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1、深基坑井点降水的设计计算摘要：井点降水法目前在基坑降水工程中运用广泛，其优点是技术成熟，效果 可靠，经济适用，如何科学的选择井深、井距等参数却成为降水施工中的一道难 题，本文结合海南省红岭灌区工程东干渠施工论述了井点降水方法的计算。关键词：井点降水渗透系数 井深井距一、工程概况海南省红岭灌区工程东干渠土建施工第V标段K107+700K108+000段长度 300m，渠底换填面高程为91.2m,地下水位高程95.58m，高于渠底换填面4.4m。 需对该渠段进行降水处理，以保障地下水位以下渠道开挖。考虑到水泵连续运转 受损而引起水位回升而制约施工，所以该渠段设计降水至渠底换填面 1m 以下处 即
2、90.2m 高程，需降水总深度约为 5.4m。施工现场无耕地和建筑物等，适于采用井点降水方案，根据地质资料显示， 本段主要地质情况为粗砂土，渗透系数取K=4x10-2cm/s (34.56m/d)，给水度为 0.20，含水层底高程为78.00m。如图1：计算出的 r0 为：r0=1.11x(300+75.67)/4=104.25m 采用上述公式对基坑总排水量进行了计算，其结果见下表。基坑总排水量计算成果表2 单井涌水量的确定(1) 井管深度的确定 井管的埋深主要取决于基坑深度、降水区内地下水的水力坡度、降水后水面距离基坑底的深度、降水期间地下水位的变化幅度、过滤器工作长度和沉砂管长 度，埋深
3、H 可按照下式确定：HH1+h+iL+Z+Y+T式中：H1基坑深度；h一一井点外露高度；i一一降水区内水力坡度；L一一井管至基坑中心的距离；Z工作期间的地下水位变幅；Y过滤器工作部分长度；T沉砂管长度。根据现场条件和地层结构，井口高程约102.2m，距离地下水位面约6.6m， 从井口高程计算的基坑深度为11m，降水区内的水力坡度按照0.1来计算，不考 虑工作期间的地下水位变幅。有效过滤器长度按 5m 计，沉淀管的长度按 2m 考 虑。根据现场条件和地层结构，确定井管埋深为 22m。(2) 单井涌水量的确定单井出水量取决于含水层的允许渗透速度、过滤器长度及直径等，其理论计 算最大允许出水量为式中
4、，r过滤器半径（m）,按0.2m计；l过滤器长度（m）,按5m计；K渗透系数（m/d）。将上述各值带入公式,得出理论单井最大涌水量为 1227.95m3/d（51.17m3/h）。该计算结果为理论上的单井最大出水量,由于过滤器加工及成井工艺等人为 影响,设计的单井出水量一般小于上式的计算值,在实际工作中,一般利用现场 抽水试验资料求得的单井涌水量值与上述公式计算结果进行对比后确定。根据以往降水经验，在该理论最大值的基础上乘以60%80%来初步确定单 井涌水量；若取60%,则单井涌水量q=859.58m3/d （35.82m3/h），本次计算采 用 35m3/h 。三、井点数量及井间距的确定根据
5、基坑总排水量及设计出水量确定初步布设井数（n）,计算公式如下：n= （1.1 1.2） Q 总/q把上述总涌水量和单井涌水量带入上式计算得n=1.1x20818.2/859.58=26.64=27 眼井间距 S=2x （300+75）/30=25m根据计算降水井布置图如图2 所示。四、水位降低检验由于井群中各井的相互作用,构成干拢井群,各井涌水量和水位降深都随着 各井在井群中的位置不同而改变,故降水井点的数量、井间距及排列方式确定之 后,需采用干扰井群水位降深预测公式计算基坑的水位降深,主要计算基坑内抽 水影响最小处的水位降深值,检查其是否满足设计水位降深的要求。对于潜水完整井,干扰井群水位降
6、深预测可采用下式进行计算：从图2 可以看出,矩形基坑四个顶点附近的干扰抽水影响最小,其降深值按照公式上面 计算，以w1井点附近的A点为例，把各个井点距离点A的距离求取出来，代入公式即可计 算出其降深值：SA=5.44m。 基坑中心点处的降深也可按照上述方法计算出来，S 中心=7.46m。 二者均大于设计地下水位降深，该方案成立。五、基坑降水数学模拟计算1 数学模型的建立 为了合理确定基坑降水方案，配备合适的抽水设备，需对基坑降水总涌水量、单井涌水 量、基坑内地下水降深等进行分析计算。降水模拟计算采用国内外广泛使用的地下水渗流模拟软件MODFLOW进行。MODFLOW 是由美国地质调查局开发的一
7、套基于三维有限差分方法的专门用于孔隙介质中地下水渗流模 拟的计算软件。本工程需要降水后开挖的总长度300m，宽75m，为矩形，地下水位埋深约95.6m左右, 含水层为上部为裂隙粉质粘土，含水层厚度约17.6m，底部可视为隔水底板。基坑周边地势平坦，根据经验公式计算出基坑降水降深5.4m的影响半径约260m，即在 基坑周边 260m 可以认为抽水引起的地下水位变幅很小，可以忽略不计，定为一类定水头边 界；上部边界为自由水位边界，下部为隔水底板。这样得到的总计算范围宽800m，长 1000m，总面积为0.8km2，垂向上厚度共24m。采用三维非稳定流潜水含水层数值模型进行计算。计算的初始水位为95
8、.6m ；基坑内任 一点降水控制水位为90.2m，即基坑中的水位降深要求达到5.4m。2 单井开采量的试算确定为寻求基坑地下水位降深达到5.4m时的单井抽水量，本次设计了不同的单井抽水量， 输入模型进行计算来判断在达到稳定状态时基坑中心点和基坑边缘的水位降深是否达到了 5.4m。井间距为 25m 时不同单井抽水量稳定流试算结果如下表所示。 不同单井抽水量条件下基坑中心和边缘处降深计算表从上表可以看出，在基坑长度为300m、基坑宽度为75m的条件下，当基坑总排水量达 到或超过21600m3/d （单井开采量30m3/h）时，基坑中心和边缘处的降深达到或超过5.4m （即高程90.2m），可满足工
9、程降水需要。3 单井开采量一定条件下基坑降水的非稳定模拟从上述的单井抽水量试算结果可以看出，在单井抽水量不小于720m3/d （30m3/h）条件 下，地下水达到稳定状态时，才能使基坑中的水位降深达到5.4m，但达到稳定状态所需的时 间是未知的，因此需要将开采量代入模型，利用非稳定流模拟以求取基坑水位降深达到5.4m 时所需的时间。本次计算设计单井抽水量720m3/d、780m3/d分别输入模型，利用非稳定流求解不同开 采量条件下基坑中各处水位降深达到5.4m所需要的时间。时间的剖分采用每天为一个时段，共模拟 90 天，其它条件与稳定流计算时的条件相同由此看出，在720m3/d单井开采量条件下
10、，基坑中心在第9天降深达到5.4m，基坑边 缘在第18天降深达到5.4m,在780m3/d单井开采量条件下，基坑中心在第7天降深达到 5.4m，基坑边缘在第13天降深达到5.4m，施工时，可根据现场条件和工期要求选择合理的 单井开采量。本次模拟计算时没有考虑上层滞水和粘土层局部滞水的存在，水位在达到要求高程的过 程中，可能会因粘土层局部性状在边坡局部出现明水渗流，如果出现明水渗流情况，可采取 截渗沟的方法进行排水。六、降水井机电配置 根据以上计算结果，从既要达到降水效果又尽量经济的角度考虑，本工程每个井内的设 备配置1-2台深井潜水泵，其中一台额定流量37-43m3/h、扬程34-38m、功率
11、7.5kw，另一 台额定流量23-27m3/h、扬程27-29m、功率4kw水泵，可满足涌水量的强度。每个单井都配备独立的电器开关和继电保护装置。同时在井内安装水位观测计，根据井 内水位的高低可随时调整2台水泵的工作方式，既要保证基坑水位降深达到要求，又要减少 水泵的运行时间降低成本。结束语：降水设计一般采用计算加现场试验的方法来确定，本文只是举例论述了井点降 水施工中众多情况中的一种，适合渗水量不大的粘性土、碎石土、粗砂土地质，含水层为潜 水的前提条件，如遇到碎石土、砂类土、承压水等情况则需要另行调整计算公式，以确保降 水设计方案的科学性。参考文献江正荣.建筑施工计算手册第四版 中国建筑工业出版社
