深井與輕型井點降水在黃河砂卵地層基坑中的應用

曹輝 叢培 賀冠青

摘 要：烏瑪高速A7標段位于寧夏中衛黃河橋段，地下水豐富，地層為砂卵層，自穩能力差。當深基坑降水范圍超過6 m時，采用一級輕型井點降水或單一的深井降水效果不佳。為保證承臺基坑開挖安全及施工方便，本文綜合考慮深井與輕型井點降水相結合的方法在黃河砂卵地層基坑開挖施工中的應用。

關鍵詞：深基坑降水;放坡開挖;深井井點;輕型井點

中圖分類號：TU753文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）31-0121-03

Application of Deep Well and Light Well Point Dewatering

in Foundation Pit of Yellow River Sand and Egg Stratum

CAO Hui CONG Pei HE Guanqing

（The First Engineering Co. Ltd. of China Railway Wuju Group，Changsha Hunan 410117）

Abstract： The A7 section of Wuma Expressway is located in the Yellow River Bridge section of Zhongwei， Ningxia. The underground water is rich and the stratum is sand and egg layer， so the self stability ability is poor. When the dewatering range of the deep foundation pit is more than 6 m， the effect of the first-class light well point dewatering or single deep well dewatering is not good. In order to ensure the foundation pit excavation safety and construction convenience， this paper comprehensively considered the application of deep well and light well point dewatering method in the Yellow River sand gravel stratum foundation pit excavation construction.

Keywords： deep foundation pit precipitation;slope excavation;sham tseng well point;light well point

黃河流域橋墩施工因其基礎埋深較大，在施工區地下水位較高且有產生流沙等危險時，要考慮降低地下水位[1-2]。井點降水是地下水位埋深較淺地區基礎工程施工的重要措施之一，它能克服流沙現象，穩定基坑邊坡，降低承壓水位，防止坑底隆起和加速土的固結，使位于天然地下水位以下的基礎工程能在較干燥的施工環境中進行。井點降水方法有輕型井點、噴射井點、電流井點、管井法以及深井泵法等[3-5]。

在基坑深度較深、地下水補給性強時，輕型井點法雖在深基坑降水中應用廣泛，但在基坑開挖要求降低水位深度在5～6 m時應慎選用，僅采用一級輕型井點就會出現水位降不下去的情況，容易造成施工工期的延誤，且降水效果難以保證，采用放坡開挖二級輕型井點結合四周深井降水可以解決這一問題[6-7]。本文以烏瑪高速黃河流域橋墩基坑開挖降水為例，采用二級輕型井點和四周深井井點降水的施工方法，成功在地下水最為豐富的黃河流域地區橋墩基坑施工取得了良好的降水效果。

1 工程概況

烏海至瑪沁公路（寧夏境內）青銅峽至中衛段工程第A7標段的鎮羅黃河特大橋為本標段重難點工程，該橋全長1 289 m，上部結構采用鋼-混組合梁，下部結構采用花瓶墩，基礎為樁基礎。其中8#～13#墩位于黃河水中，6#、7#及14#～17#墩位于黃河堤岸，本文主要論述7#墩基坑的降水施工。

橋址區場地地貌單元為黃河河床及漫灘，地勢開闊，地形稍有起伏，橋軸線地面高程為1 201.3～1 208.9 m，相對高差約7.6 m。地下水類型為黃河孔隙滲水，水位隨黃河水位變化而變化，施工期間測得水位標高為1 205.349 m。由工程地質勘探可知，橋址區地層結構較為復雜，主要由第四系全新統沖洪積層和上更新統沖洪積組成，地質情況分述如下。

①粉質黏土，黃褐色，土質均勻，層厚0.8～2.5 m，層底標高為1 204.029～1 201.529 m。

②細砂，零星分布于橋址區地表、粉質黏土與卵石之間，層厚1.4～1.5 m，層底標高為1 201.529～1 200.129 m。

③卵石，青灰色，層厚4.6～5.8 m，層底標高為1 200.129～1 194.329 m。

④卵石，青灰色，層厚8.6～22.9 m，層底標高為1 194.329～1 171.429 m。

2 基坑開挖降水設計

2.1 基坑開挖

根據設計圖紙及現場測量，7#墩承臺底標高為1 198.829 m，地面標高為1 206.029 m，開挖深度約7 m，分兩級邊坡開挖，基底預留0.8 m操作空間，坡度1∶1，中間平臺1 m;綜合考慮地質水文條件、降水范圍以及基坑深度等因素，編制了7#墩承臺整體降水方案如下。

首先，在基坑頂部四周埋設一定數量的深井管井進行初步大范圍降水，利用真空原理不斷抽出地下水，使地下水位降低到基坑設計標高以下，從而解決地下水大量涌入坑內的問題，同時防治流沙現象也是降水的主要目的。然后，采用兩級放坡開挖，并在平臺內側采用輕型井點降水系統施工對基坑下部的粉質黏土、細砂、卵石層進行降水，7#墩整體降水方案如圖1所示。

2.2 管井井點降水設計

2.2.1 基坑總涌水量計算。根據現場地質構造、水文特點以及土層滲透系數等因素，可采用群井無壓完整井計算方法計算基坑涌水量[8-9]，計算公式如式（1）所示：

其中，[Q]表示基坑涌水量，m3/d;[K]表示滲透系數，m/d，取10 m/d;[H0]表示含水層厚度，m;[X0 ]表示假想半徑，m;[S]表示降水深度值，取[S]=7.0 m。

由于開挖基坑不規則，可將其等效為半徑為[X0 ]的圓形井，其基坑等效半徑計算如式（2）所示。

其中，[A]表示基坑井點管所包圍的平面面積，取[A]=39.5×21.5=850 m2，將其帶入式（2）可得出[X0 ]為16.5 m。

當含水層厚度不明確時，可根據表1的經驗公式進行計算。

由1表可知，[SS+L]=7/（7+1）=0.86，可求[H0]=1.84[S+L]=1.84×（7+1）=14.7 m。

當基坑井點系統抽水后，地下水受到影響而形成降落曲線，降落曲線穩定時的影響半徑即為計算用的抽水影響半徑[R]，該影響半徑一般根據現場抽水試驗決定，也可按照式（3）進行計算。

由式（3）可得出[R]為165.5 m。

結合式（1）、式（2）和式（3）可求出基坑總涌水量為2 142 m2/d。

2.2.2 井點設計計算。工程上通常用基坑總涌水量除以單井出水量，再綜合考慮富余系數來確定井點數及間距，可按式（4）、（5）和（6）計算。

其中，[q]表示單井抽水量;[d]表示濾管內徑，取深井井點濾管內徑[d1]=0.3 m，輕型井點濾管內徑[d2]=0.04 m;[n]表示井點深井數量;[C]表示基坑開挖周長;[b]表示各井點間距。

根據上述計算結果可知，基坑輕型井點單根出水量17.6 m3/d，最多所需井點數量為122根，輕型井點間距為1.0 m，沿基坑一級邊坡處等間距環形布置。

2.3 井點施工方案

2.3.1 施工流程。管井井點放線定位→挖井口、安護筒→沖孔→清孔→回填井底砂墊層→安裝管井井點管→水位觀測→降水井成孔→管井周邊降水→基坑放坡開挖至一級邊坡→布置輕型井點降水系統→繼續開挖至設計標高→承臺及墩身施工→基坑回填→降水完成拔泵→封井。

2.3.2 重點施工步驟。①深井井位放線測量井位后，埋設鋼護筒以防止孔坍塌，并且在鋼護筒與孔壁之間用黏土填充縫隙以防止漏水;②深井降水系統完成后開始基坑四周降水，待降水完成后開始基坑開挖，放坡開挖至一級邊坡位置，為保證疏干邊坡內的上層滯水，預留1 m平臺布置輕型井點降水系統;③待完成輕型井點降水系統布置后，基坑繼續放坡開挖至設計標高，7#墩基坑開挖完畢;④基坑開挖后，做好降水運行控制保證水位在坑底以下合適深度，加強對基坑水位和周圍環境的監測。

3 基坑降水實施效果

通過采取深井與輕型井點降水相結合施工，制定施工項目方案，對基坑涌水量、單井出水量、井數、井間距等要素進行有效的計算，從而為施工項目提供數據支持。同時，降水后土面逐漸堅硬，邊坡日趨穩定，為基礎施工創造了良好的地基環境，有效保障了工程治理。

4 結論

①黃河特大橋基坑降水實踐證明基坑降水方案的設計應根據當地的水文地質條件，開挖深基坑時，可聯合使用多種降水方法，以達到最佳布置，取得最好的降水效果。

②采用二級輕型井點配合四周深井降水施工法，不僅可以通過四周深井進行大范圍降水，而且能提升邊坡的穩定性，大大減少土方開挖量。

③在寧夏黃河流域砂卵地層采用井點降水法代替鋼板樁防護，可取得很好的經濟效益：本橋3#墩～7#墩設計均為鋼板樁防護，單墩鋼板樁費用為490 751元，井點降水單墩費用為120 000元，節省370 751元。

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