管井降水在深基坑開挖中的應用

張勝森

在基礎工程施工中,地下水降水處理是建設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工程施工中最棘手的問題。尤其在錫林郭勒盟地區,由于施工方面的經驗少,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,取得了一定的經驗。

1 管井降水的基本特點

管井降水是指開挖基坑時,根據水文地質條件,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;具有可調性和人為控制性(可根據單井出水量和周邊環境及基坑要求隨時調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性質,提高邊坡穩定性;能有效阻止液化層的液化及流砂、涌漿及底板突鼓現象的發生;工程造價低。但是在施工中應采取有效的保障措施,以防事故的發生。

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。基礎大小為9 m×14 m,坐在③層細砂上,基礎深度范圍內主要為砂土。地質情況如表1所示。

表1 地質情況表

根據工程特點及經驗選擇管井降水,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;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。基坑遠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,根據經驗公式確定q為:

2)管井數量計算:

n=1.1Q/q=1.1×5 359.9/1 222.47=4.8。

根據基坑的平面形狀與大小、地質和水文情況、工程性質、降水深度,通過計算最終確定管井數量為5個,井點布置圖見圖2。

4 管井組成

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

系統的基本構造:1)預制混凝土管:井管每節長1 m,井管內徑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 管井降水系統施工工序

1)鉆孔:采用回轉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,換漿是關鍵,孔內換漿的好壞直接影響降水效果,所以,下管前一定要把孔內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,并用鉛絲扎好,然后根據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鍵環節,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節,成井結束后,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:當水泵沉入后,應將抽出的地下水排出施工場地;在道路兩側布設排水系統,采用軟水管作為排水管線。8)降水:管道鋪設完畢,各井的水泵沉入預定深度(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,連續抽水至基坑工程施工結束,降水期間嚴禁間歇,防止停電(可準備一臺發電機)。

6 管井降水施工時應考慮的因素

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)布井時應根據地質報告,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)當鉆探施工達到設計深度后,根據洗井擱置的時間長短,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。洗井不應擱置時間過長或完成鉆探后再集中洗井。4)水泵選擇時應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,一方面增加維護難度,另一方面對地層影響較大。一般可以準備大中小幾種水泵,在現場依實際情況適時調配。5)降水期間應對抽水設備和運行狀況進行維護檢查,每天檢查不應少于3次,并應觀測記錄水泵出水等情況,發現問題及時處理,使抽水設備始終處在正常運行狀態。同時應有一定量的備用設備,可對出問題的設備及時更換。6)抽水設備應進行定期保養,降水期間不得隨意停抽。當發生停電時應及時更新電源,保持正常降水。7)降水施工前,應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,應采取相應應對措施。8)降水時應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

降水井施工應嚴守操作規程,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,用電應由專人負責安裝,自動控制箱應放在距地面1.2 m以上處,并接上地線,電纜接頭應用防水膠布包扎。

8 結語

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,既經濟又實用。在相關措施的保證下,施工取得了較好的效果。

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