降水工程设计步骤及降水井布置

降水工程设计一般按以下步骤进行。

1.降水方案的确定

降水方案的确定主要考虑以下几个问题。首先是场地的水文地质与工程地质条件，分析地下水的补给、径流与排泄条件，含水层及地下水的类型，根据场地土体性质，分析可能遇到的如流土、管涌、地面沉降等问题，这是确定方案时考虑的基本要素；其次，分析周边环境条件，如建筑物分布与结构、地下管线分布与保存状态、道路现状与使用情况等，以此研究降水对环境的影响，这是确保降水工程成功的关键；最后，根据基坑的深度、平面尺寸、土体空间分布及当地降水施工设施、经验，开展基坑降水设计。

2.确定设计中关键参数

渗透系数是基坑降水设计中最为关键的参数，总涌水量与渗透系数呈线性相关。影响土体渗透系数的因素很多，主要为土体成分、结构及密实度等因素影响最为明显。渗透系数一般通过下面方式获得：现场抽水试验、室内试验、地区经验。需要注意的是，室内试验因土体结构扰动严重，试验与现场条件差异很大，数据离散性高。推荐采用现场抽水试验来确定土体渗透系数，但无试验数据时，也可根据土体性质查表5-17确定。

表5-17　渗透系数K值

降水影响半径是使用裘布依地下水稳定流水井理论设计的一个重要参数，它假定在影响半径以外，水井抽水不影响地下水位。影响半径R是一个相对概念，可以参考下列公式计算：

潜水含水层影响半径：

承压含水层：

也可参考相关表格或地区经验确定影响半径。

另外，计算总涌水量时，将基坑井点系统等效为一个圆形的大井，大井半径r0一般按降水井群所围面积的等效圆半径确定：

大井的半径r0也可按降水井群所围周长等效圆半径确定：

式中：A——降水井群所围面积（m2）；

u——降水井群所围周长（m）。

3.初步确定降水井埋深与平面布置

在初步设计时，可用如下简化方法初步确定井点系统的埋深（滤管顶部位置）H：

式中：H1——基坑开挖深度（m）；

h——基坑中点设计水位埋深（m），设计算剖面中点为降水后坑内水位最高点，该点的水位要在基坑底面0.5m以下；

i——地下水降落坡度，环形井点为1/10，单排线状井点为1/5；

L——基坑中轴线至井管的水平距离（m）。

在此基础上，初步确定降水井的平面布置。尽量使施工区各主要部位都能包围在井点系统之内，若开挖沟槽式基坑，井点可按线状布置。当沟槽宽度不大于6m、水位降深不大于5m时，可采用单排井点，且应布置在地下水流的上游一侧为宜，线状井点系统还应在基坑两端延伸一定长度（以不小于沟槽宽度为宜）。当沟槽宽度大于6m时，则可采用双排井点系统。当基坑面积较大时，则可布置成U形或环状井点系统，环状井点系统的四角部位应将井点间距适当加密。为了防止空气进入井管，在进行轻型井点降水时，井管应距离基坑壁不小于0.5m。

4.计算基坑总涌水量

在大致确定井点系统剖面与平面方案的基础上，可确定相应的计算模型，按前述理论计算基坑总的涌水量Q。

5.确定单井出水能力

常用的降水井点的出水能力按下面方式确定：

（1）真空井点出水能力可取36～60m3/d；

（2）喷射井点出水能力可按表5-18取值。

表5-18　喷射井点的出水能力

（3）管井的单井出水能力可按下式计算：

井点管的抽水能力，可按以下经验公式估算：

式中：q——单根井管极限涌水量（m3/d）；

rc，l——滤管半径及长度（m）；

K——含水层渗透系数（m/d）。(www.xing528.com)

6.计算所需井点数、井点间距

井点数用总流量除以单井出水能力即可得到，考虑到群井效应及安全性，一般将计算的降水井数适当增大。井数为

一般沿基坑周边布置时，用周边长度除于井数即可得到井间距。

7.验算降水效果

主要采用群井理论，计算降水后各井点的实际流量、基坑实际降深等，保证降水设计达到施工要求。

[例题5-7]一个基坑底部宽度为30m，长度为50m，基坑深度4m，基坑采用放坡开挖，高宽比为0.5，地下水位埋深为自然地面下0.5m。场地土体主要为含黏土中砂，不透水层在地面下20m，含水层的渗透系数为18m/d。为保证该工程顺利实施，需进行降水。

解：根据地质及基坑条件，采用轻型井点降水方案，井点管距坑边0.5m，滤管取1.2m，管径取38mm。

（1）确定井点管长度H。

井管长度H按下式计算：

H≥H1+h+iL

图5-61　例题5-7计算简图

式中，H1为基坑开挖深度，4m；h为基坑中点设计水位埋深，0.5m；i为坑内水位坡度，取0.1；L为计算剖面宽度的1/2，即17.5m。

则可以计算得到井管长度为6.25m，取井管长度H为6.5m，滤管长度l为1.2m。

基坑中点降深：

S=4-0.5+0.5=4(m)

（2）基坑总涌水量计算。

据场地水文地质条件，可以简化为潜水非完整井进行设计，将影响深度以下的地层看成隔水层，直接用完整井公式计算涌水量。

首先计算抽水影响深度H0：

查表5-17，S/（S+l）=4/5.2=0.769，得影响深度：

H0=1.83×5.2=9.53(m)

大井半径按式（5-172）简化计算：

利用潜水非完整井简化公式计算总涌水量：

（3）计算单井出水能力及井点数目。

井点的出水能力可以直接取36m3/d。

由此可以计算井点数目：

由此可以估算井点间距为

（4）井点布置与绘图。

需要注意的是，一般井点布置间距模数为0.4m，井点间距最终取2.0m，拐角处加密至1.2m，布置两台水泵。

注意，该题计算中，将基坑内水位线坡度假设为1/10，实际与假设有差别。因此在完成井点布置工作后，需要采用群井经典理论或者是《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012）中的方法对基坑内实际地下水位验算，以保证降水方案的合理性、可靠性。

影响基坑降水设计合理性的因素非常多，重点要注意以下方面：裘布依理论本身存在严重缺陷，并不能准确反映复杂的降水问题；准确获得渗透系数难度极大，在另一方面影响了计算合理性；影响半径并不是一个定值，与降水规模及时间有关；在工程实施时，往往难以达到理想状态，尤其需要引起设计人员的重视。