粉砂地基降水深井打設合格率控制與提高方法

1 引言

渦河蒙城樞紐建設工程節制閘及船閘底板坐落于粉砂土層[1]，工程區域地下水豐富，船閘和節制閘深基坑土方開挖達140 萬m3， 有效降低地下水位是基坑土方開挖的必要前提。 工程采用降水深井進行降排水，而由于區域粉砂地基的特性[2]，降水深井一次打設合格率偏低，影響降水效率。 因此，有必要研究粉砂地基降水深井打設合格率控制與提高的方法。

由現狀調查可知，采取措施前降水井打設合格率為85%，不合格問題的主要癥結是出水含砂量大[3]，經對已完成合格降水井的分析，得出通過加強現場管理和控制，可實現將合格率提高至95%以上。 本文研究提出粉砂地基降水深井打設合格率控制與提高的方法， 通過粉砂地基出水含沙量大的原因分析、要因確認、對策制定與實施來控制與提高降水深井打設合格率，經實踐取得了較好的效果，該控制與提高方法的成功實踐可供其他類似工程借鑒。

2 原因分析與要因確認

2.1 原因分析

原因分析采用魚刺圖法，用于分析質量特性（結果）與影響質量特性因素（原因）之間的關系，這是一種發現問題“根本原因”的分析方法[4]。針對出水含砂量大的問題，采用頭腦風暴法從人員、材料、機械設備、方法、環境、測量6 個方面[5]，找到12 個末端因素，繪制魚刺圖如圖1 所示。

圖1 出水含砂量大原因分析魚刺圖

2.2 要因確認

根據魚刺圖找出12 個末端因素，并對這些因素逐一進行分析，以便確認主要影響因素。

2.2.1 未進行質量教育

標準：降水井施工前對作業人員進行質量教育，教育覆蓋率100%。

查看教育記錄可知，降水深井施工前，工程質量部已對降水井作業人員進行了專題質量教育，作業人員全部到會，教育覆蓋率100%。

確認結論：非要因。

2.2.2 技術交底不到位

標準：降水井施工前對所有作業人員進行技術交底，交底覆蓋率100%。

查看技術交底記錄，降水深井施工前，項目總工已對降水井作業人員進行了技術交底，交底覆蓋率已達100%。

確認結論：非要因。

2.2.3 濾管孔隙率不合適

標準：采用孔隙率15%左右的無砂混凝土管。

現場調查：對現場濾管進行檢查發現，成井采用的是無砂混凝土管，經查合格證孔隙率為15%。

確認結論：非要因。

2.2.4 濾料粒徑不合適

標準：采用粒徑0.5~1 mm 中粗砂作濾料。

現場調查：現場調查發現，個別降水井施工時，由于旁邊暫時缺少中粗砂，作業人員擅自使用了小粒徑石子作濾料，隨機檢測了10 個點粒徑平均值（見表1）。濾料粒徑偏大，滲水太快，且土層中粉細砂粒容易穿過濾料進入井中，導致降水井出水含砂量大。

表1 濾料粒徑統計表

確認結論：要因。

2.2.5 濾網孔徑不合適

標準：濾管外由內至外采用80 目和60 目錦綸濾網各1 層。

現場調查：現場調查發現，個別降水井濾網采用的是單層60 目的濾網。濾網孔徑較大，土層中粉細砂粒容易穿過濾網進入井中，導致降水井出水含砂量大。

確認結論：要因。

2.2.6 鉆機型號不合適

標準： 選用適合本工程地下土層的水井鉆機， 優先選用SQZJ-130 型鉆機。

現場調查：所用鉆機為SQZJ-130 正循環鉆機（見圖2），選型合適，鉆桿直徑、鉆頭大小適合本降水井。

圖2 鉆機實拍圖

確認結論：非要因。

2.2.7 潛水泵功率大小不合適

標準：選用功率合適的水泵，保證降水井出水穩定、連續。

現狀調查：現場調查發現，已打設完成的降水井，采用的是功率5.5 kW 和3.5 kW 兩種水泵， 而出水含砂量大的降水井基本都是采用的功率5.5 kW 水泵。 經分析認為，此水泵功率偏大，而井內單位時間滲水量有限，導致抽水時斷時續，對井底擾動較大，是出水含砂量大可能原因之一。

確認結論：要因。

2.2.8 鉆孔工藝不合適

標準：宜采用正循環或反循環連續鉆進。

現場調查：鉆孔采用正循環鉆進成孔（見圖3），鉆孔工藝合適。

圖3 鉆孔施工圖

確認結論：非要因。

2.2.9 管徑與孔徑不匹配

標準：嚴格按施工方案中管徑與孔徑。

現場調查：現場隨機檢查了10 口降水井，濾管內徑400 mm、壁厚40 mm，成孔直徑均在900 mm 左右，符合施工方案要求。

確認結論：非要因。

2.2.10 洗井不規范

標準：反復洗井，直至水清、穩定。

現狀調查：井管下放前反復用吊筒撈取泥渣，井管下方好且濾料回填后，立即放置潛水泵抽水反復洗井。 洗井規范，洗井完畢水清且穩定出水，洗井合格。

確認結論：非要因。

2.2.11 井口周圍雜物落入井內

標準：井口高出地面50 cm 以上，且井口采取覆蓋措施。

現狀調查：井口均高出地面且井口已采取覆蓋保護措施。

確認結論：非要因。

2.2.12 測量誤差

標準：打井深度按照施工方案，井底深入⑦層重粉質壤土1 m 以上，井深約30 m。

現場調查：隨機抽取10 口井施工記錄，成井深度結果顯示打井深度均符合要求。

確認結論：非要因。

2.3 要因確認結果

由以上要因確認過程可知， 導致降水井出水含砂量大的主要末端因素有3 個，如圖4 所示。

圖4 降水井出水含砂量大的主要末端因素

3 制定對策

根據各要因制定相應的對策、措施，具體如表2 所示。

4 對應措施

4.1 措施一

針對要因：濾料粒徑偏大。

對策：換用粒徑小的濾料。

目標：采用粒徑0.5~1 mm 中粗砂作濾料。

采取措施：首先，施工前選料時選擇中粗砂，然后分別用孔徑1 mm 和0.5 mm 方孔篩篩查， 粒徑為0.5~1 mm 的中粗砂留好備用。濾料回填時（見圖5），人工用鐵鍬均勻對稱下料，以防出現分層，下料一次連續完成，上部用黏土球封口。

圖5 現場濾料回填

效果檢查：通過孔徑1 mm 和0.5 mm 方孔篩篩查，現場隨機選擇了10 個點進行濾料粒徑平均值測定，濾料粒徑均控制在了0.5~1 mm。 措施一順利完成（見圖6）。

圖6 降水井施工

4.2 措施二

針對要因：濾網孔徑偏大。

對策：換用孔徑小的濾網。

目標：進入井中的水含砂量小于1/50 000。

采取措施： 井壁外由內至外采用80 目和60 目錦綸濾網各一層，管節接頭部位再用300 mm 寬濾網包裹一道，防止砂粒從接頭處進入井中，外用30~50 mm 寬毛竹片導向和12#鉛絲纏繞。

效果檢查：通過改變濾網孔徑，采用孔徑較小的80 目和60 目的濾網，在保證土層中水順利進入降水井中的同時，有效阻擋了土層中粉細砂粒進入井中。 經測定， 水中含砂量小于1/50 000，措施二順利完成。

4.3 措施三

針對要因：潛水泵功率偏大。

對策：換用功率小的水泵。

目標：保證抽水穩定、連續不間斷。

采取措施：采用功率2.5 kW 水泵。 在確保采用0.5~1 mm粒徑中粗砂作濾料、80 目和60 目錦綸網各一層作濾網的前提下，將2.5 kW 潛水泵放入井中，外接直接為8.3 cm（2.5 寸）的水管排水。 基坑降水深井宜對稱降水，以便地下水位均勻下降。

效果檢查：采用小功率水泵后，抽水時斷時續的現象不再出現，水清且穩定、連續，措施三順利完成。 圖7 為降水深井一次打設合格率提升前后現場對比圖。

圖7 降水深井一次打設合格率提升前后現場對比圖

效果檢查：通過努力，剩余30 口降水深井于2019 年4 月20 日安全順利打設完成。對該30 口深井降水情況一一進行了詳細檢查，連續5 d 對出水含砂量進行測定，檢測結果均小于1/50 000。 30 口井出水均為清水，且穩定、連續，一次打設合格率達到了100%，達到了預期目標（見圖8）。

圖8 降水深井一次打設合格率提升前后柱狀對比圖

5 結語