管井降水在深基坑开挖中的应用

张胜森

在基础工程施工中,地下水降水处理是建设者首先面临且又必须解决的难题。如何解决深大基坑降水是基础工程施工中最棘手的问题。尤其在锡林郭勒盟地区,由于施工方面的经验少,降水方面的问题解决还不成熟,近几年来我们在多个项目中做了大量试验研究,利用管井降水比较成功地解决了深大基坑降水难题,取得了一定的经验。

1 管井降水的基本特点

管井降水是指开挖基坑时,根据水文地质条件,在基坑周边开凿不同管径、不同深度的降水管井,通过降水管井降低地下水位的一种降水方法。管井降水的特点是降水速度快,能迅速将基坑中的地下水位降至基坑底部;具有可调性和人为控制性(可根据单井出水量和周边环境及基坑要求随时调整基坑底部的地下水位);能有效地阻止周边的地下水进入基坑;能有效地改善基坑边坡土体的力学性质,提高边坡稳定性;能有效阻止液化层的液化及流砂、涌浆及底板突鼓现象的发生;工程造价低。但是在施工中应采取有效的保障措施,以防事故的发生。

2 工程概况

原料卸煤斗处地下水为第四系孔隙潜水,地下水位埋深约为2.4 m,基础埋深为10.5 m,地下水位高于基底约 8.1 m,需降水深度为8.6 m。基础大小为9 m×14 m,坐在③层细砂上,基础深度范围内主要为砂土。地质情况如表1所示。

表1 地质情况表

根据工程特点及经验选择管井降水,井深为18 m,管井直径为400 mm。

3 涌水量计算及井点布置

3.1 基坑涌水量计算

1)管井穿过三个不同含水层,土的渗透系数K为:

2)基坑安全等级为二级,降水影响半径R为:

3)基坑的等效半径r0为:

r0=0.29(a+b)=0.29×(12+17)=8.41 m。

4)基坑远离地面水源,基坑涌水量 Q为:

其中,Q为基坑涌水量;K为土壤的渗透系数;H为潜水含水层厚度;S为基坑水位降深;R为降水影响半径;r0为基坑的等效半径。基坑远离水源涌水量计算简图见图1。

3.2 井点布置

1)管径出水量,根据经验公式确定q为:

2)管井数量计算:

n=1.1Q/q=1.1×5 359.9/1 222.47=4.8。

根据基坑的平面形状与大小、地质和水文情况、工程性质、降水深度,通过计算最终确定管井数量为5个,井点布置图见图2。

4 管井组成

本工程降水井孔径设计为400 mm,井管由预制混凝土管、滤料、无堵污水泵等组成,管井基本构造见图3。

系统的基本构造:1)预制混凝土管:井管每节长1 m,井管内径400 mm,壁厚为50 mm,管壁包裹双层玻璃丝布作滤布;2)滤料:10 mm～20 mm粒径的碎石填充;3)污水泵:WQ20-18-2.2三相无堵污水泵,泵管70 mm;4)水管:70 mm水管接出基坑外。

5 管井降水系统施工工序

1)钻孔:采用回转式钻机机械钻进成孔,成孔孔径为700 mm,成孔深度20 m左右。2)换浆:成孔后,换浆是关键,孔内换浆的好坏直接影响降水效果,所以,下管前一定要把孔内泥浆换至接近清水为止。3)下管:井管的直径小于孔径,即为400 mm,下管前先在滤水管外围包扎两层80目尼龙网,并用铅丝扎好,然后根据编排顺序逐根下入井孔中。4)投滤料:投滤料是管井降水的关键环节,选择好滤料是搞好降水的前提条件,所以一定要选择粒径在10 mm～20 mm的碎石;投滤料应自上而下进行,直至孔口。5)洗井:洗井是搞好降水的最后一道环节,成井结束后,随即下入潜水泵进行彻底洗井,并且将井洗至水清砂净为止。6)沉泵:首先将已准备好的潜水泵沉入已洗好的降水管井中,逐个试抽,观测水位和出水量。7)排水管道的铺设:当水泵沉入后,应将抽出的地下水排出施工场地;在道路两侧布设排水系统,采用软水管作为排水管线。8)降水:管道铺设完毕,各井的水泵沉入预定深度(约18 m)后方可开始降水。逐一启动管井,利用管井群孔的干扰作用,使地下水位以基坑为中心迅速形成一降落漏斗,该漏斗的水位控制在基坑底部0.5 m～1 m为宜,连续抽水至基坑工程施工结束,降水期间严禁间歇,防止停电(可准备一台发电机)。

6 管井降水施工时应考虑的因素

1)布井时,尽量在周边多布,中间少布;在地下补给的方向多布,另一方向少布。2)布井时应根据地质报告,使井的滤水器部分能处在较厚的砂卵层中,避免处于泥砂体中,影响井的出水能力。3)当钻探施工达到设计深度后,根据洗井搁置的时间长短,宜多钻进2 m～3 m,避免因洗井不及时泥浆沉淀过厚,增加洗井的难度。洗井不应搁置时间过长或完成钻探后再集中洗井。4)水泵选择时应与井的出水能力相匹配,水泵小时达不到降深要求;水泵大时,抽水又不能连续,一方面增加维护难度,另一方面对地层影响较大。一般可以准备大中小几种水泵,在现场依实际情况适时调配。5)降水期间应对抽水设备和运行状况进行维护检查,每天检查不应少于3次,并应观测记录水泵出水等情况,发现问题及时处理,使抽水设备始终处在正常运行状态。同时应有一定量的备用设备,可对出问题的设备及时更换。6)抽水设备应进行定期保养,降水期间不得随意停抽。当发生停电时应及时更新电源,保持正常降水。7)降水施工前,应对因降水造成的地面沉降进行估算分析,如分析出沉降过大时,应采取相应应对措施。8)降水时应加强对周围建筑物的观测。首先在降水影响范围外建立水准点,降水前对建筑物进行观测,并进行记录。降水开始阶段每天观测两次,进入稳定期后,每天可以只观测一次。

7 降水井施工安全措施

降水井施工应严守操作规程,在岗人员要戴安全帽,起落钻具下不得站人,下入井管时使用的管钳、扳手不能放在底部,用电应由专人负责安装,自动控制箱应放在距地面1.2 m以上处,并接上地线,电缆接头应用防水胶布包扎。

8 结语

建筑基坑特别是深基坑的降水工作直接影响到工程的安全及工期,若降水井布置合理,井管、滤料选择正确,成井工艺适合地质条件,运行、管理措施得力,可以确保工程施工安全顺利进行。本工程基坑开挖采取了管井降水措施,既经济又实用。在相关措施的保证下,施工取得了较好的效果。

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[2] 李雨源,刘 向,周云杰,等.大型深基坑管井降水施工技术措施[J].建筑施工,2008(2):172-173.

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