多級輕型井點降水技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用

李蘭毅, 周景貴,趙國君, 佟 輝

(1.黑龍江省火電第三工程公司， 哈爾濱 150016;2.大慶油田電力集團(tuán)， 黑龍江 大慶 163411)

多級輕型井點降水技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用

李蘭毅1, 周景貴1,趙國君1, 佟 輝2

(1.黑龍江省火電第三工程公司， 哈爾濱 150016;2.大慶油田電力集團(tuán)， 黑龍江 大慶 163411)

針對復(fù)雜地質(zhì)條件土層的滲透系數(shù)相差較大、難以施工狀況,介紹了多級輕型井點降水技術(shù),即能有效保證基坑降水效果,避免基坑塌方,又能為降水施工過程中基坑夾泥層滲流、涌水、涌砂提供有效的處理方法。結(jié)合華能大慶2×350 MW熱電聯(lián)產(chǎn)項目的循環(huán)水泵房工程施工應(yīng)用案例,驗證了該方法可行性。同時也為今后復(fù)雜地質(zhì)條件基坑降水施工,提供了借鑒和參考。

多級輕型井點;復(fù)雜地質(zhì);基坑;降水施工

華能大慶2×350 MW熱電聯(lián)產(chǎn)項目的循環(huán)水泵房工程,地下室設(shè)計底標(biāo)高為-10.10 m,地下水池平面尺寸:33 m×18 m。場地地下水位高,降水深度、土層滲透系數(shù)大且變化較大;地質(zhì)條件復(fù)雜,粘土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂層、粉砂層、泥夾層交錯布置,分布不均且變化也大,難以施工。對此,根據(jù)場地地質(zhì)情況,并考慮基坑流砂和塌方因素,應(yīng)選用井點降水方法進(jìn)行施工,增強土質(zhì)變形體中的抗滑作用,改變土層或土體性能參數(shù),提高土體抗剪強度,增加土體穩(wěn)定性,從而達(dá)到有效降低地下水位效果,保障基坑安全,實現(xiàn)順利施工目的。

1 降水方法的選擇

該工程建筑物區(qū)域地下水豐富,地質(zhì)復(fù)雜,一側(cè)為各種形態(tài)的粉質(zhì)粘土,另三面為地質(zhì)復(fù)雜的層厚高差較大的粉質(zhì)粘土及粉砂、細(xì)砂層。由于工程冬季施工,采用綜合蓄熱法,基坑在凍融條件下,極容易塌方。因此在降水時,應(yīng)重點考慮防止基坑流砂和塌方。經(jīng)過查閱相關(guān)工程降水資料,確定采用輕型井點降水技術(shù)較為適宜,降水井點的選用范圍如表1所示。

表1 各種降水井點的選用范圍[1]

井點降水常應(yīng)用在地下水位高出開挖建基面很多或含地下水豐富的土體基坑中,用來疏干或降低地下水位,以消除或減少地下水對施工的不利影響,確保工程質(zhì)量及施工順利進(jìn)行。對于組成土層地下水位較高或土體含水豐富的變形體,輕型井點降水的抗滑作用機理主要表現(xiàn)在兩個方面:一方面是土體的改良,變形體組成土層或土體通過井點降水,使地下水位降低,含水量減少,提高土體抗剪強度;另一方面是降水后土層或土體改良的結(jié)果使土體變形體穩(wěn)定性大幅提高[2]。

該工程基礎(chǔ)設(shè)計埋深為-10.10 m,粉砂、細(xì)砂層滲透系數(shù)比較大。考慮到降水深度為(10.10 m-3.50 m=6.6 m),由表1可以選擇比較經(jīng)濟(jì)的單層輕型井點降水方法。但基坑其它三面為地質(zhì)復(fù)雜的層厚高差較大的粉質(zhì)粘土及粉砂、細(xì)砂層,采用單層輕型井點降水方法效果不理想,因此選擇了多層輕型井點降水,該方法適于滲透系數(shù)較大的粉砂、細(xì)砂層及滲透系數(shù)較小的粉質(zhì)粘土層,且具有排水量大,排水效果好,設(shè)備簡單,可以避免大量涌水、流砂、翻漿,而且在粉砂地層中開挖基坑時,可防止流砂和塌方現(xiàn)象發(fā)生,滲流向下改善土的性質(zhì),使基底土質(zhì)更加密實,提高地基承載力,所以,為了降低井點管埋設(shè)難度,選擇了相對比較經(jīng)濟(jì)的階梯式二級”降水方法[3]。

2 降水關(guān)鍵技術(shù)點

2.1 降水施工要點

根據(jù)地質(zhì)勘探資料及降水施工經(jīng)驗,土方首先開挖至-3.80 m后安裝第一層輕型井點管(需留1.5 m寬降水施工工作面),開挖至-7.00 m安裝第二層輕型井點管(需留2 m寬降水施工工作面),第二層輕型井點管雙排設(shè)置,第一排控制-8.00 m左右的土方夾層地下水,第二排控制基底地下水,保證基礎(chǔ)的正常施工,土方開挖坡道處降水管無法閉合,沿坡道延伸30 m,在坡道兩側(cè)設(shè)置輕型井點管控制地下水。降水施工示意圖如圖1所示。

圖1 降水施工示意圖(單位：m)

2.2 輕型降水井點確定

選擇適當(dāng)?shù)乃牡刭|(zhì)參數(shù),進(jìn)行合理的降水井點布置,結(jié)合場地周邊建筑物基礎(chǔ)情況和分布情況,設(shè)計合理可行的保護(hù)措施,既要滿足降水施工的要求,又要保證降水對周邊建筑物的影響最小,同時采取必要措施保證其安全。

2.2.1 基坑涌水量計算

2.2.2 輕型井點降管根數(shù)可按下式確定

輕型井點單井涌水量計算:

q=2.50·i·k·r·L=0.564 m3/d

式中:q為輕型井點單井涌水量;i為水力坡度,取0.3;r為井管半徑,r=0.025 m;L為井管長度,L=6 m。

輕型井點管根數(shù)及間距:井?dāng)?shù)n=1.1Q/q=251.34×1.1/0.564=490根

式中:n為井點根數(shù),L為基坑周長=586 m

根據(jù)地質(zhì)勘探資料及現(xiàn)場降水施工經(jīng)驗,采用輕型井點降水,輕型井點降水管間距1.200 m,共設(shè)置490根輕型井點降水管,降水設(shè)備10套。

2.2.3 輕型井點降水施工程序

井點放線定位→挖井點溝槽→安裝高壓水泵→沖孔安裝井點管→布置安裝總管→井點管與總管連接→安裝抽水設(shè)備→試抽與檢查→正式投入降水程序→拆除井管。

2.2.4 施工方法

1) 井點放線定位。根據(jù)基坑開挖寬度,確定井點管的布置位置。施工時先放線的開挖線,沿開挖線開挖寬、深1 m的溝槽,以便沖孔時排放多余水。

2) 輕型井管安裝。

輕型井點降水管采用φ48×3.5×6 m的無縫鋼管,濾管長度1.0 m,濾管鉆梅花孔,直徑5 mm,間距15 mm,外包尼龍網(wǎng)(100目)五層,鋼絲網(wǎng)2層。

為使流水暢通,在鋼管與濾網(wǎng)之間用22號鐵線隔開,濾網(wǎng)外面在繞一層22號鐵絲保護(hù)網(wǎng),濾管下端接錐形鑄鐵頭。

井管沖孔時,先將沖管吊起,并插在井點管位置上,沖孔水源采用基坑內(nèi)地下水,然后開動高壓水泵,將土沖松,沖管則邊沖邊沉。沖孔深度宜比濾管底深0.5 m,以防沖管拔出時,部分土顆粒沉于底部使沖孔變淺。井孔沖成后,立即拔出沖管,插入井點管,并在井點管與孔壁之間迅速填灌砂濾層,以防孔壁塌方。

砂濾層的填灌質(zhì)量是保證輕型井點順利抽水的關(guān)鍵,一般宜選用粗砂,填灌均勻,并填至濾管頂上1～1.5 m,以保證水流暢通。井點填砂后,在地面以下0.5～1.0 m范圍內(nèi)用黏土封口,以防漏氣。

3) 沖洗井管。將φ30 mm的膠管插入井點管底部進(jìn)行注水清洗,直到流出清水為止。應(yīng)逐根進(jìn)行清洗,避免出現(xiàn)“死井”。

4) 輕型井點降水設(shè)備。輕型井點管采用φ48×3.5、長度6 m的鋼管共490根,濾孔面積為濾管表面積的15%～20%,濾管壁處包兩層濾網(wǎng)內(nèi)層采用網(wǎng)眼為30～50孔/cm2的尼龍絲布細(xì)濾網(wǎng),外層采用網(wǎng)眼為3～10孔/cm2的尼龍絲布粗濾網(wǎng),井點管的上端用彎管與總管相連。

連接管采用φ48高壓軟管,長度為1～2 m,集水總管采用φ100鋼管分節(jié)連接,每節(jié)長度為6 m,總管之間用法蘭或其它構(gòu)件連接。輕型井點系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 輕型井點系統(tǒng)

降水設(shè)備:采用180-60型離心水泵共計10臺,電機功率為15 kW/臺,出水量50 m3/h。

5) 設(shè)備安裝。檢查降水設(shè)備是否良好,進(jìn)行試運轉(zhuǎn)。降水設(shè)備安裝根據(jù)井管根數(shù),每50根井管設(shè)一臺降水設(shè)備。設(shè)備安裝完畢后,應(yīng)保證連續(xù)不斷地抽水。

抽水時需要經(jīng)常觀測真空度以判斷井點系統(tǒng)工作是否正常,一般情況真空度為55.3～66.7 kPa。檢查觀測水位下降情況,如果有較多井點管發(fā)生堵塞,影響降水效果時,應(yīng)逐根用高壓水反復(fù)沖洗或拔出重埋。

6) 供電系統(tǒng)。降水設(shè)備電機15 kW 共計10臺,泵揚程32 m(總用電負(fù)荷150 kW)。電纜采用VLV22 3×50+1×25電纜500 m引入安裝臨時變壓器配電箱,箱內(nèi)設(shè)空氣開關(guān)、交流接觸器、漏電保護(hù)器。采用角鋼50×5、長度2.5 m三根打一組接地級,采用扁鋼40×4接地母線與配電箱可靠連接,接地電阻不大于10 Ω。

7) 排水系統(tǒng)。臨時排水管采用DN100螺旋鋼管,倒水采用DN100潛水泵4臺,將水排入甲方指定地點,過路部位加DN150×8防護(hù)套管,防止重車壓壞。

8) 檢查管路。檢查集水-下管與井點管連接的膠管的各個接頭在試抽水時是否有漏氣現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)這種情況應(yīng)重新連接或用油膩子堵塞,重新擰緊法蘭盤螺栓和膠管的鉛絲,直至不漏氣為止。在正式運轉(zhuǎn)抽水之前必須進(jìn)行試抽,以檢查抽水設(shè)備運轉(zhuǎn)是否正常,管路是否存在漏氣現(xiàn)象。在水泵進(jìn)水管上安裝一個真空表,在水泵的出水管上安裝一個壓力表。為了觀測降水深度,是否達(dá)到施工組織設(shè)計所要求的降水深度,在基坑中心設(shè)置一個觀測井點,以便通過觀測井點測量水位,并描繪出降水曲線。

在試抽時,檢查整個管網(wǎng)的真空度,達(dá)到550 mmHg(73.33 kPa)時,方可正式投入抽水。

9) 抽水。輕型井點管網(wǎng)全部安裝完畢后進(jìn)行試抽。當(dāng)抽水設(shè)備運轉(zhuǎn)一切正常后,整個抽水管路無漏氣現(xiàn)象,可以投入正常抽水作業(yè)。開機6～8d將形成地下降水漏斗,井趨向穩(wěn)定,土方工程可在降水9～11 d開挖。

3 其它配套措施

3.1 冬季降水施工措施

考慮到降水施工期間為冬季施工,輕型井點降水管道采用4 m長竹片(間距800 mm)加厚塑料布搭設(shè)保溫棚,夜間保溫棚外側(cè)覆蓋一層棉被,考慮到降水期間檢修,保溫棚寬度為2 m,高度為1.8 m;保溫棚內(nèi)沿管道方向布置暖氣管(φ48×3.5鋼管),采用蒸汽加熱對暖棚進(jìn)行保溫,保溫棚總長度為586 m(共二級輕型井點降水)。排水檢查井及排水管道沿線采用珍珠巖覆蓋(保溫寬度1.5 m,保溫厚度1 m);集水水池采用搭設(shè)暖棚(暖棚搭設(shè)尺寸為長6 m×寬6 m×高6 m)、內(nèi)側(cè)暖氣管(φ48×3.5鋼管)加熱保溫的方法保證降水正常施工。

3.2 泥夾層的處理

基坑開挖至8～9 m出現(xiàn)夾粉土薄層,含有樹葉、樹根等有機質(zhì)土,并出現(xiàn)了基坑滲流、涌水、涌砂,必須及時處理。所以，為了加快泥夾層上部的水快速流到下層,采取了加密管井井點;用套管和水槍在井點軸線范圍之外打孔,用安裝井點管相同成孔作業(yè)方法,井內(nèi)填滿粗砂,形成二至三排砂樁,使地層中上下水貫通。在抽水過程中,由于下部抽水,上層水由于重力作用和抽水產(chǎn)生的負(fù)壓,上層水系很容易漏下去,將水抽走。因此,在滲流、涌水、涌砂明顯減少后,利用軟導(dǎo)管在滲漏點處進(jìn)行引流,然后用快硬膨脹水泥進(jìn)行封堵,在其達(dá)到一定的強度后,將導(dǎo)管用鐵絲扎牢[4],確?；影踩?。

3.3 降水措施

在正式開工前,現(xiàn)場配備一臺300 kW柴油發(fā)電機組,作為備用電源,以保證在抽水期間不停電。

抽水應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，特別是開始抽水階段,時停時抽,會導(dǎo)致井點管的濾網(wǎng)阻塞,而且中途長時間停止抽水,會造成地下水位上升,引起土方邊坡塌方等事故。

輕型井點降水應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查,其出水規(guī)律應(yīng)“先大后小,先渾后清”。若出現(xiàn)異常情況,應(yīng)及時進(jìn)行檢查。

在抽水過程中,應(yīng)經(jīng)常檢查和調(diào)節(jié)離心泵的出水閥門以控制流水量,當(dāng)?shù)叵滤唤档剿蟮乃缓?要減少出水閥門的出水量,盡量使抽吸與排水保持均勻,達(dá)到細(xì)水長流。主干管流水坡度應(yīng)向水泵方向。

真空度是輕型井點降水能否順利進(jìn)行降水的主要技術(shù)指數(shù),現(xiàn)場設(shè)專人經(jīng)常觀測，若抽水過程中發(fā)現(xiàn)真空度不足,應(yīng)立即檢查整個抽水系統(tǒng)有無漏氣環(huán)節(jié),并及時排除。

在抽水過程中,特別是開始抽水時,應(yīng)檢查有無井點管淤塞的死井,可通過管內(nèi)水流聲、管子表面是否潮濕等方法進(jìn)行檢查。如“死井”數(shù)量超過10%,則嚴(yán)重影響降水效果,應(yīng)及時采取措施,即采用高壓水反復(fù)沖洗處理。

粘土層較厚,沉管速度會較慢,如超過常規(guī)沉管時間時,可增大水泵壓力,但不要超過1.5 MPa。因為粘土的透水性能差,上層水不易滲透下去,所以應(yīng)采取套管和水槍在井點軸線范圍之外打孔,用埋設(shè)井點管相同成孔作業(yè)方法,井內(nèi)填滿粗砂,形成二至三排砂樁,使地層中上下水貫通,上層水系亦通過砂樁漏下去,將水抽走。

井點位置應(yīng)距坑邊2～2.5 m,以防止井點設(shè)置影響坑邊土坡的穩(wěn)定性。水泵抽出的水排到離基坑越遠(yuǎn)越好,以防止?jié)B下回流,影響降水效果。

4 結(jié) 語

在華能大慶2×350 MW熱電聯(lián)產(chǎn)項目的循環(huán)水泵房工程冬季降水施工中,依據(jù)地質(zhì)條件選用了多層輕型井點降水和其他配套措施,從2011年10月15日開始實施,至12月15日工程結(jié)束,該方法表現(xiàn)了預(yù)計效果,由此證明,該方法有效、可行。

[1] 江正榮.建筑施工工程師手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002. JIANG Zhengrong. Manual for construction engineers[M]. Beijing:China Architecture & Building Press，2002.

[2] 鄧爭榮,楊奇峰.輕型井點降水在土質(zhì)變形體抗滑治理中的應(yīng)用[J].人民長江期刊，2005(11). DENG Zhengrong, YANG Qifeng. Application of light well point drainage in anti-slide treatment of deformable earth body [J]. Yangtze River, 2005(11).

[3] 郭煜.多級輕型井點降水的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ)，2002(2). GUO Yu. Application of multi-stage light well points in dewatering [J]. Soil Engineering and Foundation, 2002(2).

[4] 李建庚,李兆楓.淺談基坑排水[J].科技與生活，2009(21). LI Jiangeng, LI Zhaofeng. Discussion on foundation pit draina-ge [J]. Technology and Life, 2009(21).

(責(zé)任編輯 郭金光)

Application of multi-stage light well point drop water under complicated geological condition

LI Lanyi1, ZHOU Jinggui1, ZHAO Guojun1, TONG Hui2

(1. Heilongjiang No.3 Thermal Power Engineering Company, Harbin 150016, China;2. Daqing Oilfield Electric Power Group, Daqing 163411, China)

Aiming at the big difference of soil permeability coefficient and the difficult in constructing under complicated geological condition, this paper introduced multi-stage light well point drop water, the technology which guaranteed the effect of foundation pit drop water, anti-collapse of foundation pit and effective treatment for seepage, water and sand gushing in the clayish layer of foundation pit during the drop water construction. On the basis of the example, the circulating water pump house of Huaneng Daqing 2×350 MW cogeneration project, it is proved that the technology is feasible, which can provide reference for drop water construction under complicated geological condition.

multi-stage light well; complicated geological condition; foundation pit; drop water construction

2015-06-12。

李蘭毅(1968—)，男，工程師,主要從事研究火電廠施工技術(shù)。

TU753

A

2095-6843(2015)06-0561-04