1、场地含水层类型

 

　　依据施工条件要求，基坑降水时，动水位一般要求降至结构底板以下1.00m左右，以保证基坑底处于干燥环境而便于施工。处于潜水含水层中的基坑，无论水位怎样降落，都不会导致含水层类型的改变，但承压含水层不同。当上部隔水层较薄，并且基坑底位于含水层中时，基坑降水往往导致部分承压水向潜水的转换。此时，地下水向降水井的渗流不再是单一的承压含水层渗流，而是转变成承压潜水渗流模型。为此，基坑涌水量计算时一定要引起重视，同时在勘察过程中也要准确划分含水层、隔水层及确定承压水头，否则所计算的涌水量会偏差很大，进而影响降水成本。图1为均质无界含水层承压潜水非完整井基坑降水示意图。

 

　　图1均质含水层承压潜水非完整井基坑涌水示意图（基坑远离边界）

 

　　2、涌水量计算中的完整式与非完整式

 

　　基坑降水方法分两大类：一类是集水明渠降水，一类是井点降水。两大类降水方法中基坑涌水量计算的原理不同，前者涉及地下水向沟渠运动的理论，后者涉及到地下水向井孔运动的理论。

 

　　集水明渠降水，降水构筑物是位于基坑底部连续布设的集水渗渠，一般位于基础轮廓线以外、基坑边缘坡脚0.3m内。虽然有时在基坑四角或每隔30～40m设直径0.7～0.8m的集水井，但这些集水井的功能主要是为了汇集渗入集水渗渠中的地下水，以保证水泵能持续、稳定抽水而设。由于集水渗渠底一般低于基坑底0.3～0.5m，集水井底又比集水渗渠底低0.5～1.0m，所以无论是基坑本身还是集水井、集水渗渠，一般均是非完整式的，基坑涌水量计算应按渠壁、渠底同时进水的非完整渗流模型进行才算合理。图2为明渠降水示意图

 

　　图2基坑内明渠降水示意图

 

　　井点降水，既有坑内降水又有坑外降水，无论何种形式，降水井底部必须低于基坑底部以保证将基坑水位降到结构底板以下设计要求的深度，对于基坑本身而言，一般都是非完整式，而降水井既有完整式又有非完整式。

 

　　3、基坑涌水量计算

 

　　3.1集水明渠降水

 

　　明渠降水是在基坑开挖后，于坑底边缘设置一定深度的排水沟及集水浅井，使得地下水先渗入排水沟，再由排水沟导入集水浅井，最后由抽水设备抽出排放到基坑以外，一般属于疏干降水，施工操作与降水基本同时进行。明渠降水中的集水井主要作用是保证抽水设备能连续、稳定地抽水，而排水沟才是真正的降水构筑物。由于排水沟连续、通长布设，此时地下水的渗流与向沟渠或集水廊道中渗流一样。可采用地下水向沟渠或集水廊道渗流的有关公式进行基坑涌水量计算，而且计算出的涌水量，可以说是基坑本身真正的涌水量。

 

　　集水廊道涌水量的计算公式，多以单宽渗流量表示。最简单的情况（一侧进水）为：

 

　　承压含水层：

 

　　潜水含水层：

 

　　承压-潜水含水层：：

 

　　式中：

 

　　q为一侧进水的单宽流量（m3/d·m）；

 

　　k为含水层渗透系数（m/d）；

 

　　M、H分别为承压含水层、潜水含水层厚度（m）；

 

　　s为水位降深（m）；

 

　　h为动水位至含水层隔水底板距离（m）；

 

　　R为影响半径（m）

 

　　对于整个基坑的涌水量，只要基坑4个边长乘以单宽渗流量即可。

 

　　根据基坑开挖深度与含水层厚度之关系，明渠降水中基坑有完整与非完整之分。（1）式至（3）式为坑壁进水的完整式基坑涌水量计算公式。对于包括基坑底进水的非完整式基坑涌水量计算，其中丘嘉耶夫公式（潜水含水层）较为多用：

 

　　式中：

 

　　q为一侧进水的单宽流量（m3/d·m）；

 

　　k为含水层渗透系数（m/d）；

 

　　s为水位降深，s=H-h（m）；

 

　　h为水位下降曲线在基坑坑壁上的高度（m）；

 

　　H为静止水位至基坑底之深度（m）；

 

　　qr为引用流量，即qr=f（α，β），其中：α=R/（R+r）、β=R/T，可查相应关系曲线图求得；

 

　　R为引用影响半径（m）；

 

　　r为基坑宽度的一半（m）；

 

　　T为基坑底至下伏隔水层的距离（m）

 

　　3.2轻型井点降水

 

　　轻型井点是根据射流原理制来形成降水形式。由喷嘴喷出的高压水在降水管内形成负压，土体中的水在压力作用下，进入到管道中，由高速水流的动能将其抽排至地表。轻型井点降水适用于降水水位不深、基坑面积不大的工程。

 

　　该方法降低水位深度一般在3-6m之间，若要求降水深度大于6m，可以采用多级井点降水系统，但是对基坑周边的空地环境要求比较高，不能离建筑物过近，否则无法进行放坡进而无法达到排水效果。轻型井点降水的适用范围为：渗透系数在0.1～50m/d的填土、粘性土和砂土。

 

　　高程布置：

 

　　井点降水深度H

 

　　H≥H1+△h+iL+l

 

　　式中：

 

　　H-井点管的埋置深度（m）；

 

　　H1-井点管埋设面至基坑底面的距离（m）；

 

　　△h-降水后地下水位至基坑底面的安全距离，一般取0.5～1m；

 

　　L-井点管中心至基坑中心的水平距离（m）；

 

　　i-降水曲线坡度，双排或环状井点为1/10，单排为1/4～1/5；

 

　　L-滤管长度（m）

 

　　井点管标准长度一般为6m，如计算出的H值大于6m，可降低井点的埋置面，将埋置面布置在接近地下水位线（事先挖槽）。使降水深度增加。当一级降水达不到降水深度时，可采用二级井点。井点管露出地面长度一般为0.2m。

 

　　计算涌水量Q：

 

　　Q=1.366K（2H0-S）S/lgR-lgX0

 

　　式中：

 

　　Q-井点系统总涌水量（m3/d）；

 

　　K-渗透系数（m/d）；

 

　　H0-含水层有效带深度（m）；

 

　　R-抽水影响半径，R=1.95S√H0K（m）；

 

　　S-水位降低值（m）；

 

　　X0-基坑假想半径（m）；

 

　　单根井点管最大出水量q：

 

　　q=65πdlK1/3

 

　　式中：q-井点管最大出水量（m3/d）；

 

　　d-滤管直径（m）；

 

　　l-滤管长度（m）；

 

　　井点管数量n：

 

　　n=Q/0.8q

 

　　井点间距D（m）

 

　　D=L/n

 

　　实际采用的井点管间距应与总管上接头尺寸相适应

 

　　4、结束语

 

　　基坑降水工作直接影响工程的安全及工期，若井点布置合理，运行、管理措施得力，可以确保工程施工达到事半功倍的效果。

 

　　参考文献：

 

　　[1]王滨.轻型井点降水法在基坑施工中的应用.水利科技与经济2009.6

 

　　[2]袁细平.真空轻型井点降水止水方法在基坑工程中的应用.发明与创新（综合版）2005.8

 

　　[3]吴文保.轻型井点降水施工方法.水利工程施工