工程基坑面積為3000平方米，按第一、二項(xiàng)計(jì)算結(jié)果綜合的單井出水量最后布井8口，抽水1周，水位只降了不到2米最后布置26口井將水位降到操作面以下。這是什么原因呢？根幾個(gè)工程的分析，主要是單井出水計(jì)算誤差太大。實(shí)際測(cè)得平均單井出水量約為800m3。第二對(duì)干擾井的概念理解不清，當(dāng)為群井時(shí)每個(gè)井的出水量就會(huì)大為減少，也許在施工時(shí)你會(huì)說(shuō)個(gè)別井出水量很大，但這只能代表一點(diǎn)，不能以此作為計(jì)算井?dāng)?shù)的單井的出水量。實(shí)際的單井出水量只能用所有井的平均值來(lái)代表。但在施工前無(wú)法知道平均值的情況怎么計(jì)算，方法有兩個(gè)：第一在計(jì)算的基礎(chǔ)上乘以一個(gè)小于1的系數(shù)；第二統(tǒng)計(jì)以往工程的數(shù)值對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，修正的原則在后的敘述中說(shuō)明。
    （5）、管井?dāng)?shù)量確定
    用總的涌水量除以單井出水量，再加以一定的富余系數(shù)即可確定，且此富余系數(shù)一般不小于1.1。
    （6）、布井原則
    深井一般沿基坑周?chē)x邊坡上緣2米左右環(huán)形布置，施工允許的情況也可在基坑中布置一部分井（這樣降水效果更好），井點(diǎn)應(yīng)深入透水層6-9米，通常應(yīng)比所需降水的深度深6-8米，井距一般為8-15米，井距太大時(shí)降水效果不好，如果計(jì)算出的數(shù)據(jù)使井間距大于15米，一般要進(jìn)行修正。這其中還要考慮到有些水泵壞時(shí)，維修的間隔不能給附近水位造成過(guò)大的提升，也就是說(shuō)要有一定的富余度。
    四、降水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響及其防范措施
    在降水過(guò)程中，由于會(huì)隨水流帶出部分細(xì)微土粒，再加上降水后土體的含水量降低，使土壤產(chǎn)生固結(jié)，因而會(huì)引起周?chē)孛娴某两?，在建筑物密集地區(qū)進(jìn)行降水施工，如因長(zhǎng)時(shí)間降水引起過(guò)大的地面沉降，會(huì)帶來(lái)較嚴(yán)重的后果。
    為防止或減少降水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，避免產(chǎn)生過(guò)大的地面沉降，可采取下列一些技術(shù)措施：
    （1）采用回灌技術(shù)：降水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，是由于土壤內(nèi)地下水流失造成的?；毓嗉夹g(shù)即在降水井點(diǎn)和要保護(hù)的建（構(gòu)）筑物之間打設(shè)一排井點(diǎn)，在降水井點(diǎn)抽水的同時(shí)，通過(guò)回灌井點(diǎn)向土層內(nèi)灌入一定數(shù)量的水（即降水井點(diǎn)抽出的水），形成一道隔水帷幕，從而阻止或減少回灌井點(diǎn)外側(cè)被保護(hù)的建（構(gòu)）筑物地下的地下水流失，使地下水位基本保持不變，這樣就不會(huì)因降水使地基自重應(yīng)力增加而引起地面沉降。
    （2）采用砂溝、砂井回灌：在降水井點(diǎn)與被保護(hù)建（構(gòu)）筑物之間設(shè)置砂井作為回灌井，沿砂井布置一道砂溝，將降水井點(diǎn)抽出的水，適時(shí)、適量排入砂溝、再經(jīng)砂井回灌到地下，實(shí)踐證明亦能收到良好效果。
    （3）使降水速度減緩：在砂質(zhì)粉土中降水影響范圍可達(dá)80m以上，降水曲線較平緩，為此可將井點(diǎn)管加長(zhǎng)，減緩降水速度，防止產(chǎn)生過(guò)大的沉降。亦可在井點(diǎn)系統(tǒng)降水過(guò)程中，調(diào)小離心泵閥，減緩抽水速度。還可在鄰近被保護(hù)建（構(gòu)）筑物一側(cè)，將井點(diǎn)管間距加大，需要時(shí)甚至?xí)和３樗?
    為防止抽水過(guò)程中將細(xì)微土粒帶出，可根據(jù)土的粒徑選擇濾網(wǎng)。另外確保井點(diǎn)管周?chē)盀V層的厚度和施工質(zhì)量，亦能有效防止降水引起的地面沉降。
    五、降水施工時(shí)應(yīng)考慮的因素
    1、布井時(shí)，周邊多布，中間少布；在地下補(bǔ)給的方向多布，另一方向少布。
    2、布井時(shí)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告把使井的濾水器部分能處在較厚的砂卵層中，避免使之處于泥砂的透鏡體中，從影響井的出水能力。
    3、鉆探施工達(dá)到設(shè)計(jì)深度后,根據(jù)洗井?dāng)R置的時(shí)間的長(zhǎng)短,宜多鉆進(jìn)2--3m，避免因洗井不及時(shí)泥漿沉淀過(guò)厚,增加洗井的難度。洗井不應(yīng)擱置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或完成鉆探后集中洗井。
    4、水泵選擇時(shí)應(yīng)與井的出水能力相匹配，水泵小時(shí)達(dá)不到降深要求；水泵大時(shí)，抽水不能連續(xù)，一方面增加維護(hù)難度，另一方面對(duì)地層影響較大。一般可以準(zhǔn)備大中小幾種水泵，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)配。
    5、降水期間應(yīng)對(duì)抽水設(shè)備和運(yùn)行狀況進(jìn)行維護(hù)檢查，每天檢查不應(yīng)少于3次，并應(yīng)觀測(cè)記錄水泵出水等情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，使抽水設(shè)備始終處在正常運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)應(yīng)有一定量的備用設(shè)備，對(duì)出問(wèn)題的設(shè)備能及時(shí)更換。
    6、抽水設(shè)備應(yīng)進(jìn)行定期保養(yǎng)，降水期間不得隨意停抽。當(dāng)發(fā)生停電時(shí)應(yīng)及時(shí)更新電源保持正常降水。
    7、降水施工前，應(yīng)對(duì)因降水造成的地面沉降進(jìn)行估算分析，如分析出沉降過(guò)大時(shí)，應(yīng)采取必要措施。
    8、降水時(shí)應(yīng)對(duì)周?chē)ㄖ锏挠^測(cè)。首先在降水影響范圍外建立水準(zhǔn)點(diǎn)，降水前對(duì)建筑物進(jìn)行觀測(cè)，并進(jìn)行記錄。降水開(kāi)始階段每天觀測(cè)兩次，進(jìn)入穩(wěn)定期后，每天可以只觀測(cè)一次。