深井降水研究

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

摘  要：本文对深井降水的概念，计算过程，计算时应注意的问题，以及施工时应注意的事项作了作了简要的阐述，特别对深井降水计算的难点提出了一些思路。
    关键词：深井；降水；影响半径；总涌水量；单井出水量；布井原则

    一、前言
    近几年在洛阳地区,深井降水利用较多，但有些单位在计算过程中采用的公式不当，或者考虑的因素不周，最终会造成降水的失败，最后不得不加井，这样既费钱又费时间，下面就以本人在深井降水方面的经验来和大家探讨。
    二、深井降水概念
    深井（管井）井点，又称大口径井点，系由滤水井管、吸水管和抽水设备等组成。具有井距大，易于布置，排水量大，降水深（>15m），降水设备和操作工艺简单等特点。适用于渗透系数大（20-250m3/d），土质为砂类土，地下水丰富，降水深，面积大、时间长的降水工程应用。
    三、深井设计
    1、计算思路
    第一步将基坑进行等效化为一口大井，第二步确定基坑总的涌水量，第三步确定单井出水量，第四步确定井的数量。
    2、参数的确定与计算
    1）、设计水位降深
    水位降深在满足施工要求的时候，应尽量选择较小水位的降深，一般降到操作面下0.5m即可（有特殊要求的除外），这样可最大程度上避免降水对地层的影响，不至于造成地基承力的下降。
    2）、井深及井径的选择
    要想使水位降低至操作面下，可以有两种途径，一种是加大井的直径和井的深度，即增大单井的落差，从而达到使最高水位降至操作面下0.5m。另一种通过均匀布井，控制单井的落差，使水位均匀降至设计要求。前一种布井少，对地层扰动大，如建筑物对地基要求高时，此方法不可采用（除非施工后注浆），且此方法对原有建筑物也会带来较大的不利影响；后一种方法可能布井较多，但对地层扰动小，对原有建筑的危害也较小，因此条件允许时应优先选用后一种方法。另外井深还要考虑单井的出水量与自已现有的水泵配套。
    井深主要是根据水位降深、所需要的单井出水能力、水泵的进水口的位置、含水层的厚度、及泥浆淤积深度等因素进行选择。 
    井径的选择要综合考虑以下几种因素：A、单井要求的出水量；B、水泵的直径；C、当地施工机械，及井管的规格，如选用市场常用的规格，价格可能会便宜对控制成本有益。
    3）、渗透系数的选择
    渗透系数是降水计算中重要的参数，此参数可以从地质报告中选取，但在大面积布井前，须重新验证，或者搜集附近的实际数据作为参考。
    4）、含水层的厚度的取值
    含水层的厚度也是一个重要的参数，但地质报告中一般不给出，如果没有地区经验,只能通过综合考虑以往施工经验和降水井的深度及地层的规律来确定。也可事先假定一个数值，按完整井模型，采用使含水层厚度按每1米的间隔递增，计算总的涌水量，然后按非完整井的模型，以同的方法计算总涌水量，最终你会发现，它们会有一个重合点，这样你可以利这一重合点，并结合以往经验综合确定含水层厚度。
    5）、深井降水计算
    深井单井计算较为简单，计算结果一般与实际较为吻合。但群井计算结果就千万别（群井中单井的出水量）。由于降水时，一般要采用一个以上的井，降水井同时抽水时，互相形成干扰，无法以单井的计算来判断水位的降深，实际上这些井形成了干扰群井。群井总的涌水量计算公式，一般采用近似拟合得出，总涌量各个规范或者计算手册上所列公式的计算结果一般相差无几，且物理意义明确，很容易理解，具体施工时可以参看《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）、《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ／T111－98）或者江正荣的《建筑施工计算手册》。降水施工中最重要的一环是确定单井的出水量。
    （1）等效半径计算
    矩形基坑：   式中：a、b---分别为基坑的长短边边长；
    不规则块状基坑等效半径：   式中：ro---基坑的等效半径； A---基坑的面积
    （2）、降水影响半径
    式中：R---降水影响半径； K---渗透系数； H---含水层的厚度；
    （3）、群井总涌水量
    A、均质含水层潜水完整井计算公式
    B、均质含水层潜水非完整井计算公式
    式中：Q---基坑总的涌水量 ；S---设计水位降深
    l---过滤器长度；
    （4）、单井出水量
    前面已经说明，总涌量各个公式计算结果基本相同，且在实际施工中吻合较好，但单井出水量就难以确定。下面以一个实例来看一下单井出水量的确定。
    某一工程地下水位20米需降深5米，井深35米（有效深度）渗透系数70m/d，含水层厚度为15米，管井直径400。
    ①按《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ／T111－98）公式进行计算。
     =24×10×400/50=1920 m3/d
    式中：q---单井出水量(m3/d)；d---降水井管径(mm)；l`---淹没部分的过滤器长度(m)； a`---与渗透系数有关的经验系数（
    ②按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）中给出公式进行计算：
     =120×3.14×0.2×10× =3105 m3/d
    式中：q---单井出水量(m3/d)；rs---过滤器半径(m)；l---淹没部分的过滤器长度(m)；k---含水层渗透系数（m/d）；
    ③按完整井单井出水量计算（无干扰）
    q=1.366K =3735 m3/d
    =324m
    式中：q---单井出水量(m3/d)；rw---过滤器半径(m)；k---含水层渗透系数（m/d）；R---降水影响半径； ---含水层的原始厚度； ---淹没部分的过滤器长度(m)； 
    从以上三项计算结果可以看出，最小的为第一项（与实际最接近）。第二第三项结果相差不多。此工程基坑面积为3000平方米，按第一、二项计算结果综合的单井出水量最后布井8口，抽水1周，水位只降了不到2米最后布置26口井将水位降到操作面以下。这是什么原因呢？根几个工程的分析，主要是单井出水计算误差太大。实际测得平均单井出水量约为800m3。第二对干扰井的概念理解不清，当为群井时每个井的出水量就会大为减少，也许在施工时你会说个别井出水量很大，但这只能代表一点，不能以此作为计算井数的单井的出水量。实际的单井出水量只能用所有井的平均值来代表。但在施工前无法知道平均值的情况怎么计算，方法有两个：第一在计算的基础上乘以一个小于1的系数；第二统计以往工程的数值对计算结果进行修正，修正的原则在后的叙述中说明。
    （5）、管井数量确定
    用总的涌水量除以单井出水量，再加以一定的富余系数即可确定，且此富余系数一般不小于1.1。
    （6）、布井原则
    深井一般沿基坑周围离边坡上缘2米左右环形布置，施工允许的情况也可在基坑中布置一部分井（这样降水效果更好），井点应深入透水层6-9米，通常应比所需降水的深度深6-8米，井距一般为8-15米，井距太大时降水效果不好，如果计算出的数据使井间距大于15米，一般要进行修正。这其中还要考虑到有些水泵坏时，维修的间隔不能给附近水位造成过大的提升，也就是说要有一定的富余度。
    四、降水对周围环境的影响及其防范措施
    在降水过程中，由于会随水流带出部分细微土粒，再加上降水后土体的含水量降低，使土壤产生固结，因而会引起周围地面的沉降，在建筑物密集地区进行降水施工，如因长时间降水引起过大的地面沉降，会带来较严重的后果。
    为防止或减少降水对周围环境的影响，避免产生过大的地面沉降，可采取下列一些技术措施：
    （1）采用回灌技术：降水对周围环境的影响，是由于土壤内地下水流失造成的。回灌技术即在降水井点和要保护的建（构）筑物之间打设一排井点，在降水井点抽水的同时，通过回灌井点向土层内灌入一定数量的水（即降水井点抽出的水），形成一道隔水帷幕，从而阻止或减少回灌井点外侧被保护的建（构）筑物地下的地下水流失，使地下水位基本保持不变，这样就不会因降水使地基自重应力增加而引起地面沉降。
    （2）采用砂沟、砂井回灌：在降水井点与被保护建（构）筑物之间设置砂井作为回灌井，沿砂井布置一道砂沟，将降水井点抽出的水，适时、适量排入砂沟、再经砂井回灌到地下，实践证明亦能收到良好效果。
    （3）使降水速度减缓：在砂质粉土中降水影响范围可达80m以上，降水曲线较平缓，为此可将井点管加长，减缓降水速度，防止产生过大的沉降。亦可在井点系统降水过程中，调小离心泵阀，减缓抽水速度。还可在邻近被保护建（构）筑物一侧，将井点管间距加大，需要时甚至暂停抽水。
    为防止抽水过程中将细微土粒带出，可根据土的粒径选择滤网。另外确保井点管周围砂滤层的厚度和施工质量，亦能有效防止降水引起的地面沉降。
    五、降水施工时应考虑的因素
    1、布井时，周边多布，中间少布；在地下补给的方向多布，另一方向少布。
    2、布井时应根据地质报告把使井的滤水器部分能处在较厚的砂卵层中，避免使之处于泥砂的透镜体中，从影响井的出水能力。
    3、钻探施工达到设计深度后,根据洗井搁置的时间的长短,宜多钻进2--3m，避免因洗井不及时泥浆沉淀过厚,增加洗井的难度。洗井不应搁置时间过长或完成钻探后集中洗井。
    4、水泵选择时应与井的出水能力相匹配，水泵小时达不到降深要求；水泵大时，抽水不能连续，一方面增加维护难度，另一方面对地层影响较大。一般可以准备大中小几种水泵，在现场实际调配。
    5、降水期间应对抽水设备和运行状况进行维护检查，每天检查不应少于3次，并应观测记录水泵出水等情况，发现问题及时处理，使抽水设备始终处在正常运行状态。同时应有一定量的备用设备，对出问题的设备能及时更换。
    6、抽水设备应进行定期保养，降水期间不得随意停抽。当发生停电时应及时更新电源保持正常降水。
    7、降水施工前，应对因降水造成的地面沉降进行估算分析，如分析出沉降过大时，应采取必要措施。
    8、降水时应对周围建筑物的观测。首先在降水影响范围外建立水准点，降水前对建筑物进行观测，并进行记录。降水开始阶段每天观测两次，进入稳定期后，每天可以只观测一次。