深井降水研究

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摘  要：本文對深井降水的概念，計算過程，計算時應(yīng)注意的問題，以及施工時應(yīng)注意的事項作了作了簡要的闡述，特別對深井降水計算的難點提出了一些思路。
    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
    近幾年在洛陽地區(qū),深井降水利用較多，但有些單位在計算過程中采用的公式不當，或者考慮的因素不周，最終會造成降水的失敗，最后不得不加井，這樣既費錢又費時間，下面就以本人在深井降水方面的經(jīng)驗來和大家探討。
    二、深井降水概念
    深井（管井）井點，又稱大口徑井點，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)備和操作工藝簡單等特點。適用于滲透系數(shù)大（20-250m3/d），土質(zhì)為砂類土，地下水豐富，降水深，面積大、時間長的降水工程應(yīng)用。
    三、深井設(shè)計
    1、計算思路
    第一步將基坑進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)的確定與計算
    1）、設(shè)計水位降深
    水位降深在滿足施工要求的時候，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，從而達到使最高水位降至操作面下0.5m。另一種通過均勻布井，控制單井的落差，使水位均勻降至設(shè)計要求。前一種布井少，對地層擾動大，如建筑物對地基要求高時，此方法不可采用（除非施工后注漿），且此方法對原有建筑物也會帶來較大的不利影響；后一種方法可能布井較多，但對地層擾動小，對原有建筑的危害也較小，因此條件允許時應(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、水泵的進水口的位置、含水層的厚度、及泥漿淤積深度等因素進行選擇。 
    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?shù)厥┕C械，及井管的規(guī)格，如選用市場常用的規(guī)格，價格可能會便宜對控制成本有益。
    3）、滲透系數(shù)的選擇
    滲透系數(shù)是降水計算中重要的參數(shù)，此參數(shù)可以從地質(zhì)報告中選取，但在大面積布井前，須重新驗證，或者搜集附近的實際數(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重要的參數(shù)，但地質(zhì)報告中一般不給出，如果沒有地區(qū)經(jīng)驗,只能通過綜合考慮以往施工經(jīng)驗和降水井的深度及地層的規(guī)律來確定。也可事先假定一個數(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，計算總的涌水量，然后按非完整井的模型，以同的方法計算總涌水量，最終你會發(fā)現(xiàn)，它們會有一個重合點，這樣你可以利這一重合點，并結(jié)合以往經(jīng)驗綜合確定含水層厚度。
    5）、深井降水計算
    深井單井計算較為簡單，計算結(jié)果一般與實際較為吻合。但群井計算結(jié)果就千萬別（群井中單井的出水量）。由于降水時，一般要采用一個以上的井，降水井同時抽水時，互相形成干擾，無法以單井的計算來判斷水位的降深，實際上這些井形成了干擾群井。群井總的涌水量計算公式，一般采用近似擬合得出，總涌量各個規(guī)范或者計算手冊上所列公式的計算結(jié)果一般相差無幾，且物理意義明確，很容易理解，具體施工時可以參看《建筑基坑支護技術(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《建筑施工計算手冊》。降水施工中最重要的一環(huán)是確定單井的出水量。
    （1）等效半徑計算
    矩形基坑：   式中：a、b---分別為基坑的長短邊邊長；
    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算公式
    B、均質(zhì)含水層潛水非完整井計算公式
    式中：Q---基坑總的涌水量 ；S---設(shè)計水位降深
    l---過濾器長度；
    （4）、單井出水量
    前面已經(jīng)說明，總涌量各個公式計算結(jié)果基本相同，且在實際施工中吻合較好，但單井出水量就難以確定。下面以一個實例來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）公式進行計算。
     =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`---淹沒部分的過濾器長度(m)； a`---與滲透系數(shù)有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)（
    ②按《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）中給出公式進行計算：
     =120×3.14×0.2×10× =3105 m3/d
    式中：q---單井出水量(m3/d)；rs---過濾器半徑(m)；l---淹沒部分的過濾器長度(m)；k---含水層滲透系數(shù)（m/d）；
    ③按完整井單井出水量計算（無干擾）
    q=1.366K =3735 m3/d
    =324m
    式中：q---單井出水量(m3/d)；rw---過濾器半徑(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； ---淹沒部分的過濾器長度(m)； 
    從以上三項計算結(jié)果可以看出，最小的為第一項（與實際最接近）。第二第三項結(jié)果相差不多。此工程基坑面積為3000平方米，按第一、二項計算結(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？根幾個工程的分析，主要是單井出水計算誤差太大。實際測得平均單井出水量約為800m3。第二對干擾井的概念理解不清，當為群井時每個井的出水量就會大為減少，也許在施工時你會說個別井出水量很大，但這只能代表一點，不能以此作為計算井數(shù)的單井的出水量。實際的單井出水量只能用所有井的平均值來代表。但在施工前無法知道平均值的情況怎么計算，方法有兩個：第一在計算的基礎(chǔ)上乘以一個小于1的系數(shù)；第二統(tǒng)計以往工程的數(shù)值對計算結(jié)果進行修正，修正的原則在后的敘述中說明。
    （5）、管井數(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
    深井一般沿基坑周圍離邊坡上緣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，井距太大時降水效果不好，如果計算出的數(shù)據(jù)使井間距大于15米，一般要進行修正。這其中還要考慮到有些水泵壞時，維修的間隔不能給附近水位造成過大的提升，也就是說要有一定的富余度。
    四、降水對周圍環(huán)境的影響及其防范措施
    在降水過程中，由于會隨水流帶出部分細微土粒，再加上降水后土體的含水量降低，使土壤產(chǎn)生固結(jié)，因而會引起周圍地面的沉降，在建筑物密集地區(qū)進行降水施工，如因長時間降水引起過大的地面沉降，會帶來較嚴重的后果。
    為防止或減少降水對周圍環(huán)境的影響，避免產(chǎn)生過大的地面沉降，可采取下列一些技術(shù)措施：
    （1）采用回灌技術(shù)：降水對周圍環(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)即在降水井點和要保護的建（構(gòu)）筑物之間打設(shè)一排井點，在降水井點抽水的同時，通過回灌井點向土層內(nèi)灌入一定數(shù)量的水（即降水井點抽出的水），形成一道隔水帷幕，從而阻止或減少回灌井點外側(cè)被保護的建（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：在降水井點與被保護建（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，將降水井點抽出的水，適時、適量排入砂溝、再經(jīng)砂井回灌到地下，實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80m以上，降水曲線較平緩，為此可將井點管加長，減緩降水速度，防止產(chǎn)生過大的沉降。亦可在井點系統(tǒng)降水過程中，調(diào)小離心泵閥，減緩抽水速度。還可在鄰近被保護建（構(gòu)）筑物一側(cè)，將井點管間距加大，需要時甚至暫停抽水。
    為防止抽水過程中將細微土粒帶出，可根據(jù)土的粒徑選擇濾網(wǎng)。另外確保井點管周圍砂濾層的厚度和施工質(zhì)量，亦能有效防止降水引起的地面沉降。
    五、降水施工時應(yīng)考慮的因素
    1、布井時，周邊多布，中間少布；在地下補給的方向多布，另一方向少布。
    2、布井時應(yīng)根據(jù)地質(zhì)報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、鉆探施工達到設(shè)計深度后,根據(jù)洗井擱置的時間的長短,宜多鉆進2--3m，避免因洗井不及時泥漿沉淀過厚,增加洗井的難度。洗井不應(yīng)擱置時間過長或完成鉆探后集中洗井。
    4、水泵選擇時應(yīng)與井的出水能力相匹配，水泵小時達不到降深要求；水泵大時，抽水不能連續(xù)，一方面增加維護難度，另一方面對地層影響較大。一般可以準備大中小幾種水泵，在現(xiàn)場實際調(diào)配。
    5、降水期間應(yīng)對抽水設(shè)備和運行狀況進行維護檢查，每天檢查不應(yīng)少于3次，并應(yīng)觀測記錄水泵出水等情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，使抽水設(shè)備始終處在正常運行狀態(tài)。同時應(yīng)有一定量的備用設(shè)備，對出問題的設(shè)備能及時更換。
    6、抽水設(shè)備應(yīng)進行定期保養(yǎng)，降水期間不得隨意停抽。當發(fā)生停電時應(yīng)及時更新電源保持正常降水。
    7、降水施工前，應(yīng)對因降水造成的地面沉降進行估算分析，如分析出沉降過大時，應(yīng)采取必要措施。
    8、降水時應(yīng)對周圍建筑物的觀測。首先在降水影響范圍外建立水準點，降水前對建筑物進行觀測，并進行記錄。降水開始階段每天觀測兩次，進入穩(wěn)定期后，每天可以只觀測一次。