轻型井点降水在浅滩桥梁承台基坑开挖中的应用

朱小刚

（江苏东南交通工程咨询监理有限公司，江苏 南京 210018）

0 前言

某项目需跨越五级航道修建一座大桥，大桥主桥设计采用三跨（45+73+45）m预应力混凝土连续箱梁，其主墩承台部分位于水中，部分位于岸边，设计承台尺寸为10.5 m×6.5 m×2.5 m，底标高为-1.8 m，河道常水位是2.5 m，设计最高水位是3.18 m。根据勘察单位提供的地质报告，现状原地面（河床）标高1.2～5.9 m，基坑范围内的土质均为粉砂土，振动即液化，工程性质较好亚粘土层顶标高在-7.6～-9.3 m位置。施工时河道水面标高为1.8 m。因此，本项目主墩承台基坑施工必须解决：（1）地下水位高，由于承台处于临水河岸边位置，地下水位基本与河面水位齐平；（2）地质条件差，坑壁容易坍塌，基底流砂管涌现象严重问题，即必须科学、合理地做好基坑降水施工。

1 降水方案选择

方案1：基坑放坡开挖方案。该方案为基坑开挖施工常规方案，从施工成本角度考虑，相对经济，但针对本项目而言，从现状地面开挖至基坑设计底标高，开挖深度最大达到8 m之多，而承台右侧离施工便桥边距离只有4.2 m，不具备放坡开挖的条件，同时，采用该方案不能解决流沙、管涌问题，施工安全风险极大。

方案2：钢套箱施工方案。该方案可以全面解决本项目基坑施工需解决的问题，但无法解决施工经济问题，属初步可行方案。

方案3：轻型井点基坑降水施工方案。该方案工艺成熟，能有效解决粉砂土质产生的流砂、管涌等问题，与方案2相比较（见表1），属推荐使用方案。

表1 方案比较表

2 轻型井点法施工方案设计

轻型井点系在基坑外围埋设井点管，埋深入含水层内，井点管的上端通过连接管与集水总管连接，集水总管再与真空泵和离心水泵相连。启动抽水设备地下水便在真空泵吸力作用下，经滤水管进入井点管和集水总管，排出空气后由离心水泵的排水管排出，使地下水位降低到基坑底以下50 cm。采用轻型井点降水可以提高边坡稳定性、防止流砂现象发生。

2.1 设计基本资料

（1）承台开挖断面

由于基坑面积较大，地下水位较高，选用环形井点降水，环形长度A=33 m，宽度B=14.5 m。

（2）水文资料

经测量施工时河中水位高程为1.70～1.80 m。因此确定目前地下水位按1.8 m计算。

抽水有效带水位：按设计承台开挖底标高以下50 cm，即取-2.50 m。

（3）地质资料

a.土层分布。查设计图纸地质图，含水土层为均质粉砂土，亚粘土顶标高-7.6～-9.3 m，因此确定含水层厚度为9.4～11.1 m。计算取最不利值H=11.1 m。

b.渗透系数K的取定。根据土质情况，查公路施工手册《桥涵》，K=5.0 m/d。

2.2 轻型井点系统计算

（1）井点方案设计

采用环形井点布置方案，按照无压非完全井井群计算。

（2）确定井管埋置深度

井点管的滤管应在透水层内，埋置深度Ha=h1+h2+Δh+l+r/m。

h1：井点的水泵轴至未抽水前的地下水位高度，为0.2 m；

h2：原地下水位至基坑底的高度，为3.8 m；

Δh：抽水后的地下水位距基坑底面的安全深度，取0.5 m；

l：滤管长度，取 1.2 m；

r：基坑底中心至井点管中心的距离，取13.59m；

m：井点抽水后的水力坡降线的坡比，对于环形井点取m=15；

则：Ha=0.2+3.8+0.5+1.2+12.4/15=6.6 m，采用7.0 m长的井管可以满足要求。

2.3 井点台数设计

（1）设计参数

水位下降值：S=1.80-（-2.500）=4.3 m

渗透系数：K=5.0 m/d

影响半径：R=2S√HK=2×4.3×√ (11.1×5.0)=64.07 m

基坑影响半径R0：对于矩形基坑，查《桥涵》得η=1.144

r=η×（A+B）/4=1.144×（33+14.5）/4=13.59 m

R0=R+r=64.07+13.59=77.66 m

有效含水层厚度H0：S′为井管内水位降低值取7-0.2-1.2=5.6 m，l为滤管长度取1.2 m，查《桥涵》得H0=12.70 m。

（2）总排水量计算

（3）单根井点出水量计算

（4）井点管根数计算

n=1.1Q/q=1.1×818.63/20.1=44.8，取整数n=49根。

3 轻型井点法施工方案实施

降水施工之前首先开挖至+2.5 m标高，放坡1∶1，开挖的土方将承台位于河道中的部分填平，并适当地增加工作面。场地平整完毕进行轻型井点降水处理，根据基坑大小，井点管布设的环形周长约为90 m，按照49根布置则间距大于规范要求的0.8～1.6 m，因此实际施工时按照间距1.5 m布置，施工井点管布56根，具体布置见图1。

图1 井点布置示意图（单位：cm）

（1）埋设井管

井点管与滤管均用外径为50 mm的无缝钢管制成，壁厚为3 mm，滤管长1.0 m，滤孔直径为19 mm，滤管外面先包扎一层尼龙丝布，用铁丝缠绕捆扎，间距为3～5 cm，再在外面包扎两层尼龙窗纱，用铁丝捆扎，外罩有空钢管保护，滤管顶端套管帽，以防止抽水时泥砂吸入滤管。滤管上接井点管，中间用螺丝套筒连接。

轻型井点的施工关键是井点管的埋没，本方案采用水冲法将井点管埋设到设计标高。冲孔直径一般为30～50 cm，冲孔深度比滤管底部深0.5 m左右，井点管在冲孔内沉到设计标高后，用洗净的瓜子片滤料回填冲孔，回填到距地面1～2m时，改用粘土封口，防止漏气，以保证井点有较高的真空度。

为保证降水效果，埋设井点管时，各滤管顶端保持在同一高度，现场按最大高差不超过10 cm控制，见图2。

图2 井点埋设示意图

（2）连接井点管与集水管

将已经插入土中的井点管上端用橡胶软管与集水管（管径75～100 mm钢管带接头）连接管头联接起来，并用铁箍扎紧，接头处不得漏气。放置集水管时，为使水流通畅，集水管向抽水方向保持0.3%的上仰坡度。

（3）连接抽水系统

将集水管的三通与已经组装完成的抽水系统联接在一起，并仔细检查各接头处，保证接头处严密不漏水。

（4）开动抽水系统抽水

各部分管路及设备经检查合格后，即可开动真空泵，集水箱（尺寸为0.75 m×1.00 m×1.25 m）内部形成部分真空，真空表汞柱指示400 mm时，地下水开始从滤管吸入集水箱，即可开动离心泵，将水排出。排水时要及时调节出水阀，使集水箱内吸水的水量和排出的水量平衡。真空表汞柱升至600 mm时，即表示排水量和地下水涌入量达到平衡。

（5）拔管

施工结束后用吊机或借助扒杆卷扬机把井管拔出，所留孔洞用砂或土填塞。

（6）施工注意事项

a.用井点法降低地下水位，一经开始就必须不间断的进行，否则井点滤管容易被堵塞。故机械、电源设备都必须要有备用。施工时备用一台75 kW发电机和至少两台真空泵和离心泵。

b.在使用前，各接头处要详细检查，保证严密不漏气；开动前必须将所有的进出口阀门关闭，达到一定的真空度后，再慢慢开启进水阀，让地下水进来。

c.抽水初期，所排出的水可能夹带一部分细砂，待滤管四周形成倒滤层之后，水即变成清水，但若滤网孔眼过大或抽水泵水量过大，砂粒仍会不断抽出来，就应该将抽水阀关小来调整。

d.如发现真空度不够，出水量很少，应首先找出原因是在抽水方面还是在管道方面。检查时先关闭进水管的总阀，则真空度应上升到600mm以上，如仍停留在低真空不动，说明是抽水系统本身的原因，否则为管道漏气所致。

e.抽水系统应设置在每一组集水管的中间，使各井点进水比较均匀。集水管向抽水管的方向要保持一定的坡度，使流水畅通。

4 结语

井点降水布置好后进行不间断抽水3～4 d后，降水预期效果已基本达到，可进行进一步的基坑开挖施工。由于通过井点降水，土质的含水量已经接近最佳含水量，因此承台开挖做到陡坡开挖甚至可以做到不放坡开挖，不仅节省了工期，减少了投入，更主要的是解决了这样一个在内河及海边浅滩上进行水中墩承台施工的难题：在水上起重设备无法到达的施工区域内，钢套箱方案不可行，而又无法用挖掘机直接开挖基坑时，推荐使用这种施工方法。

[1]交通部第一公路工程总公司.公路施工手册（桥涵）[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]江正荣,朱国梁.简明施工计算手册（第三版）[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[3]刘振青,薛晓霞,何亚伯.轻型井点降水在桥梁基坑开挖中的应用[J].四川建筑科学研究,2004,30(2).