管井降水在砂质粉土地层中的应用(修改)

1管井降水在砂质粉土地层中的应用潜英飞中铁二十四局集团浙江工程有限公司摘要：当今的建筑施工中存在相当多的深基坑工程，基坑开挖过程中需要降低水位。本文主要介绍了管井降水在杭州南复路下穿立交工程的成功应用以及相关计算，以供读者在以后的施工当中参考。关键词：管井砂质粉土深基坑1引言现代建筑都在往高、大的方向发展，比如高楼大厦、特大桥梁等，这些建筑物的存在都离不开坚实的基础。高层建筑一般都设有若干层地下室，桥梁的墩台基础开挖深度少则几米，多则十几米。施工规范中规定开挖深度超过6米的基坑则定义为深基坑。因此，当今的建筑施工中存在相当多的深基坑工程，如何确保深基坑作业的人身财产安全显得格外重要。除了稳固的围护结构保证基坑的稳定性外，降水也是一种有力的、不可或缺的辅助措施之一。在软土地区开挖基坑时，因地下水位高且地层松散并含砂或夹砂，坑底容易发生流砂和管涌现象，导致基坑发生坍塌事故。对于这类工程，基坑开挖过程中需要降低水位，以防止边坡失稳，并保证施工过程中处于疏干的工作条件下进行土方开挖和基础的施工。工程施工实施降水，已有一百多年历史。早在1839年，德国在萨尔兹脱（SalZgitter）铁路一段长距离的挖方中，就开始用电渗来稳定边坡；1896年德国在建造柏林地铁时，采用了深井降水；1935年日本在名古屋铁道大厦工程施工时，采用了轻型井点降水。我国在50年代初也成功应用了井点施工法；60年代发展了喷射井点；70年代在小型工程和沟渠工程中发展了射流泵井点和隔膜泵井点。总之，降水的方法随着世界经济的发展呈多样化、系列化、综合化发展。下文将以一个工程实例论述管井降水在砂质粉土地层中的应用情况。2工程概况杭州南复路工程地处杭州市区，南复路下穿沪昆铁路主体部分为框架结构，采用顶进框架形式不间断铁路运行施工，因此在铁路北侧设置一个顶进工作坑。从地勘报告上得知该工程场地上的第四纪覆盖层厚度小于40m，上部主要为河口相沉积的粉砂土地层；中部为海陆交互相，软、硬土层交替沉积地层；底部为岩层。根据设计要求，该工程顶进工作坑由原地面高程8.0m开挖至高程-0.65m，开挖深度为8.65m。为创造施工条件，基坑中心水位应降至-1.65m以下。23.管井设计根据地勘报告得知，本工程地下水属于孔隙性潜水，主要接受大气降水补给及同层侧向径流补给。稳定地下水位埋深1.9m~4.9m,高程为3.43m~6.07m，年变幅约为1.00m。顶进工作坑所处位置地下水位高程为5.2m。基底位于②-2砂质粉土上，渗透系数为0.6×10-4cm/s，该层底板标高为-2.0m。其下为②-3粉细砂夹砂质粉土，渗透系数为7.0×10-4cm/s，该层底板标高为-6.9m。其下为④-1粉细砂，渗透系数为1.0×10-3cm/s。其下为⑤淤泥质粉质粘土，视为隔水层，该层顶板标高为-12.5m。本工程主要透水水层为②-3，按潜水非完整井计算。图1基坑降水剖面图1．基坑降水深度：S=5.2-（-1.65）=6.85（m）2．渗透系数：K=7.0×10-4cm/s=0.605m/d3．抽水影响深度Hm28.14285.107.172hH（m）其中：H=5.2-（-12.5）=17.7（m）；h=H-S=17.7-6.85=10.85（m）。4．基坑等效半径：r02.2014.325.373929F（m）其中：F为基坑面积。5．抽水影响半径：R=83.447.17605.085.622KHS（m）6．井群抽水影响半径：R0=R+r0=44.83+20.2=65.03m7．渗透段滤管长度，取l=5m,管径rw=0.1m根据以上各参数可按公式（1-1）计算基坑涌水量：Q=hlhhrlrRSSHKm25.0lglg2366.1000（1-1）将各参数代入公式可得：3Q=25.35485.10585.10285.102.205.052.20lg03.65lg85.6)85.628.142(605.0366.1（m3/d）8．单井抽水量：6.2128.14605.015.25.2miKHqm3/di：水力坡度，降水开始时取i=1.0。9．井点数量：186.2125.3541.11.1qQn取n=1810．间距确定D=47.81188.385.373929m11．单井井管进水长度验算见公式（1-2）：wnrnrnRkQHy10020lg1lg732.0（1-2）将各参数代入公式得到：mlmy54.80符合要求12.基坑中心点水位降深验算见公式（1-3）)lg(1lg732.032102nrrrrnRkQHHS（1-3）式中：r1，r2，r3…rn为各井到基坑中心点的距离将各参数代入公式得到：mmS85.655.7符合要求尽管经过验算求得水位降低值满足要求，但是由于沪昆线框架顶进工作坑面积大，为了防止个别水泵出现异常情况停止抽水，在基坑中心增设一座管井，增强降水效果兼作水位观测井。4管井的结构组成和施工工艺及施工要求4.1管井的结构组成一座完整的管井由井孔、滤料、井管、水泵组成。4.2管井的施工工艺及要求4.2.1冲孔换浆成孔的方法分人工成孔法、机械成孔法和水冲法。这三种方法中机械成孔法应用比较广泛。施工中常使用的钻孔设备有回转钻机、冲击钻机、潜水电钻及人力钻。本工程采用红星-400正循环回转钻机成孔，成孔后加清水换浆，直至浆液黏度≮18s为止。4.2.2井管安装井管一般分为井壁管、滤水管和沉砂管。井壁管起护壁和输水的作用；滤水管起过滤和疏导含水层中水的作用；沉砂管起沉淀水中泥砂的作用，以防堵塞过滤管，保证水畅通和清4洁。有的降水井中不下沉砂管，也有的全部下滤水管。滤水管采用圆孔过滤管为骨架管，在其上包两层孔径不同的铁丝网或尼龙网，再在网上缠梯形铁丝，缠丝要呈螺旋状。滤水管长度的选择依据是，当含水层很薄或涌水量较大时滤水管的长度和含水层的厚度应该接近或相等；当含水层厚度大于10m时，可按公式（1-4）计算滤水管长度。Dqal（1-4）式中l:滤水管长度，mq：降水井涌水量，m3/ha：经验系数，取决于含水层颗粒大小(细砂-90；中砂-60；粗砂-50；砾石-30)D:降水井滤层外径，mm冲孔换浆完成后，将加工好的井管下放至孔内。下放井管时要注意三点：一是过滤管上端一定要低于基坑底一定距离；二是过滤管下端尽量与含水层上界面平齐，沉砂管尽量全部埋入隔水层；三是井管尽量居中放置，保证滤料的厚度。4.2.3填滤料井管外滤料宜选用磨圆度较好的硬质岩石，不宜采用棱角状石渣料、风化料。对于砂土含水层，滤料的规格宜满足D50=(6~8)d50(其中：D50、d50分别为填料和含水层颗粒分布累计曲线上重量为50%所对应的颗粒粒径)。滤料应保证不均匀系数小于2。填料前要彻底进行冲孔，开始向井管四周填砾时速度不宜太快，填砾一定要均匀。填料厚度与滤管的长度相同。4.2.4孔口封闭填砾后，应进行孔口封闭止水。止水的目的是使降水井形成真空以防止抽水漏气，另外还可以防止地表水和泥土进入井内。止水采用黏土或黏土球均匀地投入井管和井壁之间并分层捣实。4.2.5抽水设备安装和试抽管井降水常用的水泵有离心泵、深井泵和潜水泵。离心泵主要用于降水深度小于7m的降水工程。潜水泵可置于井下，随着生产品种与扬程的增加，已逐步代替了深井泵，它具有结构简单，使用方便、耗能少、效率高、成本低等特点。安装时，用尼龙绳悬挂在井口，并用塑料布密封井口。为安全起见，用木板遮盖井口，设警示标志，防止人员误踩。水泵通电后进行试抽。试抽的目的，一是检查已完成的降水井出水量，并根据抽水情况检查抽水设备是否正常；二是在试抽过程中对降水井进行洗井，增加出水量；三是根据试抽的结果，检查降水效果，必要时应调整降水方案。4.3注意事项基坑降水期间设专人二十四小时值班检查每座管井的水位情况、水泵工作情况、出水量5等并做好相应的检查记录。水泵的位置应根据水位情况调整，使水泵吸水口始终保持在动水位以下。定期取样测试含砂量，保证含砂量不大于0.5‰。基坑降水时，在降水漏斗范围内的地基土会因为空隙水压力的减少、有效应力的增加而出现固结沉降，使对沉降或不均匀沉降敏感的建筑物或地下设施、管线等受到损害。这种沉降造成的危害在粉砂土地层中更为突出。这时，除了采取隔水措施之外，还可以采用回灌措施减少或避免降水产生的有害影响。回灌可采用井点、砂井、沙沟等。一般回灌井与降水井的距离不宜小于6m，间距应根据降水井的间距和被保护物的平面位置确定。回灌宜采用清水，回灌水量可通过观测孔中水位变化进行控制和调节，不宜超过原水位标高。5结束语管井井点适用于粉质土、砂土等粗颗粒含水土质,降水深度可达10m多,设备简单,维护方便,造价低廉,取材与制作方便,尤适用于轻型井点不宜解决的基坑内的降水,且可以单用。可有效解决在深基坑内较深、或具有承压水的含水层所带来的管涌问题。管井基坑涌水量的计算包括管井单井出水量最好通过现场抽水试验的方法来确定,或者根据类似工程经验确定与调整。一般间距为10~15m,当坑边采用其它降水措施时其间距可增大,当管井降承压水时可适当加密。实践证明,一般地勘报告提供的渗透系数是室内的试验数据,并不真正反映现场的实际情况,因此,基坑涌水量的计算包括管井单井出水量最好通过现场抽水试验的方法来确定,或者根据类似工程经验确定与调整。参考文献：[1]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），中国建筑工业出版社，1999[2]代国忠.吴景华.潘殿琦等.《岩土工程设计与施工》，吉林大学出版社，2006[3]周景星.李广信.虞石民.王洪瑾.《基础工程》，清华大学出版社，2007