管井降水在深基坑開挖中的應(yīng)用

張勝森

在基礎(chǔ)工程施工中,地下水降水處理是建設(shè)者首先面臨且又必須解決的難題。如何解決深大基坑降水是基礎(chǔ)工程施工中最棘手的問題。尤其在錫林郭勒盟地區(qū),由于施工方面的經(jīng)驗少,降水方面的問題解決還不成熟,近幾年來我們在多個項目中做了大量試驗研究,利用管井降水比較成功地解決了深大基坑降水難題,取得了一定的經(jīng)驗。

1 管井降水的基本特點

管井降水是指開挖基坑時,根據(jù)水文地質(zhì)條件,在基坑周邊開鑿不同管徑、不同深度的降水管井,通過降水管井降低地下水位的一種降水方法。管井降水的特點是降水速度快,能迅速將基坑中的地下水位降至基坑底部;具有可調(diào)性和人為控制性(可根據(jù)單井出水量和周邊環(huán)境及基坑要求隨時調(diào)整基坑底部的地下水位);能有效地阻止周邊的地下水進入基坑;能有效地改善基坑邊坡土體的力學(xué)性質(zhì),提高邊坡穩(wěn)定性;能有效阻止液化層的液化及流砂、涌漿及底板突鼓現(xiàn)象的發(fā)生;工程造價低。但是在施工中應(yīng)采取有效的保障措施,以防事故的發(fā)生。

2 工程概況

原料卸煤斗處地下水為第四系孔隙潛水,地下水位埋深約為2.4 m,基礎(chǔ)埋深為10.5 m,地下水位高于基底約 8.1 m,需降水深度為8.6 m?；A(chǔ)大小為9 m×14 m,坐在③層細砂上,基礎(chǔ)深度范圍內(nèi)主要為砂土。地質(zhì)情況如表1所示。

表1 地質(zhì)情況表

根據(jù)工程特點及經(jīng)驗選擇管井降水,井深為18 m,管井直徑為400 mm。

3 涌水量計算及井點布置

3.1 基坑涌水量計算

1)管井穿過三個不同含水層,土的滲透系數(shù)K為:

2)基坑安全等級為二級,降水影響半徑R為:

3)基坑的等效半徑r0為:

r0=0.29(a+b)=0.29×(12+17)=8.41 m。

4)基坑遠離地面水源,基坑涌水量 Q為:

其中,Q為基坑涌水量;K為土壤的滲透系數(shù);H為潛水含水層厚度;S為基坑水位降深;R為降水影響半徑;r0為基坑的等效半徑?；舆h離水源涌水量計算簡圖見圖1。

3.2 井點布置

1)管徑出水量,根據(jù)經(jīng)驗公式確定q為:

2)管井?dāng)?shù)量計算:

n=1.1Q/q=1.1×5 359.9/1 222.47=4.8。

根據(jù)基坑的平面形狀與大小、地質(zhì)和水文情況、工程性質(zhì)、降水深度,通過計算最終確定管井?dāng)?shù)量為5個,井點布置圖見圖2。

4 管井組成

本工程降水井孔徑設(shè)計為400 mm,井管由預(yù)制混凝土管、濾料、無堵污水泵等組成,管井基本構(gòu)造見圖3。

系統(tǒng)的基本構(gòu)造:1)預(yù)制混凝土管:井管每節(jié)長1 m,井管內(nèi)徑400 mm,壁厚為50 mm,管壁包裹雙層玻璃絲布作濾布;2)濾料:10 mm～20 mm粒徑的碎石填充;3)污水泵:WQ20-18-2.2三相無堵污水泵,泵管70 mm;4)水管:70 mm水管接出基坑外。

5 管井降水系統(tǒng)施工工序

1)鉆孔:采用回轉(zhuǎn)式鉆機機械鉆進成孔,成孔孔徑為700 mm,成孔深度20 m左右。2)換漿:成孔后,換漿是關(guān)鍵,孔內(nèi)換漿的好壞直接影響降水效果,所以,下管前一定要把孔內(nèi)泥漿換至接近清水為止。3)下管:井管的直徑小于孔徑,即為400 mm,下管前先在濾水管外圍包扎兩層80目尼龍網(wǎng),并用鉛絲扎好,然后根據(jù)編排順序逐根下入井孔中。4)投濾料:投濾料是管井降水的關(guān)鍵環(huán)節(jié),選擇好濾料是搞好降水的前提條件,所以一定要選擇粒徑在10 mm～20 mm的碎石;投濾料應(yīng)自上而下進行,直至孔口。5)洗井:洗井是搞好降水的最后一道環(huán)節(jié),成井結(jié)束后,隨即下入潛水泵進行徹底洗井,并且將井洗至水清砂凈為止。6)沉泵:首先將已準(zhǔn)備好的潛水泵沉入已洗好的降水管井中,逐個試抽,觀測水位和出水量。7)排水管道的鋪設(shè):當(dāng)水泵沉入后,應(yīng)將抽出的地下水排出施工場地;在道路兩側(cè)布設(shè)排水系統(tǒng),采用軟水管作為排水管線。8)降水:管道鋪設(shè)完畢,各井的水泵沉入預(yù)定深度(約18 m)后方可開始降水。逐一啟動管井,利用管井群孔的干擾作用,使地下水位以基坑為中心迅速形成一降落漏斗,該漏斗的水位控制在基坑底部0.5 m～1 m為宜,連續(xù)抽水至基坑工程施工結(jié)束,降水期間嚴(yán)禁間歇,防止停電(可準(zhǔn)備一臺發(fā)電機)。

6 管井降水施工時應(yīng)考慮的因素

1)布井時,盡量在周邊多布,中間少布;在地下補給的方向多布,另一方向少布。2)布井時應(yīng)根據(jù)地質(zhì)報告,使井的濾水器部分能處在較厚的砂卵層中,避免處于泥砂體中,影響井的出水能力。3)當(dāng)鉆探施工達到設(shè)計深度后,根據(jù)洗井?dāng)R置的時間長短,宜多鉆進2 m～3 m,避免因洗井不及時泥漿沉淀過厚,增加洗井的難度。洗井不應(yīng)擱置時間過長或完成鉆探后再集中洗井。4)水泵選擇時應(yīng)與井的出水能力相匹配,水泵小時達不到降深要求;水泵大時,抽水又不能連續(xù),一方面增加維護難度,另一方面對地層影響較大。一般可以準(zhǔn)備大中小幾種水泵,在現(xiàn)場依實際情況適時調(diào)配。5)降水期間應(yīng)對抽水設(shè)備和運行狀況進行維護檢查,每天檢查不應(yīng)少于3次,并應(yīng)觀測記錄水泵出水等情況,發(fā)現(xiàn)問題及時處理,使抽水設(shè)備始終處在正常運行狀態(tài)。同時應(yīng)有一定量的備用設(shè)備,可對出問題的設(shè)備及時更換。6)抽水設(shè)備應(yīng)進行定期保養(yǎng),降水期間不得隨意停抽。當(dāng)發(fā)生停電時應(yīng)及時更新電源,保持正常降水。7)降水施工前,應(yīng)對因降水造成的地面沉降進行估算分析,如分析出沉降過大時,應(yīng)采取相應(yīng)應(yīng)對措施。8)降水時應(yīng)加強對周圍建筑物的觀測。首先在降水影響范圍外建立水準(zhǔn)點,降水前對建筑物進行觀測,并進行記錄。降水開始階段每天觀測兩次,進入穩(wěn)定期后,每天可以只觀測一次。

7 降水井施工安全措施

降水井施工應(yīng)嚴(yán)守操作規(guī)程,在崗人員要戴安全帽,起落鉆具下不得站人,下入井管時使用的管鉗、扳手不能放在底部,用電應(yīng)由專人負責(zé)安裝,自動控制箱應(yīng)放在距地面1.2 m以上處,并接上地線,電纜接頭應(yīng)用防水膠布包扎。

8 結(jié)語

建筑基坑特別是深基坑的降水工作直接影響到工程的安全及工期,若降水井布置合理,井管、濾料選擇正確,成井工藝適合地質(zhì)條件,運行、管理措施得力,可以確保工程施工安全順利進行。本工程基坑開挖采取了管井降水措施,既經(jīng)濟又實用。在相關(guān)措施的保證下,施工取得了較好的效果。

[1] 吳國表.某深基坑開挖設(shè)計[J].山西建筑,2008,34(7):149-150.

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

[3] 何 煜,王淵輝,王 磊.管井降水在城市基礎(chǔ)工程建設(shè)中的應(yīng)用探討[J].平頂山工學(xué)院學(xué)報,2007(10):10-11.