张战胜 卢士涛 韦九洲 李亮亮 许涛涛

摘 要：济南作为建设海绵体城市试点之一，基坑排水需要进行回灌。作者通过以济南某地铁车站基坑排出的地下水如何进行回灌开展论述。首先通过试验对比各地层的回灌量，确定回灌地层；然后通过单井回灌量确定回灌井的布置方案，最后形成回灌系统，将基坑排出的地下水基本回灌到地下相应地层中。

关键词：地下水； 渗透系数； 回灌井； 回灌量

【文章编号】1627-6868（2016）06-0006-03

引言

济南作为“泉城”，闻名于世，目前作为国家海绵体城市建设第一批试点城市之一，再一次出现在公众视野之中。海绵城市建设的要点就是要遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。

济南作为新兴的一线城市，城市基础建设正在大行其道。而城市基础设施建设必然涉及到地下工程和基坑开挖，济南地下水较丰富，开挖基坑不可避免需要外排地下水，及时做了相应的止水帷幕也需要降排水，未进行海绵体城市建设之前，基坑排水一般直接进入了雨水管道，地下水白白浪费。为了做好济南市试点海绵体城市建设，济南市政府发文通知，各大型基坑特别是地铁建设项目的基坑外排水必须组织回灌。

1.概况

1.1某地铁车站基坑设计概况

济南某地铁车站，基坑开挖深度为16.51m。围护桩采用Ф1000钻孔灌注桩，桩间距1.5m；四周设置封闭的止水帷幕，采用支护桩外侧单独一排Ф0.8m三管高压旋喷桩的形式，止水帷幕底标高为基坑底以下2.5m。

1.2 地层及水文地质条件

该车站基坑施工范围内的地层比较简单，自上而下主要分为①杂填土、②黄土、②1粉土、③粉质黏土、③细砂层、④粉质黏土层等地层。

根据勘察资料该场区地下水主要潜水及承压水。潜水含水层为②1粉土，主要为上层滞水；承压水含水层为③1细砂层，厚度2.1m，稳定水位埋深7.50～9.20m，主要接受大气降水入渗补给及第四系松散岩类孔隙水渗透补给，排泄与人工开采为主。根据勘察报告建议，该层地下水的渗透系数为120m/d，影响半径R为149.90m。

1.3基坑降水方案设计原则

本工程基坑开挖深度较大，原基坑降水设计方案中降水疏干主要需考虑疏干②1粉土潜水和③1细砂层承压水的涌水量，其次考虑③1细砂层承压水的影响，防止在基坑开挖过程中承压水从最不利点产生突涌，对基坑稳定性造成危害。根据设计计算，帷幕实施前的基坑涌水量可达到45000 m3/d，帷幕实施后的基坑涌水量大约2000m3/d。采用管井降水，间距15米，坑内两侧按照梅花形布置。

2.地下水回灌试验

2.1回灌试验目的

合理设置回灌井可有效维持建（构）筑物区的地下水水位，消除或降低基坑降水对周边环境的影响。同时有效利用基坑降水抽出的地下水作为回灌水源，不仅节约水资源，确保自然生态系统中水资源的相对平衡，而且减少了采用自来水回灌的回灌成本。

2.2回灌井布设

本次地下水人工回灌的目的层为②1粉土层、③粉质粘土层、③1细砂层和三层混合层，共设置4口回灌井（编号分别为H01、H02、H03、H04），回灌水采用抽水井作为水源。

回灌井过滤器分别位于各试验地层，回灌井深度不超过止水帷幕深度，暂定18.0m。井孔直径700mm，井管采用直径273mm壁厚3mm的无缝钢管，过滤器采用圆孔过滤管，孔径为12mm，每周设置9个圆孔，纵向间距为100mm，底部设置沉淀管1m。回灌井结构设计图、回灌试验系统运行示意图如图1、2所示。

2.3回灌试验过程及结果分析

按照回灌水位标高高出原始水位标高1m-20m（或不同压力下）的情况进行回灌试验，测定回灌水量和地下水位变化情况。根据试验结果得到的成果表及Q-P（流量-压强）对应曲线图如下：

（1）贮水系数

根据试验结果，在合理的压力范围内（一般不超过0.20 MPa），砂层上部的粉质黏土层单井贮水系数为1.215 m3/h，砂层单井贮水系数为5.731 m3/h，砂层下部的粉质黏土层单井贮水系数为2.527 m3/h。

（2）主要回灌地层与渗透系数的关系

根据以往经验，某个地层的回灌的渗透系数一般小于抽水的渗透系数。根据现场压力回灌试验，按照《水利水电工程注水试验规程》（SL345-2007）的相应规定，计算回灌时的渗透系数：

K=16.67Q/（AH）

其中K——试验岩土层渗透系数，cm/s；Q——注入流量，L/min

H——试验水头，cm；等于试验水位与地下水位之差；A——形状系数，cm；

根据试验结果计算地下水位以下各地层的渗透系数如下：

根据计算，砂层回灌的渗透系数平均值大于勘察报告的渗透系数（勘察报告推荐的渗透系数为120m/d，折合1.39×10-1 cm/s），因此需要做一定的调整。由于压水井壁管底部未封孔，且下部回填的均是滤料，且测试的只是侧面的部分，按照50%进行折减，细砂层回灌的渗透系数取1.01×10-1 cm/s，粉质黏土层回灌的渗透系数取4.84×10-2 cm/s。从结果看出，粉质黏土层的渗透系数也较大，可能存在砂层透镜体，或者与砂层产生越流有关。

（3）单井回灌量与回灌压力的关系

根据试验结果显示，当采用压力回灌时，在允许的压力值范围内，单井回灌量与压力在某个区间段存在一定的线性关系，但是整个段是非线性关系。

3.地下水回灌系统设计及运行

3.1回灌系统设计

根据试验结果，回灌井的回灌地层位于粉质黏土与细砂层的复合地层，过滤器长度6m，回灌井深度18m。按照单井正常压力回灌5 m3/h计算，单井一天回灌量约120 m3/h，按照75%进行折合，每天至少90 m3/h，按照基坑涌水量2000 m3/h，则需要22.2眼回灌井。考虑到雨季施工，涌水量增加则按照24眼井进行设计。施工场地位于地铁站两侧的绿化带内，施工完毕后及时复绿，确保与环境的和谐统一。回灌系统采用离心泵取水、离心泵压力回灌的方式。

3.2回灌系统的正常运行

按照试验结果，回灌井按照设计要求成井后，固井、封井、洗井，焊设及安装回灌设备及管路，另外针对抽取的地下水设置过滤装置，确保回灌水的水质要求。然后组织人员24小时值班正常回灌。根据回灌结果统计，目前日常回灌总量在1800m3/h以上，基本满足市政府及项目组的要求。

4.结论及建议

在地下水回灌技术应用于海绵体城市建设中，首先应调查基坑排水量及主要含水地层，并针对主要含水地层开展回灌试验，确定单井回灌量，最终确定回灌井的井身结构及数量，然后安装回灌系统进行正常回灌。

由于存在雨季施工及枯水期与丰水期，加上回灌系统在长期压力状态下，会改变含水层的结构，导致回灌量减少。因此建议在回灌井设计时，有条件的情况下采取加大井径及井深的方式，增加回灌量的安全储备。另外针对回灌井，建议应定期回扬，尽量恢复因压力回灌导致的含水层结构的改变，确保回灌井的回灌性能。

参考文献

[1]水利水电工程注水试验规程（SL345-2007）.中国水利水电出版社，2008

[2]武永霞、张楠、陆建生.地下水回灌技术在浅层承压含水层中的实践与探讨[j]，岩土工程技术，2010年第24卷第三期