对需要回灌的工程而言，回灌井与( )是一个完整的系统。
A 、截水帷幕
B 、降水井
C 、排水沟
D 、基坑
【正确答案：B】
浅谈某工程深基坑降排水施工技术的控制
摘 要：本文以某工程为例，针对该工程水文地质的特点，简要介绍一般性深基坑工程的止水和降排水施工技术措施的控制要点。
〔关键词〕深基坑 降排水 施工技术 控制
1 工程水文地质条件概况
该工程位于昆明市北市区盘龙江岸，东西方向紧邻金刀营村和已建小区工程。建筑物为13幢17层商住楼，总建筑面积12.5万㎡，框剪结构，场地设一层整体连通的地下车库，其面积为26615㎡，基坑开挖长198m、宽146m，深度5.50m。深搅止水帷幕桩18300延长米。拟建场地距盘龙江岸60m，Ⅰ级阶地上，属河流堆积地貌，地表为人工回填土，上部为洪积成因的粘性土、粉砂，本部为盘龙江冲积形成的圆砾层。岩土工程勘察报告表明：场地地下水位在地表下0.25~3.50m之间，具微承压性，主要含水层为③1、③及④层圆砾。地下水受大气降水及地表流径补给，与盘龙江有水利联系。根据场地土的物理力学性质差异及其工程特性分为4个主层及相应亚层，现自上而下分述如下：
①杂填土：杂色，层厚0.4～2.5m，含大量碎石砖块等杂物，其余成分为粘土，局部地段有30~40㎝耕地及沟塘淤泥深灰色软土。
②粘土：褐黄色及褐灰色，软塑、可塑状态，湿，具中压缩性。切面光滑，干强度及韧性中等，无摇振反应，层厚0.5～3.0m。
②1粉砂：灰色、稍密，湿，局部地段变为粉土，分布不均，层厚0.3～4.0m。
③圆砾：深灰及褐黄色，中密，饱和，颗粒级配较差，亚圆～次棱角状，丹岩成分为砂岩、灰岩、中强风化，砾石含量60～70%，粘性粉土充填。场地均有分布。平均层厚约7.0m。
③1圆砾：深灰色，松散~稍密，饱和，颗粒级配较差，亚圆～次棱角状，砾石含量50～60%，粉土及粉砂充填，分布不均，层厚0.3～3.2m。
其他土层对基坑降排水及喷锚支护影响不大，故在此不赘述。
地下水对砼结构不具腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。抽水试验结果：水位降至现场地面下5.0m，基坑为（146×198）㎡，等效半径为98m时，基坑涌水量Q建议取值2425m3/d，降水影响半径R建议取值243m，渗透系数k建议取值46.6m/d。
2 深基坑降排水方案的选择
因场地地下水埋深0.25-3.50m，基坑开挖深度5.5m，大部分地段揭示含水量丰富的③、③1圆砾层，所以为防止开挖过程中出现基坑突涌及对周围建筑物造成不良影响，基坑开挖前应对基坑周边做好止水和降水技术措施。
止水降水措施一般有井点降水、帷幕止水防砂、坑内降水等。井点降水是普通采用的经济而有效的降水方法。但针对本场地的工程地质特点，在基坑开挖施工前，应先进行坑内降水，因此从施工安全技术、确保工期和工程质量等方面综合比较分析，宜采用悬挂式深搅桩止水帷幕（帷幕悬在透水层中）与坑内井点降水联合方案。
由于基坑降水后，不可避免地造成基坑周围地下水位的下降，从而使基坑周边地面原有建筑物和地下构筑物因不均匀沉降而受到不同程度的损伤。为了减少以上影响或损伤，应在基坑与要保护的建（构）筑物之间采取回灌措施，根据本基坑的地层特点，回灌措施采用坑外回灌井，此外为了解地下水位变化，及时调整回灌水量，还应在基坑周围设置水位观测井。
3 深基坑止水、降水技术措施的工艺和做法
3.1 基坑壁防渗止水
场地浅部填土松散且厚度较大，开挖深度内地基土强度较低，地下水位埋深较浅，场地南、北、东三侧均有密集的民宅分布。基坑开挖后坑壁上压力和水压力增大，坑壁土体极易向坑内滑移，所以为保证基坑支护施工顺利进行和周围建筑物的安全，基坑开挖前，宜在基坑开挖上口线外预先施工一排相互搭接的深搅止水帷幕桩。深搅止水帷幕桩设计和施工主要依据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002及《岩土工程勘察报告》等要求进行。根据岩土工程勘察报告，拟开挖基坑底之下均为很厚的圆砾层，该层为相对强透（含）水层，无隔防止水效果，深搅止水帷幕桩只能选择悬挂式（即帷幕悬吊在透水层中），深搅止水帷幕桩绕基坑施工呈环形闭合状，这样不仅延长了坑内降水时坑外地下水的深流路径，而且有利于坑内降水和坑外回灌工作的进行，同时预设的环形闭合帷幕对深基坑的喷锚支护施工可起到兼顾支护的作用。
本工程深搅桩主要设计参数为：桩径500㎜，桩心距0.35m，桩间搭接15㎝，桩长9m,固化材料采用32.5MPa水泥掺入量≥70kg/m，水灰比0.5-0.6，28天水泥土无侧限抗压强度0.80-1.00MPa。
3.2 基坑内部降排水
3.2.1
降水井
设计依据及主要设计参数：《岩土工程勘察报告》揭示：地下水埋深0.25-3.5m；孔隙型潜水具微承压性；水位降至地面下5.5m；基坑面积（146×198）㎡，等效半径为98m；基坑涌水量取值2425m3/d，降水半径取值243m，渗透系数取值46.6m/d。降水井直径为1m，井深7m，间距L=30m，单井出水量≥100m3/d。
降水井做法：在基坑开挖前钱用人工挖掘成孔，配以相应的提升运土设备完成，在挖下0.8-1.2m支模浇一节砼护壁，边挖边护壁，间歇交替进行，直至设计孔深。护壁砼厚100㎜、强度C20，最后一节砼护壁养护≥24h，用冲击电钻在护壁上（2m一下部位） 交错制成相应数量ф10的出水口。
降水井施工技术控制要点：
3.2.1.1 护筒上端应高出地表25-30㎝，防止雨水和掉入异物。
3.2.1.2 挖掘前必须向工人进行技术、安全交底，注意抓好下挖、吊运土、护壁、找区等几个重要环节，做好通风、排水、照明、信号联络等准备工作。
3.2.1.3 必须在护壁砼凝固后方可拆模继续下挖，校区、修直井筒。
3.2.1.4 挖孔至圆砾层时，要加强井内抽排水和支模护壁工作。
3.2.1.5 吊出的土方及时运走，不得堆积在孔口周围。
3.2.1.6 当井内无人作业时，井口必遮盖，防止掉入异物或坠落事件。
3.2.1.7 做好用于井内抽排水的潜水泵等用电线路的检查、保护工作，防止漏电、触电现象的发生。
3.2.2
排水沟
为避免水浸泡软化土体，及时排放地下水，利于基坑内的作业施工，拟在基坑内、外各设一排水沟。坑外排水沟布于深搅帷幕桩外侧距坑壁1.5m，呈环形封闭状，用砖砌水泥砂浆抹面修筑，在基坑开挖前预先修好，水沟宽0.8m、深0.6m，并与市政排污管接通，根据现场具体情况，在适当位置修筑沉淀池，基坑内抽排出的地下水经沉淀池沉淀后，排入市政排污管道。坑内排水沟位于基坑壁底部，宽0.5m、深0.4m，即坑挖至底部时修筑，修筑时根据建筑物基础外挑宽度做成的沟或盲沟。
3.2.3
降排水设备配置：
根据单井出水量大小、井深、降水井数量，每口降水井中安放一台流量32.4~38.4 m3/d、扬程大于16m的150QJ32型潜水泵，并备用4-6台，该工程150QJ32型潜水泵总配置数量为30台。
4 坑外回灌井和观测井的设置
为减少因基坑降水对周边建筑物的不良影响，在建筑物分布密集的基坑东、南、北三侧，共设置坑外回灌井8口，水位观测井5口，在回灌井无法满足回灌要求时，水位观测井也可兼作回灌井使用。回灌井与水位观测井可同排布设，具体位置设在基坑外侧距深搅止水帷幕6-10m处（距基坑尽可能远些）。回灌井与水位观测井的主要设计参数相同，做法也同坑内降水井。
井径D：
1、m、井深H≥3.5m（井深进入稳定地下水位1m以下），进坑东、南、北三侧回灌井数量分别为4口、2口、2口，水位观测井数量为别为3口、1口、1口。具体位置详见方案设计图。
5 确保深基坑降排水施工技术措施正常运行的管理要点
5.1 降排水施工前按城市建设有关规定需提前到相关部门办理市政排水排污手续。
5.2 降排水设备配置应满足降排水设计方案要求。
5.3 供电电源及供电线路要采取相应的安全保护措施，配电箱需要编号，加安全护栏、悬挂专业警示牌，并应做好防雨防雷保护。
保证降水期间抽水连续作业，防止突然性停电造成水位回升而影响降排水效果、降排水施工现场需配有备用电源（如：发电机、二路供电），并配有自动切换装置。
5.4 为确保施工安全和施工进度、降排水施工现场需设置临时围挡设施，临时围挡要考虑其他机械的正常运作。
5.5 井口一定要高出地面0.3-0.5m，盖好井口，设警示标志、严防行人和异物掉入井内。
5.6 对降水运行的水泵应做好运行日记，发现异常，及时更换组织维修。
5.7 对基坑抽排出的地下水须作有效疏导、排除基坑（即坑内降水井的地下水一定要抽排到地表排水沟），避免向基坑回流、回渗。
5.8 回灌井的回灌水量应通过水位观测井中的水位变化进行调节控制，既要防止回灌水量过大而渗入基坑影响施工，又要防止回灌水量过小，使地下水位失控而影响回灌效果。通常回灌水量不宜超过原有稳定水位标高。
5.9 回灌井与降水井是一个完整的系统，只有使他们共同有效地工作，才能保证地下水位出于某一动态平衡，其中任何一方失效都会破坏这种平衡，因此回灌与降水在正常施工中必须同时启动，同时停止，同时恢复。
5.10 回灌水可直接用基坑抽出的地下水，但回灌前必须经沉淀过滤后方可使用；用其他水源作回灌水时，水质要洁净未受污染。
5.11 降水施工前，必须对场地内所有的水位观测井内的稳定水位进行测量、标定和记录；江水与回灌施工过程中应加水位观测工作，以指导和调整降水与回灌施工。
6 工程小结
深搅帷幕止水与坑内降排水联合方案，虽然在该工程得到成功应用，比预定工期提前15天完成、施工造价控制在预算范围以内。但它不是深基坑降排水施工技术的唯一方案，深搅帷幕止水与坑内降排水联合施工技术方案也不是万能的。各个工程的具体降排施工方案，必须依其水文地质资料和周围环境情况，认真进行深入细致地分析论证和设计，方可得出合理、可行的深基坑降排水施工技术方案或措施。
实施深基坑降排水的工程项目，不管其降排水方案多么周密、完善，在基坑土方开挖与支护的过程中，出现局部地质变异性大、局部流沙或涌水、积水现象也是在所难免的，应先充分考虑相应的应急预案或处理措施也是很有必要的。降排水方案是否妥当，在很大程度上也是决定着深基坑施工技术方案是否成功的主要因素之一。
完善配套的地面设施、合理的工艺设备可有效防止各种堵塞,确保回灌的正常操作运行。由于储层性质和流体特点,不同热储层应采取相应的地面水质处理配套设施。应根据水质的化验结果而优化制定,选择对预处理水质最有针对性的方法:既要保证回灌水质符合要求,又要防止过度处理以增加不必要的投资。为防止物理堵塞,在回灌系统中应设置三级过滤装置(一级旋流式除砂器、二级粗效过滤和三级精密过滤)、反冲洗系统、排气装置、加压装置及氮气保护装置等装备。在连接方式上,主要考虑各自的功能以串接为最佳方式,具体工艺过程见图4-31。
图4-31 典型地热回灌过滤系统工艺流程图
1.回灌井过滤系统
地热供暖系统长年运行,管道不可能经常更换,由于管路内的老化、锈蚀,会使流经的地热流体质量受到不同程度的影响,因此需对回灌水进行净化过滤处理,去除掉回灌水源中的悬浮固相物质和滋生的细菌,降低水源质量不佳对回灌效果的不良影响。
基岩储层稳定性较好,岩石致密坚硬,流体水质较好,回灌效果普遍好于孔隙型储层。基岩回灌地面工艺配套设施重点在于除砂过滤。为不增加额外投资,可根据地热流体质量的具体情况,在回灌水源经除砂处理后,在地面净化措施上可考虑增设精度不大于50μm的管道过滤或其他过滤装置,达到能将管道及系统中残留的相对直径较大的颗粒过滤掉的目的。粗过滤器一般选择采用袋式或棒式滤料,虽然过滤效果较烧结式要差,但安装方便,又可反复清洗重复使用,使用寿命长,价格也相对较低。
孔隙型热储层由于渗透率小、岩石粒径细,滤水管网容易被细微颗粒或细菌堵塞,因此要求同时安装精、粗两级过滤装置。粗效过滤器精度应在50～80μm之间,承担过滤管道及系统中残留的相对直径较大的颗粒任务,并在一定程度上减轻精密过滤器的工作负担,降低反冲洗次数,延长滤料使用寿命精密过滤器精度应达到3～5μm,采用精度较高过滤效果更好的第三代缠绕棒式滤芯,不仅要滤掉大部分悬浮颗粒,有效防止回灌时井内的物理堵塞,还可以有效地拦截或吸附一部分微生物,防止细菌堵塞。
地热回灌系统过滤装置由单个或数个过滤罐组成,通常是多组滤棒组装在一起,能增加过滤量,以保证过滤效果。精度相同的多个过滤罐一般采用并联方式连接,并有并联备用过滤罐,便于其中某个过滤器的反冲洗或维修。单体罐过滤量大小依所需过滤的回灌水量而确定。每个过滤罐应配有精确度等级达到1.0级的差压变送器或在罐体进、出水两端分别配备精度为0.01MPa的表盘式压力监测仪表,可根据罐体两端压力的变化情况来辨别过滤器的工作状态,并决定更换或清洗滤料的时间,以保证过滤效果。如果压差增大,表明有微小颗粒滞留在滤料上,使得滤料的缝隙变小,应及时通过反冲恢复初始工作压力。选择滤芯材料应满足系统所需精度及效果,同时要考虑耐温和耐压。如地热流体经板式换热器后,回水温度在50℃左右,为保证滤料使用寿命,要求滤料耐温应在60℃左右,如果循环水温度较高,滤料耐温范围也要相应增大,要求滤芯材料耐温性能高于地热流体最高温度其次是耐压,由于在回灌运行时系统通常要承受一定的压力,因此要求过滤器外壳承受压力应高于系统最大工作压力。
2.反冲洗系统
由于过滤系统在长时间工作中,管道及设备中的矿物沉渣、微生物等随流体经过过滤器时将会驻留在过滤袋或过滤棒中。为保证过滤质量和降低泵耗,需要定期、定时对过滤系统进行反冲洗。用于判断是否需要反冲洗的方法通常是监测过滤器两端的压力变化,通常两端压差在0.2～0.3mH2O,或当压力超出近0.5mH2O时,应该考虑启动反冲洗程序。反冲洗系统设计方案通常有两种:
其一是单独建立反冲洗系统,即需要配置反冲洗水箱、反冲泵及相关阀门和管道。优点是系统和操作简单,当配置两台过滤器时,可不影响回灌的正常运行。但是由于需要单独配置反冲洗水箱,需要增加设备投资和在机房的占地面积,定期监测和清洗储水装置同样增加了设备维护的工作量。
第二种方法是设计自循环反冲洗系统。该系统优点是可随时利用某一过滤器过滤后的清洁水为另一过滤器进行反冲洗,避免单独配置反冲洗水箱设备、对储水装置水质的监测,节约设备投资和部分设备间的空间。同时,反冲洗系统还可以采用自动控制系统,利用电磁阀常开和常闭的特点,通过监测过滤器两端的压力变化,控制电磁阀的开启和关闭,冲洗过滤装置。该方法提高过滤效果,降低能耗,节约了人工,可以保证过滤装置始终工作在过滤的最佳状态。不足之处是反冲洗系统是自循环系统,首先不适宜采用单台过滤器,当回灌量较小时,增加过滤装置的台数,反而加大设备的投资其次,多台过滤器运行,也会增加压力损失,加大运行成本另外,在循环系统中需要设计独立的反冲洗管路和控制阀门等。
比较以上两种设计方法,地热回灌中采用第二种方法更为普遍。主要原因是节省设备间的空间,避免对反冲洗水质的监测和水箱的定期清洗。只要在设计和施工上保证系统运行可靠,操作方便,该系统可靠性和反冲洗效果均较好。
3.地热回灌系统排气装置
地热流体本身挟带大量气泡,换热后的循环尾水流经管道并经过过滤后,流速、压力、温度、化学特性等均会发生一系列变化,可能会有一部分地热流体中的原始气体或经由某种反应(如硝化反应)新产生的气体释放出来,或者残留一部分不饱和气体如甲烷、二氧化碳等,这些释放出来的气体、气泡团会随回灌流体一同注入。当地热流体在管道内流动时,由于管径阻力和流动状态的变化,水动力流场状态会发生变化,不饱和气体会从流体中析出并生成气泡,当驻留和堆积在岩石空隙中会产生气堵。当循环尾水进入过滤器罐体,管径的变化使其流速迅速降低,压力下降,气泡内的压力和罐内压力形成压差,并使得气泡爆裂,将气体释放出来。同时在注入初期,回灌流体会将泵管、井管内或泵管与井管的环状间隙内的气体压入储层,在回灌通道转折边缘停滞,挤占流体通道形成气体堵塞造成灌量衰减。因此在采、灌系统中要增设排气装置,便于释放回灌过程中因温度、压力变化产生的气体和流体中的不凝气团,防止流体性质发生变化后生成的气泡随回灌水源进入回灌系统,产生气相阻塞,影响回灌效果。为了确保气体的有效释放,排气装置应安装在过滤器之后、加压泵和回灌井口之前,用以在回灌流体进入回灌井之前排除流体中的多余气体。
具体是否有必要安装排气罐和该设备的规模、容量,应根据该回灌流体中气体样分析检测报告中气体所含具体组分和含量的多少而确定。在考虑安装排气设施时需要注意两点,其一是应在罐体顶部要设置自动排气阀,排气点处的高度应高于系统主管道及其他设备装置的最高点,利于系统中气体浓度聚集到一定程度时,自动将气体及时释放到罐体外,降低罐体内的压力,保证安全其二注意如果地热流体中含气体容量较高时,要采用连接排气风道方式将已释放出的气体排出设备间,以防中毒和引发火灾。
4.地热回灌加压装置
天津市多处地热回灌系统在实际运行中,均出现了回灌井内压力过高、水位迅速上升现象,尤其是孔隙型热储层中或一些成井时间较早的地热井,在回灌运行的初期这种现象比较明显,这时就有必要采用加压方式以提高回灌量。因此在地热回灌系统中应设置加压装置,以便不具备自重回灌条件或在自然回灌条件下回灌困难、效果不理想时,启动加压泵设施采用加压方式进行回灌。
加压回灌管路系统是在自然回灌管路装置基础上,将井管密封,利用水泵压力进行回灌。加压回灌与自然回灌管路共同点是抽水管路不用控制阀门,排水及回扬管路完全一致。自然回灌适宜采用从泵管内进水方式,压力回灌因井管密封,既可以从泵管内进水,也可以用回流管从泵管外回灌。
压力回灌适用于回灌井内流体水位高、透水性差的热储层和滤网强度较大的地热深井,主要是针对新近系孔隙型热储层的回灌系统。加压泵应设置在过滤装置、排气装置之后,可选用变频立式管道离心泵,规格、型号依据回灌量和回灌压力确定。
压力回灌时系统有压力存在,要放气,因此在管路上应为加压泵专门配置放气阀和压力表等装置。实际回灌运行启动时待回灌水从放气阀溢出,使系统管路中的空气彻底排出后,再关紧封固放气阀。采用压力回灌时,回灌量和压力要由小到大逐步调节,避免造成井下滤层破坏,同时了解回灌系统的最大承载压力,不能盲目加压,否则将致使系统压力过大而损坏地热井井管和井口装置,造成不可估量的损失。
5.地热回灌系统管网材质要求
由于地热流体温度较高和普遍存在一定的腐蚀性,如果回灌运行管路采用普通金属管材,直供钢制管道,当地热流体流经铁制管道和终端设备后,排放口处尾水中铁离子的含量要大大高于地热生产井出口处的含铁量,并发现铁嗜菌当工作系统处于开口状态时,系统腐蚀更为严重。表4-13是天津市DL-25孔隙型地热井回灌系统主要利用系统出水口水质监测跟踪资料,数据显示敞开式排水口比地热井出水口地热流体的铁离子要高出许多,说明采用金属管网对流体铁离子影响非常大。因此为有效防止腐蚀和物理、生物堵塞,回灌系统中所有输送管道、系统循环管网和回灌水管等应首选非金属管材(玻璃钢管材或PP-R管材)、镀锌钢管、不锈钢钢管,同时还要定期对所采用的管材进行严格的防腐处理。
表4-13 DL-25井供热系统各出口端水质测试结果
地热回灌地面工程系统采用的管材和管件,应综合考虑其工作压力和温度,地面输送管路管径由地热井井管及流体输送量确定,一般不宜小于φ150mm。具体选材时除综合考虑耐腐蚀和安装连接方便可靠外,还应根据输送流体的水温、水质确定,对温度不高于50℃、拉伸指数(LI)不大于10的地热流体,可选用玻璃钢管、碳钢管材、聚乙烯管或不锈钢钢管对温度高于50℃、拉申指数(LI)大于10的地热流体,应选用无缝石油钢管或碳钢管材。
6.地热回灌系统密封要求
地热回灌系统应是一个完整的严格密闭系统,主要体现在以下几个方面:
1)在回灌运行时整个系统应始终保持正压,减少空气在地热流体输送中的渗入,严防空气渗入造成管材的氧化腐蚀,并且所有管材都必须具备良好的防腐性能和密封性能。
2)回灌井的井口装置部分应严格进行密闭处理,回灌水管、水位测管、阀门等所有接口的连接方式均应采用法兰式严格密封。尤其是人工动态监测的回灌系统,其出露在井口上的水位测孔不能是敞口直通形式,要设置有专用开关,且不得长时间处于开启状态。
3)在地热井井口安装隔氧保护设施,如设置具自动压力调节控制系统的氮气保护装置,将井内水位液面以上的井管部分自动充满惰性保护气体,始终保持井内压力略高于大气压力,阻止空气渗入到井内,隔绝空气与地热流体的直接接触,这样既能防止产生井管腐蚀,又能避免由于氧化反应所产生的新的氧化物沉淀。
4)回灌水管应保证始终浸入回灌井内流体液面以下。
由于井管回灌容易造成气堵而影响回灌效果,基岩裂隙型热储层地热回灌系统中,不宜采取井管回灌的方式,而且回灌井内不允许下置潜水电泵进行泵管回灌,应通过专用回灌水管将回灌流体从管内注入回灌井内,回灌水管下入回灌井内流体液面以下5～10m,这样能在一定程度上使整个管路形成某种意义的真空密封状态和密闭路径,减少空气渗入输送管路,实现自重密封回灌。新近系孔隙型热储层进行回灌时原则上应与基岩裂隙型热储层回灌系统一致,通过浸入液面以下的回灌水管实现自重回灌。鉴于目前新近系孔隙型热储层回灌时普遍出现回灌困难,需要不定期进行回扬,因此,回灌水管下入流体液位以下的深度应加大,浸入深度应不小于该井水位埋深的2倍,以备必要时的空压机气举回扬洗井之用或在回灌井内下置潜水电机和泵管,下入深度大于最大动水位5～10m,潜水电机可进行抽水回扬洗井,泵管在作回扬管的同时也兼作回灌水管。
回灌井应设置专用的回扬输水旁管,并需配置专门流量计(表)。
温馨提示：
