吴昊
中国水利水电第六工程局有限公司 辽宁省 沈阳市 110170
摘要：本工地地下水含量丰富，为及时、有效地控制和减少施工过程中可能发生的事故及财产损失，保证项目土方的正常开挖，主体结构稳定，需采取一定的降水措施。促进施工安全生产有序发展。根据国家现行有关法律法规、《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》（住建部令第37号）、《住房城乡建设部办公厅关于实施<危险性较大的分部分项工程安全管理规定>有关问题的通知》（建办质〔2018〕31号）等相关发文的要求，特制定基坑降水专项施工方案。
关键词：工程建设；降水；明排；管井；监测
引言：确保基坑内土方的正常开挖，基坑开挖及地下结构施工期间地下水位尽可能的降低至基坑开挖面以下50cm。需采取一定的降水措施，尽量确保基坑外水位平稳下降，使降水引起的沉降和差异沉降最小，确保降水期间邻近建筑物及地下管线能够正常使用。达到降水的前提下，使抽取的地下水总量最少，工程投资最经济。下文对此进行具体阐述
一．工程概况
工程所在地，河南省某工地。施工期间，测得施工范围内地下水稳定水位埋深1.63～3.05m，地下水稳定水位标高约195.50m，地下水类型属孔隙潜水，含水层为第③层及第④层卵石，渗透系数K＝100～120m/d。地下水的补给来源主要为河水、大气降水、农灌水等，排泄途径主要是侧向径流和人工抽取地下水。
（1）地形地貌
拟建场地位于中朝准地台的南缘，其基本构造格架为两隆夹一拗，即箕山隆起带、背孜隆起带夹汝州拗陷带。拟建场地位于近东西向的三门峡-宜阳-汝州-襄城断裂的南侧，场地及附近不存在全新活动断裂。拟建建筑场地原为农田，地势高差不大，较平整。地貌单元为汝河河漫滩与汝河Ⅰ级阶地前缘交汇处。
（2）工程地质
根据钻孔揭露、岩土时代成因及岩土物理力学性质，在勘探深度范围内，场地地层中上部属第四系全新世～下更新世冲洪积、湖冲积形成的粉质粘土、含卵石粉质粘土、圆砾、卵石及硬黏土；下部属古生界二叠系（P）的棕红色泥岩，自上而下共分6层，分层描述如下：
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棕红色，硬塑～坚硬状，呈固结或半胶结状态，裂隙发育。含较多钙核，局部钙核富集成层。见浅灰绿色、白色斑块，光泽反应有光泽，摇振反应无，干强度高，韧性高。局部夹卵石薄层。
⑥ 泥岩（P）：
棕红色，泥质结构，属于软岩，较完整，锤击声哑，有较深凹痕，裂隙发育，岩芯呈短柱状，岩芯长度多为10～30㎝，部分用手可掰掉碎块并可捻成粉沫状，岩芯柱中局部钙质含量较高，相对较硬。
二．设计方案
1. 降水方案选择
根据初步勘测报告，结合本项目基坑的特殊性以及周边类似基坑施工经验，本基坑降水工程拟采用坑外井管降水+坑内明排的方式。
（1）在基坑四周设置降水井进行坑外降水。
（2）随着基坑开挖在基坑内处设置排水沟和集水坑进行明沟排水。
2.基坑外管井降水
（1）主要设计参数
根据本项目地质详勘资料及施工图纸，本项目开挖主要地下水类型，赋存于第四系中更新统的粉质粘土、卵石中，地下水类型属孔隙潜水，含水层为第③层及第④层卵石，渗透系数K＝100～120m/d。由于泥岩的渗透系数约为0.005～0.5m/d远远小于其它地质结构层的渗透系数，故将泥岩层视为不透水层。另外基坑底距泥岩面9.5～14.5m不等，本项目设计管井降水井底为泥岩层，以入岩0.5～1.0米为准，管井深度约15～17米。根据场区地层及施工经验及地质纵剖面图，管井深度定为15~17米左右。含水层厚度大致如下表所示。
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根据地下水特征及本项目实际情况，基坑降水设计分四区进行，并结合实际情况布置。
根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）进行计算：
计算基坑等效半径按公式：计算。
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（2）降水井深度计算：
降水井的深度按《管井技术规范》﹙GB50296-2014﹚：
HW=HW1+HW2+HW3+HW6
式中：HW—降水井深度 m；
HW1—自地面算起至设计要求的动水位间的深度（m）；
HW2=ir0，
i 为水力坡度，在降水井分布范围内宜为 1/10~1/15 取值 1/10；
r0 为降水井分布范围的等效半径或降水管井排间距的 1/2；
HW3—从 HW2 以下算起至最下部过滤器底端的长度（m），取2.5m；
HW6—沉淀管长度，本工程降水井不设沉淀管，取0；
由于现有规范中计算模型与本工程实际情况不一致，根据地质资料及施工图纸，部分地质结构含水层较大，降水井过大或过下埋深无法起到降水作用，结合本项目实际情况将井底设置在含水层以下1.0m的位置。最大限度降低基坑中部最不利位置的潜水，同时加强基坑内明排。具体降水深度见下表：
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（3）涌水量计算
根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）采用大井法潜水完整井公式计算基坑涌水量，计算公式如下：
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考虑到本项目基坑开挖时河水及雨水会对地下水形成一定的补给，因此建议本项目基坑涌水量按1.5系数考虑。
计算得：A区涌水量 21998.66×1.5=32997.98m3/d
B区涌水量20315.94×1.5=30473.92 m3/d
C区涌水量18316.94×1.5=27475.40 m3/d
D区涌水量21682.76×1.5=32524.14 m3/d
（4）单井出水量q及井群数量N的确定：
根据《管井技术规范》（GB50296-2014），地下水向完整井的稳定流计算可采用下列公式：
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根据周边类似基坑降水工程经验，受群井效应影响，实际的单井出水量约为理论计算值的50%，故综合考虑各方面因素单井出水量：
A区：q=1073.56×0.5=536.78 m3/d
B区：q=766.03×0.5=383.01 m3/d
C区：q=766.03×0.5=383.01 m3/d
D区：q=1073.56×0.5=536.78 m3/d
井管个数N=1.1Q/q，计算如下：
A区：N=1.1Q/q =1.1×32997.98/536.78=67.62个，取整为68个。
B区：N=1.1Q/q =1.1×30473.92/383.01=87.52个，取整为88个。
C区：N=1.1Q/q =1.1×27475.4/383.01=78.91个，取整为79个。
D区：N=1.1Q/q =1.1×32524.14/536.78=66.65个，取整为67个。
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（5）水泵选型：
根据单井出水量、井深、及水泵每天运行时间（按 20 小时计算），进行水泵选型:
A区：q=536.78/20=26.84 m3/h，选用QS25-24 型潜水泵，流量 25m3/h，扬程24m，电机功率3KW；
B区：q=383.01/20=19.15 m3/h，选用QS25-24 型潜水泵，流量 25m3/h，扬程24m，电机功率3KW；
C区：q=383.01/20=19.15 m3/h，选用QS25-24 型潜水泵，流量 25m3/h，扬程24m，电机功率3KW；
D区：q=536.78/20=26.84 m3/h，选用QS25-24 型潜水泵，流量 25m3/h，扬程24m，电机功率3KW。
3.井管结构设计
（1）井口：井口高于周边地面 0.30~0.50m，以防止周围污水渗入井内。井口距基坑边2米。
（2）井壁管：选用内径 300mm，外径 360mm 钢筋混凝土井管，每节长度2.5m，管节间采用焊接连接。
（3）滤水管：滤水管采用内径 300mm，外径 360mm 的钢筋混凝土滤水管，滤水管外包两层60目的尼龙滤网。
（4）填滤料：滤水管周围填磨圆度较好的直径8～10mm的圆砾石。
（5）填素土封孔：为防止抽潜水引起的地面沉降，在滤料填至井口下1.5m左右时用粘性土填实夯平，并做好井口管外的封闭工作。
（6）洗井：重复使用空压机洗井，直至满足出水含砂率<0.02‰，以保证抽水设备正常运转及不致使泥砂带出会引起地层下沉，以保证做好含砂率的监测及处理。
（7）排水系统：降水井中采用50mm消防带与水泵连接。在降水井外侧1m沿基坑周边设一圈排水管，降水井内的水通过消防带抽至排水管内，排水管采用DN300PVC管，埋于地下约1m深，每隔30m设置一个检查井。排水管通过排水干管排入施工区域外的自然排水沟，排水干管采用DN500波纹管，在排水干管出水口设置三级沉淀池。若高程无法自然排水，采用污水泵加压。
4.坑内明沟排水
基坑开挖的涌水量主要就是在砂卵石孔隙水及基岩裂隙水的涌水量，渗透系数K＝100～120m/d，其余地层渗透系数均非常小，在基坑开挖施工期间基坑内主要来水为大气降水，因此在施工期间考虑在基坑开挖面设置明排水沟及集水井进行抽排。
基坑开挖过程中在开挖掌子面设置0.45m×0.4m（宽×深）的排水沟满足基坑汇水抽排需要，同时在排水沟中最低点设一处集水坑（0.8×0.8×0.8m），集水坑内安装水泵（φ50，5.5kw，25m3/h，24m）将水抽排至排水管，经沉淀处理合格后排入明渠内。
三．施工组织
1.施工进度计划
根据本项目施工的特点，为保证车站施工顺利进行，满足总工期的要求，降水井施工期计划如下：
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2.主要资源配置
2.1 主要劳动力配置
根据现场实际施工情况，主要劳动力配置如下表。
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3.降水井施工
3.1施工流程
钻孔施工机械设备选用旋挖钻机及其配套设备。其工艺流程为：施工准备→测放井位→埋设护筒→安装钻机→钻进成孔→清孔→下井管→填滤料封孔→洗井→安泵试抽→验收→正常运行。
3.2施工技术要点
（1）测放井位：根据井位平面布置示意图测放井位，当布设的井点受地面障碍物或施工条件的影响时，现场可作适当调整。施工前必须调查清楚地下管线的走向，以免施工时破坏其它管线。
（2）埋设护口管：护口管底口应插入原状土层中，口管与井壁之间的环状间隙用粘性土填实封严，防止施工时管外返浆，护口管上部应高出地面 0.30m～0.50m。
（3）安装钻机：钻井设备采用 SY250 旋挖钻机，钻头采用直径800mm 的钻头，确定井位后将钻机移动至井位，调直钻杆，让钻杆中心与井孔中心保持在一条直线上。在钻进过程中不发生位移和倾斜，要随时检查钻机底盘的水平及钻杆的垂直度。钻机在平台上移动时，速度要慢并注意安全。
（4）钻进成孔：降水井开孔孔径为Φ800mm，一径到底，钻进过程中采用优质黏土或膨润土制备泥浆护壁，防止塌孔。在钻至设计深度以后停钻，用清水置换井内泥水即清孔换浆，并测定孔深，确保孔底沉渣厚度小于300mm。满足孔深要求之后，撤机。
（5）下井管：井管采用成品钢筋混凝土管，内径 300mm，外壁 360mm，管节连接采用焊接。井管进场后，应检查过滤器的缝隙是否符合设计要求。下管前必须测量孔深，孔深符合设计要求后，开始下井管，下管时在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径 5cm 的扶正器，以保证滤水管能居中，井管焊接要牢固，垂直，下到设计深度后，井口固定居中。
（6）填滤料：投放滤料前需将滤料冲洗干净，井管吊放好后沿井管周围均匀投放滤料，保持连续，要避免填料速度过快或不均造成滤管偏移及滤料在孔内架桥现象。滤料填至井口下1.0m左右时用粘性土填实夯平。
（7）洗井：本降水工程采用空压机法洗井，其施工要点如下：
首先，用空压机采用“空气吸泥”的方法将井内沉淀物清洗干净，其原理是当压缩空气通过进气管通到排水管下部时，排水管中变成气水混合物密度小于排水管外的泥水混合物密度，这样管内外产生压力差，排水管外的泥水混合物，其密度随掺气量的增加而降低，三相混合物不断被带出井外，滤料中的泥土成分越来越少，直至清洗干净。当井管内泥砂多时，可采用“憋气沸腾”来破坏泥皮和泥砂滤料的粘结力，直至井管内排出的水由浑为清，达到正常出水量为止。
（8）安泵试抽：洗井完成后，及时放入潜水泵进行试抽，检测出水中含砂量，不满足要求时提出水泵，再次洗井，直至出水含砂量满足要求为止。
（9）验收：降水井施工完成后，及时邀请监理工程师对降水管井进行验收，验收按照《管井技术规范》的有关规定及监理工程的相关要求进行，管井验收应符合下列规定：
1）管井结构应符合设计要求；
2）管井实际深度应在井位处实际测量；
3）单井出水量和降深应符合设计要求；
4）井水的含砂量应符合规范要求；
5）井斜应符合规范要求；
6）井底沉淀物的高度应小于井深的 5‰。
（10）降水井运行排水系统：从降水井抽出来的水采用φ50的消防带排入排水管内，汇总后经排水干管排入到自然排水沟中。
3.3 质量控制要点
（1）降水井质量控制
1）钻孔时精心施工，杜绝塌孔事故发生，防止因塌孔而危及周围建筑物安全；钻孔保证孔径上下一致，圆顺垂直，防止井孔缩径、倾斜。
2）各节井管焊接时保证上下同心、焊接严密，不透水、不漏气；降水设备的管道、部件和附件等在组装前必须经过检查和清洗，滤管在运输、装卸和堆放时应防止滤网损坏。
3）洗井采用空压机洗井，每口井洗井不少于两次，空压机洗井不少于2个小时，达到正常出水时含砂率小于0.02‰。
4）抽水前统一测一次各井静止水位，抽水开始后，水位未达到设计降水深度以前，每天观测三次水位（根据观测数据绘制水位降深值 S 与时间 t 过程曲线图分析水位下降趋势，预计降水深度要求所需时间），达到设计降水深度以后每天观测一次。
5）控制单井出水量及抽水强度，减小降水影响范围。
6）根据水位、水量观测记录，查明降水过程中的不正常状况及其产生的原因，及时提出调整补充措施，确保达到要求的降水深度。
7）抽水设备定期保养，降水期间不得随意停抽；降水井系统设双电源供电，除采用市政电力外，配备发电机组，市政停电时采用发电机组供电。
8）注意保护井口，防止杂物掉入井内，经常检查排水沟，沉淀池，严禁渗漏。
9）更换潜水泵时测量井深，掌握潜水泵安装的合理深度，防止埋泵。
（2）泥浆处理措施
为了避免在降水井钻孔施工过程中泥浆渗漏，给周围环境造成污染。特制定以下泥浆处理措施：
1）降水井施工前，在开挖基坑范围内合适位置开挖泥浆池，底部采用彩条布等防渗材料铺底，防止泥浆渗漏，周边采用 1.2m 高防护网全部封闭。
2）降水井施工过程中，用小挖机梳理水沟，将井口排出的泥浆引入沉淀池。
3）在钻井过程中，工人必须随时观察泥浆池的稳定性以及泥浆液面标高，泥浆面必须低于泥浆池上口 30cm。
4）在洗井过程中，必须采用泥浆泵及泥浆管将泥浆排放到沉淀池内，经沉淀后排入自然排水沟，严禁将泥浆直接排放到市政污水、雨水管道内。
5）每口井施工结束后，必须及时清理施工现场，做好文明施工工作。
（3）降水井质量检验标准
为了保证降水正常运行，需在降水井施工完成后对其质量进行检验，检验标准如下表所示：
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3.4 降水井运行与管理
（1）降水运行过程中，对每个停抽的井及时做好水位观测工作，以便及时掌握地下水层水头的变化情况。
（2）在降水运行过程中当水头降至设计要求时，可适当调控降水井的开启数量，以控制水头的下降幅度，减少因降水而引起的地面沉降。
（3）降水运行期间，现场实行 24 小时值班制，值班人员应认真做好各项质量记录，做到准确齐全。并密切注意基坑开挖情况，如发现异常情况应及时采取有效措施，并立刻向有关负责人如实汇报。并做好施工用水的管理及排水设施，防止施工用水流入基坑。
（4）降水运行过程中对降水运行的记录，应及时分析整理，绘制各种必要图表，以合理指导降水工作，提高降水运行效果。降水运行记录每天提交一份，如有停抽的井应及时测量水位，每天 1~2 次。
（5）降水设备在施工前及时做好调试工作，确保降水设备在降水运行阶段运转正常。
（6）施工现场要备足抽水泵，并配备备用泵。使用的抽水泵要做好日常保养工作，发现坏泵应立即修复，无法修复的应及时更换。
（7）降水工作应与开挖施工密切配合，根据开挖的顺序、进度等情况及时调整降水井的运行数量。
（8）降水运行阶段，电源必须保证，工地设双电源，确保降水运行工作的连续性，以保证基坑施工安全。
（9）部分降水井需设置在车道上，为了避免降水井施工及运行期间对交通的影响，施工期间将钻机布置在基坑一侧，运行期间设置降水井检查井。
3.5 降水井回填与封堵
（1）工艺流程
抽水→起泵→投入砂石混合料→浇筑C10混凝土→振捣密实→回填2%水泥土
（2）施工方法
开始封堵施工前，须将井内的水位降至最低，利用汽车吊快速把水泵提出，将水井上部0.5m深范围内的井管用铁锤击破，露出外侧原状土层，然后开始进行水井封堵工作。
在井底至井口以下6m范围内处使用砂砾石料（采用砂、石级配混合料）回填；井口以下6m至井口以下2m井管范围内，采用25吨汽车吊，吊1.2m3吊罐回填准备好的C10混凝土，用振动器振捣密实；水井井口以下2m至井口范围，采用2%水泥土进行分层回填，分层厚度为30cm，人工夯实。
4.施工监测
4.1 监测目的
为了确保降水施工期间基坑周边建筑物及管线的安全，由专职人员组成监控量测组，负责测点的设置、日常量测工作和数据处理、信息反馈工作，进行信息化施工，确保工程施工的安全。通过监控量测达到以下目的。
（1）将监测数据与预测值相比较，判断前一步施工工艺和支护参数是否符合预期要求，以确定和调整下一步施工，确保施工安全。
（2）将现场监测的数据、信息及时反馈，已修改和完善设计，使设计达到优质安全、经济合理。
（3）将现场测量的数据与理论预测值比较，用反分析法进行分析计算，使设计更符合实际，便用以指导今后的工程建设。
4.2监测方法
地下水位监测通过孔内设置水位管，采用水位计进行量测，量测精度为±5mm。降水井施工完成后，对井内原始水位进行量测并做好记录。开始降水后，水位未达到设计降水深度以前，每天观测 3 次水位，根据观测数据绘制水位降深值 S 与时间 t 的曲线图，分析水位下降趋势，预计达到降水深度所需时间，达到设计降水深度且趋于稳定时，每天观测 1 次，记录地下水位，并根据地下水位变化情况，合理调配水泵，尽可能的降低地下水位。 地下水位监测点平面纵向每 25m 布置一个，每个断面横向布置1个监测点，基坑两侧对称布置。
4.3 施工过程巡查
（1）施工现场巡视
在施工全过程中每天由专人分两次对降水及各种大型设备进行巡视，观察有无异常现象，及时上报和采取相应的措施。
（2）含砂率监测
为保证降水井正常出水时含砂率满足要求，故在降水井运行过程中，每天检测一次含砂率。具体检测方法是采用烘干法，每次取降水井水400g进行实验，含砂率控制在1/50000以内。
4.4 监测数据处理
监测信息反馈包括多个环节，从监测数据采集、监测数据的处理到监测成果的及时传达，进而迅速采取措施等。其整个过程的流程如下图所示：
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监测信息管理流程图
日报：监测当日通过电子邮件或书面的形式报送监理单位、委托方；预警快报：及时通过口头、电话或短信等快捷方式上报监理单位、委托方，同时报送项目公司项目工程师和专业工程师，必要时越级上报项目公司主管领导。月报：每月25日前以书面形式提交监理单位、委托方。 现将流程图分成如下几个阶段：
（1）采集数据（包括现场安全巡视），对数据进行初步分析，初步判断监测对象安全，如果情况可疑应通知业主，并做进一步监测验证。
（2）数据录入计算机，上传至信息化网络平台数据库，进行数据处理，各有关审核人或专家顾问组在各个终端进行网上审核。
（3）审核合格，生成成果报告，这里主要指周报（全部监测工作结束后，生成最终报告）。
（4）如果监测数值过大，达到了报警值，按规定的有关程序进行响应。
（5）生成监测成果报告后（全部监测工作结束后，生成最终报告）。成果报告和相关主要数据、图表一并上传至成果发布平台，业主、设计等各方在得到授权的情况下均可以进行实时查询监测成果，与此同时成果报告以书面形式另报送给各相关方。
4.5监测成果内容
（1）报警快报
报送内容主要包括报警时间、地点、报警概况、原因初步分析、变化趋势、报警处理建议等。
（2）日报
包括当日工况信息、关键性施工监控量测数据、巡视信息和预警建议信息等；报送频率与施工监测的频率保持一致，考虑不同工法、不同工况和不同风险工程等级等而有所差异。
（3）周（月）报
主要包括近一周（月）的施工监测关键数据、工况和巡视信息的异常情况、风险预警情况、反馈意见落实情况及风险事务处理、效果、变化趋势、存在问题、下一步风险处理建议等。
（4）总结报告
总结报告内容包括：包括工程概况，全部监测项目值全过程的发展和变化情况、周围环境情况、监测资料整理方式、监测最终结果及简要评述。
结束语：
本项目降水专项施工方案按照项目总体施工工筹并严格执行国家现行的施工规范和验收标准进行编制，形成规范有序的施工工艺、施工方法，用以指导现场施工，确保降水施工安全及人身安全。
参考文献：
（1）《管井技术规范》（GB 50296-2014）；
（2）《建筑与市政降水工程技术规范》﹙JGJ/T 111-2016﹚；
（3）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）；
（4）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）；
（5）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；
（6）《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》（住建部令第37号）；
（7）《住房城乡建设部办公厅关于实施<危险性较大的分部分项工程安全管理规定>有关问题的通知》（建办质〔2018〕31号）；
（8）《既有建筑地基基础加固技术规范》（GJ123-2012）；
（9）《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）；
（10）《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）；
（11）《工程测量规范》（GB50026-2016）；
（12）《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2012）；
（13）《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ 33-2012）；