深井降水工艺在取土坑中的应用

深井降水工艺在取土坑中的应用桥隧工程有限公司张帆洪林摘要本文描述了江海高速海安四标施工中将井点降水工艺应用到路基取土坑使用的情况，对深井降水工艺进行了介绍，结合实际对深井的设置进行了理论分析，并对此项创新进行了经济效益分析。深井降水工艺应用到砂性土取土坑中，有效的加快施工进度，提高施工质量，降低施工成本，值得在路基施工中推广使用。关键词取土坑、深井降水、渗水量、经济效益1、工程背景江海高速JH-HA4标，位于南通市海安县，局部路段位于如皋市境内，路线全长7.9km（K85+800-K93+700）。南通地区土质为砂性土，地下水资源丰富，路基填方102.73万方，全线有取土坑12个。按照传统做法，直接开挖取土坑后，两米左右开始出现积水，渗水量大，在取土坑四周开挖截水沟，挖明沟水泵抽水起不到明显效果，而且挖出的土含水量大，需要晾晒才能用于路基施工，通过经济分析和方案比选，项目部在海安南互通取土坑进行了深井降水施工工艺，取得良好的效果。2、深井降水工艺在海安南互通取土坑应用情况2．1井点降水工艺介绍。井点降水就是在基坑开挖前，沿开挖基坑的四周、或一侧、二侧埋设一定数量深与坑定的井点滤水管或管井，采用抽水设备从中抽水，使地下水位降到基坑作业面底0.5m-1m以下，以便在无水干燥的条件下开挖土方和进行基础施工。降水目的一般是便于基坑开外后基础施工，将这种工艺应用于路基取土坑使用中也是一种创新。1-井点管；2-滤管；3-总管；4-弯联管；5-水泵房；6-原有地下水位线；7-降低后地下水位线注：图中实践箭头表示水流。图1井点降水示意图2．2.深井降水施工工艺2．2.1深井降水是井点降水中的一种，具有井距大，易于布置，排水量大，降水深（15m），降水设备和操作工艺简单等特点。适用于渗透系数大，土质为砂类土，地下水丰富，降水深，面积大、时间长的降水工程应用。该项目采用了B型无砂混凝土管深井井点。(a)钢管深井井点：(b)无砂混凝土管深井井点1—井孔；2—粘土封口；3—300～375mm井管；4—潜水电泵；5—过滤段（内填碎石）;6—滤网；7—导向段；8—开孔底板（下铺滤网）；9—出水管；10—电缆；11—小砾石或中粗砂；12—中粗砂；13—出水总管；14—钢板井盖；15—小砾石；16—沉砂管（混凝土实管）；17—无砂混凝土过滤管图2深井井点构造2．2.2工艺流程井点测量定位挖井口安护筒钻机就位钻孔回填井底砂垫层吊放井管回填井管与孔壁间的砾石过滤层洗井井管内下设水泵、安装抽水控制电路试抽水降水井正常工作降水完毕拔井管封井2．2.3井深及井径的选择2．2.3.1要想使水位降低至操作面下，可以有两种途径，一种是加大井的直径和井的深度，即增大单井的落差，从而达到降水目的.另一种通过增加布井数量，使水位均匀降至设计要求。前一种布井少，对地层扰动大；后一种方法可能布井较多，但对地层扰动小。该标段应用于取土坑使用，周边没有建筑物，所以即使打深井扰动地层也不会对原有建筑物有影响，少打井也可以少投入水泵，从经济性上考虑，尽量少打井，打深井。2．2.3.2井深主要是根据水位降深、所需要的单井出水能力、水泵的进水口的位置、含水层的厚度、及泥浆淤积深度等因素进行选择。2．2.3.3井径的选择要综合考虑以下几种因素：A、单井要求的出水量；B、水泵的直径；C、当地施工机械及井管的规格，如选用市场常用的规格，价格可能会便宜对控制成本有益。2．2.4海安南互通取土坑井点布设情况海安南护筒取土坑亩数57亩，长约260m，宽146m，深井打设深度为16m，如不采取降水，实际开挖2m后出现积水，现采用深井降水降取土坑地下水位降至6m以下，共打设深井22口，水泵规格为0.75kw，扬程15m，水管进口直径为75mm。井点的布设如下图所示，布置于场内临时便道两侧，间距为20m一道，南北两侧对称布置，同时在井点外侧在开设临时排水沟，以便水泵抽出的水能及时排走。临时排水沟海安南互通取土场井点布置示意图无砂混凝土管深井场内便道图3海安南互通取土场井点布置示意图3、深井井点排水量验算3．1.单井区域内渗水量计算Q=1.366K(H2-h2)/(lg(R+r0)-lgr0)K---渗透系数，含水层土质为粉土质砂性土，由《桥涵（上册）》查表5-21，取K值1.5m/dH---含水层厚度，按16-2=14m计h---抽水稳定后至不透水层的厚度，按16-6=10m计R---抽水影响半径，由《桥涵（上册）》查表5-22，结合地质勘测报告，该处为低液限粉砂土，R值取30mr0---引用基坑半径，按矩形基坑，单口井区域按20m宽，73m长矩形区域计算r0=1×(20+73）/4=23.3m将取用值代入公式计算得d单口井区域内取土坑渗水量为546m3/d3．2.单口井出水量计算深井打入16米，深入含水层，按照水泵的排水量估算单井的出水量，根据《路桥计算手册》表11-50，水泵直径为75mm时，流量取40m3/h，即960m3/d＞渗水量546m3/d，满足基坑降水要求。4、井点降水经济效益分析在取土坑采用深井降水措施，使地下水位降低，土壤容易干燥，取土深度可大大加深，从而节省取土坑面积，而且干燥的土壤，无须在土场进行晾晒，挖出后可直接装车运至路基上，也可减少取土场土方二次挖装费用。同时运至路基上的土方因为含水率较低，也缩短了翻晒的时间，节省了机械费用，每层土方的施工时间大为缩短，进度提高显著，人员、机械利用率都得到了提高，有利于施工抢进度，同时还可节约成本，而其投入仅仅是打井的的费用和平时抽水所用到的设施投入及电费。以海安南互通取土坑（长260m×宽146m）和其对应一段长100m宽35m的路基为例，对采取深井降水措施后，其效益和投入费用进行简单分析。4．1采取井点降水后项目可取得的效益4．1.1取土深度加大，可节省取土坑面积。项目所在地江苏省海安县因地下水位较高，如不采取降水措施，取土坑平均取土深度只有约3m，单位面积取土量少。而采用深井降水后，土壤降水干燥后稳定性加强，取土深度可达到5m。下面以一个57亩取土坑（长260m×宽146m）为例，分别计算没有采用降水措施和采用降水措施后的取土量。计算图及公式如下：AV=(A+KH)(B+KH)H+1/3K2H3其中：K=坡度系数，项目所在地为沙性土，业主要求坡度系数取3。取土深度为3m时，取土坑四周留2.5m宽的土梗。A=(146-2.5×2)-2×KH=141-2×3×3=123mB=(260-2.5×2)-2×KH=255-2×3×3=237mV=(A+KH)(B+KH)H+1/3K2H3=(123+3×3)×(237+3×3)×3+1/3×32×33=97497m3取土深度为5m时，取土坑四周留2.5m宽的土梗。A=(146-2.5×2)-2×KH=141-2×3×5=111mB=(260-2.5×2)-2×KH=255-2×3×5=225mV=(A+KH)(B+KH)H+1/3K2H3=(111+3×5)×(225+3×5)×5+1/3×32×53=151575m3由以上计算可见，采用深井降水措施后取土率提高了（151575-97497）/97497×100%=55.5%。海安项目有借土填筑土方约102.73万方，图纸给出的取土坑面积为565.71亩。如果按3m深度取土，项目需要取土坑约1027300×1.16/97497×57=697亩，将面临131亩的BHKHB*KH*H*1/2A*KH*H*1/2A*B*H1/3*KH*KH*H取土坑缺口，但项目采用深井降水措施后，取土深度可达5m，项目只需要取土坑约1027300×1.16/151575×57=448亩，比图纸数量还可节省约117.7亩。根据业主口头承诺，节省的取土坑面积，业主按永久征地费用的一半奖励施工单位，如能得到此项奖励，将给项目创造相当可观的经济效益。4．1.2减少二次挖装费用。取土坑在没有采用深井降水措施前，因地下水位较高且土壤含水率高，取出的土方需先堆放在取土坑内进行晾晒一个星期至含水率降低，再用挖机挖装上车运至路基上翻晒。在取土坑内进行晾晒不仅影响了施工进度而且所有的土方必须经过两次挖装后才能装车运至路基上。而采用深井降水后，可对要取土的部位提前半个月进行抽水，土壤的含水率大大降低了，不是取土深度也加深了，取出的土方也无需在取土坑内晾晒，可直接装车运至路基上。海安项目有土方约102.73万方，二次挖装费按1.5元/m3计算，采用深井降水措施后可为项目节省约154万的挖装费。这其中还未计算因为减少了取土坑晾晒这道程序，施工进度加快，人员、机械利用率提高所带来的效益。4．1.3减少土方翻晒时间，节省机械台班费用，加快施工进度。海安项目路基施工是在九月份开始的，秋冬季节，日照时间短，且气温偏低，每层土方翻晒时间比较长。根据施工经验，未采用深井降水措施采出的土方即使是在取土坑晾晒过一个星期，运至路基上摊平后，还得经过平均五～七天左右的翻晒，因为翻晒的时间长，在此过程中如果遇上下雨天，则翻晒又得重新开始。而采用深井降水措施后取出的土方，含水率很低，运至路基上摊平后，只需平均三天左右的翻晒即可进行碾压。下面以翻晒一段长100米、宽35m、厚0.2m（压实后）的路基为例，对前后两种翻晒时间不同，导致机械费用投入情况进行对比分析如下：序号对比项目名称普通取土深井降水后取土1翻晒时间6天3天2翻晒时铧犁投入每天两次，每次1.5小时，共计18小时每天两次，每次1.5小时，共计9小时3铧犁台班费月租5000元，油耗平均4.5升/小时，台班费：5000÷30÷8+4.5×5.07=43.6元/小时4铧犁费用784．8元392.4元5土方量700m3700m36合每方费用1.12元/m30.56元/m3通过对比分析可以看出，采用深井降水措施后，因为翻晒时间缩短，每立方土方可节省翻晒成本1.12-0.56=0.56元，海安项目约102.73万方土方，可节省投入约58万元。4．2深井降水费用投入4．2.1在此取土坑内打16m深井22口，如布置图3所示。取土时以场内便道为界，先取完一半后再取另外一半。如先取上半部分土方，则对上半部分的11口深井提前半个月进行抽水，一直到上半部分土方取完后，再开始取下半部分土方，同样在取土前半个月进行抽水。4．2.2此取土坑投入的抽水设施有：规格为0.75kw的抽水泵11台，价格为380元/台；直径为5cm的胶皮水管共165m，价格为4.25元/m；规格为1.5m2的橡套软线约400m，价格为3.2元/m。4．2.3抽水设施投入费用为:11×380+165×4.25+400×3.2=6161.25元。打设无砂混凝土管深井包括材料费为55元/m，则费用为55×22×16=19360元。电费计算，此取土坑按6个月时间取土完成，电接居民用电,电费为0.54元/度，则电费为：0.75×24×11×30×6×0.54=19245.6元。合计费用为6161.25+19360+19245.6=44767元。此取土坑可取自然土151575m3，折算压实方为130668m3，则合44767/130668=0.34元/m3。项目约102.73万方土方，则深井降水共计约投入1027300×0.34=349282元。5、其它需说明的问题5．1从理论计算过程来看，很多取值都是查表所得，这对计算结果的影响很大，偏差的因素较多。取值是否准确，能否反应实际的现场情况，对结果影响很大。而且很多相关规程、规范、计算手册中均有关于井点降水的计算介绍，但计算方法也存在差别，例如《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）、《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ／T111－98）、《建筑施工计算手册》、《桥涵》、《路桥计算手册》等都有相关介绍，对渗水量的计算结果偏差不大，但是对单井出水量的计算就存在较大差异。所以，在确定现场深井数量时，除了要提供地质报告数据，还要结合当地以往降水的经验计算确定，对于重大工程，应做现场抽水试验来确定。5．2从理论计算公式和现场实施情况来看，井的打设深度与降水影响半径在透