管井井點(diǎn)降水技術(shù)在深基坑施工中的應(yīng)用研究—以國(guó)道110077線鄭州段改建工程為例

中鐵十五局集團(tuán) 第五工程有限公司 肖蒂

管井井點(diǎn)降水技術(shù)在深基坑施工中的應(yīng)用研究—以國(guó)道110077線鄭州段改建工程為例

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一、工程概況

國(guó)道107線鄭州段改建工程AK41+635～AK42+035隧道工程位于航空港迎賓大道環(huán)島下，距新鄭國(guó)際機(jī)場(chǎng)高速出口處200 m。隧道總長(zhǎng)400 m，基礎(chǔ)底板最低處埋深9.5 m，泵房局部埋深13 m。該工程地基土質(zhì)為黃褐色粉土，地下水屬于空隙潛水類型，地下水位埋深4～5.5 m，地下水位要求降至施工作業(yè)面以下不低于0.5 m。

二、深基坑降水方案總體技術(shù)思路

設(shè)計(jì)圖紙要求開(kāi)口段降水深度最深為9.0 m,閉口段降水深度最深為10 m。根據(jù)隧道施工計(jì)劃，先進(jìn)行閉口段施工，再進(jìn)行開(kāi)口段施工。降水施工根據(jù)施工區(qū)段分別進(jìn)行。根據(jù)專家組對(duì)隧道工程降水方案的評(píng)審意見(jiàn)，降水采用坑內(nèi)管井降水方案，可采用密布淺降和深降相結(jié)合的方法控制降水對(duì)周邊環(huán)境的影響。具體做法是在深基坑內(nèi)埋置深于基底的井管，通過(guò)設(shè)置在井管內(nèi)的潛水電泵將地下水抽出，使地下水位與基坑坑底的距離超過(guò)50 cm。管井管徑為30 cm，井深定為20～25 m。

三、降水設(shè)計(jì)計(jì)算

1.主要參數(shù)取值。

（1）根據(jù)國(guó)道107線鄭州段改建工程GDTJ-9合同段的地質(zhì)勘查報(bào)告可知，場(chǎng)地地下水屬穩(wěn)定潛水類型，其補(bǔ)給主要來(lái)自于大氣降水和地表水滲入，基坑周圍沒(méi)有地表水存在，設(shè)計(jì)管井井深25 m，井底標(biāo)高位于（隔水層）上，計(jì)算模型采用潛水完整井。潛水完整井模型如圖1所示。

（2）基坑深度為9.6 m，地下水水位為-5.5 m，降水至-11.0 m，故水位降深5.5 m。

（3）根據(jù)業(yè)主提供資料，該基坑長(zhǎng)約400 m，寬約44 m（含每邊井點(diǎn)到底板外皮距離）。

（4）K為滲透系數(shù)，取1.5 m/d（設(shè)計(jì)提供）。

（5）計(jì)算軟件采用理正巖土5.11。

（6）管井沿基坑開(kāi)挖線及坑內(nèi)中軸線交錯(cuò)布置3排，管井間距約20 m。

2.計(jì)算結(jié)果。

（1）基坑涌水量計(jì)算。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》F.0.7確定降水影響半徑R=58.724 m。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》F.0.7確定基坑等效半徑r0=128.760 m。基坑涌水量按以下公式計(jì)算。

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，則基坑涌水量Q=2 244.466 m3/d。

（2）降水井的數(shù)量計(jì)算。單井出水量（q）按40.0 m3/d計(jì)算，確定管井?dāng)?shù)量（降水井的數(shù)量）n，即

四、井點(diǎn)布置

閉口段管井沿基坑邊坡兩側(cè)坡頂線外1 m及坑內(nèi)交錯(cuò)布置4排，間距12～13 m，開(kāi)口段沿基坑開(kāi)挖線及坑內(nèi)交錯(cuò)布置2排。井點(diǎn)平面布置如圖2所示。

五、施工工藝流程及注意事項(xiàng)

1.施工工藝流程。施工流程如下：井點(diǎn)測(cè)量定位→挖井口、安護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆孔→回填井底砂墊層→綁竹片、尼龍網(wǎng)→吊放井管→回填井管與孔壁間的砂礫過(guò)濾層→管井內(nèi)設(shè)水泵、安裝抽水控制電路→試抽水→降水井正常工作→降水完畢后拔井管→封井。

2.施工注意事項(xiàng)。

（1）成孔可根據(jù)土質(zhì)條件和孔深要求，該工程采用潛水鉆，用泥漿護(hù)壁，孔口設(shè)置護(hù)筒，以防孔口塌方，并在一側(cè)設(shè)排泥溝、泥漿坑?？讖綉?yīng)比管井直徑每邊大150～250 mm。當(dāng)不設(shè)沉砂管時(shí)，鉆孔深度應(yīng)比抽水期內(nèi)可能沉積的高度適當(dāng)加深。成孔后應(yīng)立即安裝井管，以防塌方。

（2）井管沉放前應(yīng)先清孔。一般用壓縮空氣洗井或用吊筒反復(fù)上下取出泥渣洗井，還可用壓縮空氣（壓力為0.8 MPa、排氣量為12 m3/min）與潛水泵聯(lián)合洗井。

（3）該工程深井降水采用無(wú)砂混凝土管作井管?？稍诔煽缀?，逐節(jié)沉入無(wú)砂混凝土管，外壁綁長(zhǎng)竹片導(dǎo)向，使接頭對(duì)正，并且在井管外側(cè)纏繞2層尼龍網(wǎng)。井管安放應(yīng)力求垂直，井孔中間管頂應(yīng)比自然地面高500 mm左右。井管過(guò)濾層應(yīng)放置在含水層內(nèi)，進(jìn)井管下入后，及時(shí)在井管與土壁間用鐵鍬分層并填充砂礫濾料。濾料粒徑應(yīng)大于濾網(wǎng)的孔徑，一般為3～8 mm。填濾料要一次連續(xù)完成，從底填到距井口1 m左右，上部采用不含砂石的黏土封口。管周圍填砂濾料后，安設(shè)水泵前應(yīng)按規(guī)定先清洗濾井，沖除沉渣。一般采用壓縮空氣洗井，洗井應(yīng)在下完井管、填好濾料、封口后8 h內(nèi)進(jìn)行，以免時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，護(hù)壁泥皮逐漸老化，影響滲水效果。

（4）水泵安裝前應(yīng)作一次全面細(xì)致的檢查。如無(wú)問(wèn)題，方可放入井中使用。深井內(nèi)安設(shè)潛水泵，可用繩索吊入濾水層部位，上部應(yīng)與井管口固定。潛水電動(dòng)機(jī)、電纜及接頭應(yīng)有可靠絕緣，每臺(tái)泵配置一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，主電源線路沿深井排水管路設(shè)置。安裝完畢應(yīng)進(jìn)行試抽水，滿足要求后處方可轉(zhuǎn)入正常工作。

（5）地面排水管采用Ф50 mm水管，布置在基坑四周，并埋入自然地面下0.3 m處，排水經(jīng)沉淀池沉淀后排至航空港區(qū)市政污水或雨水井內(nèi)，具體排放口根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而定。用潛水泵抽水，水泵下至距井底1.50 m。

（6）水泵的安裝與運(yùn)轉(zhuǎn)。水泵采用膠皮軟管引至地面排水管道，根據(jù)出水量及降深調(diào)整水泵的位置。水泵一旦啟動(dòng)即要24 h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，爭(zhēng)取早日將水位降到設(shè)計(jì)要求。定時(shí)通過(guò)水位觀測(cè)孔觀測(cè)水位，以確定水泵的停與用，必要時(shí)可配備專用發(fā)電機(jī)以滿足實(shí)際需要。

（7）井管使用完畢，用吊車或三木搭借助鋼絲繩、倒鏈，將井管口套緊徐徐拔出。拔出后所留的孔洞用砂礫填充、搗實(shí)。

六、保證降水質(zhì)量

1.降水井成孔時(shí)采用稀泥漿，以增加降水井的出水量。

2.下井管時(shí)兩節(jié)管的連接處要纏塑料袋條并扎緊，防止泥沙進(jìn)入井內(nèi)，成井后應(yīng)及時(shí)清井。

3.成井后的實(shí)測(cè)井深要大于設(shè)計(jì)井深，洗井后要達(dá)到水清砂凈的要求。

4.濾料投入量不小于計(jì)算數(shù)量。

七、降水安全控制

1.降水井成孔后及運(yùn)行時(shí)，要對(duì)井口采取封閉措施，防止意外傷人或掉入雜物。

2.降水運(yùn)行過(guò)程中，要有專職技術(shù)人員對(duì)水位變化情況進(jìn)行觀測(cè)、記錄，如發(fā)現(xiàn)超出警戒水位，應(yīng)立即報(bào)告項(xiàng)目部。

3.當(dāng)基坑內(nèi)水位將至設(shè)計(jì)要求后，可適當(dāng)減少降水井?dāng)?shù)。

4.現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備發(fā)電機(jī)組，以保證降水連續(xù)進(jìn)行。

八、防止沉降

1.根據(jù)對(duì)周圍環(huán)境的調(diào)研，隧道開(kāi)挖邊線周圍的建筑物主要有位于環(huán)島內(nèi)的“禮儀之門(mén)”雕塑，以及位于隧道西側(cè)的“好想你”商店和加油站?！岸Y儀之門(mén)”門(mén)寬30m、高27.5m,主要結(jié)構(gòu)為鋼管柱，平面及立面梁形式為鋼框架結(jié)構(gòu)，主結(jié)構(gòu)外設(shè)有三角支架和懸挑支架，墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)為銅板。基礎(chǔ)尺寸12.705 m×8.255 m×2.0 m，自下而上依次為10 cm厚C15混凝土墊層、40 cm厚鋼筋混凝土底板、160 cm厚毛石混凝土，基礎(chǔ)埋深-3.5 m，基礎(chǔ)主體總重1300 t，距開(kāi)挖邊線28 m。商店為二層小樓，外墻最近處距開(kāi)挖邊線21 m。加油站在隧道開(kāi)挖線內(nèi)，需拆除。

2.防沉降措施。該工程防沉降重點(diǎn)是“禮儀之門(mén)”雕塑。

（1）控制抽水含沙量。在深井濾水管及潛水泵外包濾水網(wǎng)，抽水含沙量不超過(guò)萬(wàn)分之一。同時(shí)，重視埋設(shè)井管時(shí)的成孔和回填砂濾料的質(zhì)量，必要時(shí)在基坑外采用回灌水措施。

（2）降水控制采用密布淺降，盡量減少對(duì)深層地下水的擾動(dòng)。

（3）對(duì)基礎(chǔ)采用雙液注漿予以加固。

（4）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。基礎(chǔ)施工時(shí)，特別是降水期間，應(yīng)對(duì)附近建筑物和馬路進(jìn)行沉降和位移觀測(cè)。如發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即與設(shè)計(jì)、建設(shè)單位協(xié)商，確定解決方案。監(jiān)測(cè)工作由業(yè)主委托具有資質(zhì)的監(jiān)測(cè)單位進(jìn)行。

3.降水保證措施。24 h派人輪流值班，圍護(hù)降水正常進(jìn)行；安排專職人員監(jiān)督降水作業(yè)、記錄降水井水位變化情況，經(jīng)對(duì)比分析后制定相應(yīng)措施，保證降水工作的順利進(jìn)行。

九、各項(xiàng)資源需要量計(jì)劃

勞動(dòng)力需要量和降水井機(jī)械設(shè)備需要量分別見(jiàn)表1、表2。

表1 勞動(dòng)力需要量計(jì)劃

表2 降水井機(jī)械設(shè)備需要量

十、結(jié)論

1.本文，筆者論述了深基坑井點(diǎn)降水的施工方案和實(shí)踐方法，即主要采用坑內(nèi)管井降水方案，通過(guò)施行密布淺降和深降相結(jié)合的方法，控制降水對(duì)周邊環(huán)境的影響。

2.國(guó)道107線鄭州段改建工程區(qū)內(nèi)地基土層在第四系全新統(tǒng)地層，淺部土層中的地下水屬孔隙潛水類型，其水位動(dòng)態(tài)變化主要受控于大氣降水、人工灌溉和地面蒸發(fā)。在這種地質(zhì)條件下，采用管井降水與明排相結(jié)合的方法降水可以滿足施工要求。施工重點(diǎn)包括兩個(gè)方面：一是涌水量的計(jì)算和降水井位置、數(shù)量的確定；二是加強(qiáng)監(jiān)測(cè)保證邊坡穩(wěn)定，防止因降水而引起鄰近建筑物沉降。

3.管井井點(diǎn)降水技術(shù)在應(yīng)用時(shí)還要考慮工程的水文和地質(zhì)情況，并結(jié)合實(shí)際施工情況，從而保證工程的順利進(jìn)行。