建筑工程中深基坑降水技术研究

岳秀菊 岳智勇

摘要:文章介绍了井管井点降水的施工特点,并结合实际工程阐述了井管井点降水技术在建筑工程深基坑中的应用,以及基坑降水的设计、施工流程。

关键词:建筑工程;深基坑;井管井点降水;基坑降水设计;基坑降水施工

中图分类号:U448文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0057-02

一、管井井点降水技术

(一)管井构造与特点

简单的说,管井的结构就是在地下安放一根管子,管子在需抽取地下水含水层部位有一段是透水的,抽水设备将管内的水抽离。管井井点在地下工程上应用,有以下一些特点:适用于各种水文地质条件;降水深度较大;单眼井排水量大;可由浅到深进行动态降水。

(二)管井井点的一般设计

管井井点的一般设计主要需要考虑场地降水要求、降水范围、水文地质情况、场区外临近建筑物等方面的资料,结合大口径钻孔桩成孔技术和水井成井技术进行技术设计,设计步骤如下:

1.单井设计。单井设计主要包括单井成井直径、成井井深、井身构造三个方面。设计成井直径时,需结合施工成井技术、降水速度、抽水机具的下入,一般成孔直径为400mm～700mm之间;设计成井井深时,以大于地下水降深底平面2m～4m为宜;目前,井身构造一般采用钢管滤管、水泥滤管、钢筋笼滤管。

2.降水场区井数确定。必须根据开挖场区基坑面积、设计井深和井径、单井影响范围,求出整个场区的排水量和单井排水量,来得出降水井数。降水井数的确定还应考虑单井井距。

3.降水井位的安排。井位安排时主要根据开挖基坑外边缘结构考虑,当开挖基坑外边缘有护坡桩时,降水井位置设计应距离护坡桩外边净距离1.0m～1.5m;无护坡桩时,其设计应考虑放坡坡度,并距离坡度上边缘1.5m左右即可。

(三)管井井点成井施工

1.钻进成孔及注意点。尽量采取快速钻进,避免钻进时间过长,钻具对井壁机械扰动和冲洗浸泡而造成坍孔、缩颈、泥皮过厚等不良现象,以免影响成井降水质量和效果。在钻进成孔时,应根据地层合理选择技术参数,调整泥浆粘度和密度,在保证孔壁稳定的前提下,尽量降低泥浆的粘度和密度,防止因泥浆过浓和失水量过大而影响渗透能力。

成孔换浆:钻进接近设计井深4m左右,逐渐更换孔内泥浆,终孔后大泵量冲孔20min。

2.滤水井管制作。(1)钢筋笼的制作。(2)砂网选择:主要根据含水层砂粒直径进行分析,综合考虑。砂网选择有两种:1)作内层衬托;2)作外层滤水网。一般情况下内层衬托选择5目～20目方格铁丝网,外层滤水网选择24目～48目方格尼龙网;3)滤水井管包制:在钢筋笼外侧及井底端缠绕铁砂网及尼龙网。

3.成井施工。成井施工具体包括:下井管、填砾、洗井三个方面。

下井管:下井管时,严禁摆动,造成井壁的损坏和坍垮。井管下到设计孔深位置后,稍微向上拉伸提直,固定在孔口中心,使井孔与孔壁之间环状间隙均匀合理,便于填砾,提高单井出水率。

填砾:(1)砾料选择。选择时应根据场区内主含水层砂粒直径和填砾技术要求,一般选择1mm～8mm的混合砾料;(2)投砾。投砾时首先将冲孔器下入距井管内底端100mm～200mm,冲洗液通过冲孔器冲洗井管,并通过井管内外侧返回地面。在送水同时,向井管外四周间隙内均匀投入混合砾料,砾料顶水而下,不易中途堵塞。随砾料的不断投入,及时向上提升冲孔器。砾料填至井口地表2m时,则投砾结束,再用粘土分层填实至地表。

抽水洗井:投砾结束后,及时下放潜水泵于井管内水位以下3m～5m,迅速起动电源抽水,随水位不断下降,水泵也同时下放,直至距井底0.5m左右为止。如此反复进行,直至抽出的水质洁净、不含泥砂为止。

二、管井井点降水在某广场地下工程中的应用

(一)工程概况

1.本广场地处珠江南畔,距珠江约500m。工程结构为地下一层,地上一层,总建筑面积16596m2,其中地下室底板面积达11235m2。

2.场地工程地质概况:场地相对罗零标高约为-0.25m,根据工程地质勘测报告,场地土典型断面主要土层自上而下依次为:(1)粉质粘土层,厚1.6m;(2)淤泥质粘土层,厚1.4m;(3)粉砂层,厚7.7m;(4)泥质粗砂层,厚9.3m;(5)淤泥质粘土层,厚14.5m。

本场地稳定地下水位(场地微承压水及上层滞水的综合水位)埋深标高为-1.45m,地下补给源除了大气降水渗入补给上层滞水外,工作区的主要含水层(3)粉砂和(4)泥质粗砂为承压水,厚度约为17m,并与珠江河道存在一定的水力联系。根据工程地质勘测报告,土层渗透系数为28m/d,井点系统降水影响半径95m。

3.本工程地下室有关参数如下:本工程共设一层地下室,基坑开挖至-5.40m(左圆向下肋梁0.9m)及-6.90m(右圆地梁反上)。

(二)基坑设计

1.基坑开挖方案设计。根据场地工程地质条件,基坑结构,场地周边环境,结合该工程具体及该市地域特征,本着安全、经济、可靠的原则,拟采用大开挖,即放坡的形式,对地下水采用管井井点降水。基坑四周坡顶设置截水明沟,汇聚后外排;基坑内设置积水沟,汇至集水井后,用水泵外排。

2.基坑管井井点降水方案设计。由于不透水层底面埋藏较浅,而井底位于泥质粗砂层中,故按“均质含水层承压——潜水非完整井基坑”考虑,选用Φ300管井,井点开孔口径500mm,平均长度19.5m,其中过滤器进水部分平均长度l=3.5m。

(1)基坑等效半径可按下式计算:r=■=74m。其中,A为基坑降水面积。

(2)基坑中心要求降低水位深度:《岩土工程勘察规范》中第645条中“施工中地下水位应保持在开基坑底面下0.5m～1.5m”的规定,根据已有工程经验,取0.75m。

(3)基坑涌水量:

其中,H=20.25-1.45=18.8m;h=20.25-7.65=12.6m。

(4)单井出水量及需单井数:根据以往经验,按1/10降水曲线坡度,同时考虑形成的降落漏斗曲线由陡变缓的特点,将抽水泵置于-16.0m处。

q=120×π×rs×l×■=600 m3/d

井点数量:n=1.1Q/q=37.43,取整为38。

(5)井群布置方案:使之既达到降水目的,又以降水对周围环境影响尽可能小为目标,采用在坑外基本均匀布井33口,坑内布井5口,加快场区内地下水疏干速度。同时在基坑一侧布置观察井9个,基坑中心布置观察井3个,以观察水位降深情况,确保地下水位降至设计高程。

(6)降水:可根据开挖深度进行降水,随时掌握地下水位变化情况来决定降水设备的投入,保证安全且经济;抽出的水应排出场外,防止回流。

(三)井点的施工

井点的施工,大致分为如下步骤:准备工作、井点埋设、运转使用及拆除等。

1.准备工作。井点立管为Φ58的钢管,长度为16.0m。井点管的底段1.2m是滤管,连接管用Φ58的橡皮管,部分连接管用塑料透明管作观察管;集水管用100mm的钢管分节连接,每节为4m,每根立管间距为1.2m～1.6m。

2.井点管埋设和井管安装。埋设井点的程序是:先排放总管,再埋设井点管,用弯联管将井点管与总管接通,然后安装抽水设备,埋设需要进行冲孔、沉设井点、灌填砂滤料。井点管埋设时用冲击式或回转式钻机成孔,孔径为600mm,井深比设计值深50cm;洗井用0.6m的空压机或水泵将井内泥浆抽出;井点管用机架吊起徐徐插入井孔中央,使其露出地面200mm,然后倒人粒径5mm～30mm的石子,使其在管底达到500mm高,再沿井点管四周均匀投放2mm～4mm粒径粗砂,上部1.0m深度内,用粘土填实以防漏气。

3.井点连接与试抽。总管设在井点管外侧50cm处,铺前先挖沟槽,并将槽底整平,将配好的管子逐根放人沟内,在端头法兰穿上螺栓,垫上橡胶密封圈,然后拧紧法兰螺栓,总管端部,用法兰封牢。井点总管铺好后,用吸水胶管将井点管与总管连接,并用8号铁丝绑牢,然后与抽水设备连通,接通电源,即可进行试抽水,检查有无漏气、淤塞情况,出水是否正常,如有异常情况,应检修后方可使用。如压力表读数在0.15MPa～0.20MPa,真空度在93.3KPa以上,表明各连接系统无问题,即可投入正常使用。

4.井点运转与监测。井点使用时,应保持连续不断抽水,并配用双电源以防断电。一般抽水3d~5d后水位降落漏斗基本趋于稳定。

抽水开始后,每天观测3次水位、水量,当水位达到设计降水深度并趋于稳定时,可每天观测1次,及时整理监测记录,绘制水量与时间、水位降深与时间过程曲线图,分析水位下降趋势,预测达到设计降水深度所需时间,如有不正常状况,根据观测记录,查明原因,调整措施,确保达到降水深度。降水期间应对抽水设备和运行状况进行检查,发现问题及时处理,定期保养抽水设备,使抽水设备始终处在正常运行状况,避免抽水期间无准备的停抽。井点降水时,应对水位降低区域内的建筑物进行沉降观测,发现沉陷或水平位移过大时,应及时采取防护技术措施。

5.井点拆除。基础和地下构筑物完成并回填土后,方可拆除井点系统。拔出井点管时可借助倒链或杠杆式起重机,所留孔洞用砂或土堵塞。

三、结语

经检测,该工程降水效果良好,基坑成槽后基底干燥,降水实践中采用信息化施工,定时检测降深和出水量,降水十分成功,边坡无坍塌,保证了施工的顺利进行。

参考文献

[1]建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)[S].

[2]岩土工程勘察规范(GB50021-94)[S].

作者简介:岳秀菊(1966-),女,河南兰考人,河南鼎立置业有限公司工程部负责人,工程师,研究方向:建筑给排水施工及相关工程管理、工程造价;岳智勇(1974-),男,河南兰考人,河南开元名都置业有限公司稽核部经理,工程师,研究方向:建筑工程施工管理、工程造价。