多级轻型井点降水技术在复杂地质条件下的应用

李兰毅, 周景贵,赵国君, 佟 辉

(1.黑龙江省火电第三工程公司， 哈尔滨 150016;2.大庆油田电力集团， 黑龙江 大庆 163411)

多级轻型井点降水技术在复杂地质条件下的应用

李兰毅1, 周景贵1,赵国君1, 佟 辉2

(1.黑龙江省火电第三工程公司， 哈尔滨 150016;2.大庆油田电力集团， 黑龙江 大庆 163411)

针对复杂地质条件土层的渗透系数相差较大、难以施工状况,介绍了多级轻型井点降水技术,即能有效保证基坑降水效果,避免基坑塌方,又能为降水施工过程中基坑夹泥层渗流、涌水、涌砂提供有效的处理方法。结合华能大庆2×350 MW热电联产项目的循环水泵房工程施工应用案例,验证了该方法可行性。同时也为今后复杂地质条件基坑降水施工,提供了借鉴和参考。

多级轻型井点;复杂地质;基坑;降水施工

华能大庆2×350 MW热电联产项目的循环水泵房工程,地下室设计底标高为-10.10 m,地下水池平面尺寸:33 m×18 m。场地地下水位高,降水深度、土层渗透系数大且变化较大;地质条件复杂,粘土、粉质粘土、细砂层、粉砂层、泥夹层交错布置,分布不均且变化也大,难以施工。对此,根据场地地质情况,并考虑基坑流砂和塌方因素,应选用井点降水方法进行施工,增强土质变形体中的抗滑作用,改变土层或土体性能参数,提高土体抗剪强度,增加土体稳定性,从而达到有效降低地下水位效果,保障基坑安全,实现顺利施工目的。

1 降水方法的选择

该工程建筑物区域地下水丰富,地质复杂,一侧为各种形态的粉质粘土,另三面为地质复杂的层厚高差较大的粉质粘土及粉砂、细砂层。由于工程冬季施工,采用综合蓄热法,基坑在冻融条件下,极容易塌方。因此在降水时,应重点考虑防止基坑流砂和塌方。经过查阅相关工程降水资料,确定采用轻型井点降水技术较为适宜,降水井点的选用范围如表1所示。

表1 各种降水井点的选用范围[1]

井点降水常应用在地下水位高出开挖建基面很多或含地下水丰富的土体基坑中,用来疏干或降低地下水位,以消除或减少地下水对施工的不利影响,确保工程质量及施工顺利进行。对于组成土层地下水位较高或土体含水丰富的变形体,轻型井点降水的抗滑作用机理主要表现在两个方面:一方面是土体的改良,变形体组成土层或土体通过井点降水,使地下水位降低,含水量减少,提高土体抗剪强度;另一方面是降水后土层或土体改良的结果使土体变形体稳定性大幅提高[2]。

该工程基础设计埋深为-10.10 m,粉砂、细砂层渗透系数比较大。考虑到降水深度为(10.10 m-3.50 m=6.6 m),由表1可以选择比较经济的单层轻型井点降水方法。但基坑其它三面为地质复杂的层厚高差较大的粉质粘土及粉砂、细砂层,采用单层轻型井点降水方法效果不理想,因此选择了多层轻型井点降水,该方法适于渗透系数较大的粉砂、细砂层及渗透系数较小的粉质粘土层,且具有排水量大,排水效果好,设备简单,可以避免大量涌水、流砂、翻浆,而且在粉砂地层中开挖基坑时,可防止流砂和塌方现象发生,渗流向下改善土的性质,使基底土质更加密实,提高地基承载力,所以,为了降低井点管埋设难度,选择了相对比较经济的阶梯式二级”降水方法[3]。

2 降水关键技术点

2.1 降水施工要点

根据地质勘探资料及降水施工经验,土方首先开挖至-3.80 m后安装第一层轻型井点管(需留1.5 m宽降水施工工作面),开挖至-7.00 m安装第二层轻型井点管(需留2 m宽降水施工工作面),第二层轻型井点管双排设置,第一排控制-8.00 m左右的土方夹层地下水,第二排控制基底地下水,保证基础的正常施工,土方开挖坡道处降水管无法闭合,沿坡道延伸30 m,在坡道两侧设置轻型井点管控制地下水。降水施工示意图如图1所示。

图1 降水施工示意图(单位：m)

2.2 轻型降水井点确定

选择适当的水文地质参数,进行合理的降水井点布置,结合场地周边建筑物基础情况和分布情况,设计合理可行的保护措施,既要满足降水施工的要求,又要保证降水对周边建筑物的影响最小,同时采取必要措施保证其安全。

2.2.1 基坑涌水量计算

2.2.2 轻型井点降管根数可按下式确定

轻型井点单井涌水量计算:

q=2.50·i·k·r·L=0.564 m3/d

式中:q为轻型井点单井涌水量;i为水力坡度,取0.3;r为井管半径,r=0.025 m;L为井管长度,L=6 m。

轻型井点管根数及间距:井数n=1.1Q/q=251.34×1.1/0.564=490根

式中:n为井点根数,L为基坑周长=586 m

根据地质勘探资料及现场降水施工经验,采用轻型井点降水,轻型井点降水管间距1.200 m,共设置490根轻型井点降水管,降水设备10套。

2.2.3 轻型井点降水施工程序

井点放线定位→挖井点沟槽→安装高压水泵→冲孔安装井点管→布置安装总管→井点管与总管连接→安装抽水设备→试抽与检查→正式投入降水程序→拆除井管。

2.2.4 施工方法

1) 井点放线定位。根据基坑开挖宽度,确定井点管的布置位置。施工时先放线的开挖线,沿开挖线开挖宽、深1 m的沟槽,以便冲孔时排放多余水。

2) 轻型井管安装。

轻型井点降水管采用φ48×3.5×6 m的无缝钢管,滤管长度1.0 m,滤管钻梅花孔,直径5 mm,间距15 mm,外包尼龙网(100目)五层,钢丝网2层。

为使流水畅通,在钢管与滤网之间用22号铁线隔开,滤网外面在绕一层22号铁丝保护网,滤管下端接锥形铸铁头。

井管冲孔时,先将冲管吊起,并插在井点管位置上,冲孔水源采用基坑内地下水,然后开动高压水泵,将土冲松,冲管则边冲边沉。冲孔深度宜比滤管底深0.5 m,以防冲管拔出时,部分土颗粒沉于底部使冲孔变浅。井孔冲成后,立即拔出冲管,插入井点管,并在井点管与孔壁之间迅速填灌砂滤层,以防孔壁塌方。

砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利抽水的关键,一般宜选用粗砂,填灌均匀,并填至滤管顶上1～1.5 m,以保证水流畅通。井点填砂后,在地面以下0.5～1.0 m范围内用黏土封口,以防漏气。

3) 冲洗井管。将φ30 mm的胶管插入井点管底部进行注水清洗,直到流出清水为止。应逐根进行清洗,避免出现“死井”。

4) 轻型井点降水设备。轻型井点管采用φ48×3.5、长度6 m的钢管共490根,滤孔面积为滤管表面积的15%～20%,滤管壁处包两层滤网内层采用网眼为30～50孔/cm2的尼龙丝布细滤网,外层采用网眼为3～10孔/cm2的尼龙丝布粗滤网,井点管的上端用弯管与总管相连。

连接管采用φ48高压软管,长度为1～2 m,集水总管采用φ100钢管分节连接,每节长度为6 m,总管之间用法兰或其它构件连接。轻型井点系统如图2所示。

图2 轻型井点系统

降水设备:采用180-60型离心水泵共计10台,电机功率为15 kW/台,出水量50 m3/h。

5) 设备安装。检查降水设备是否良好,进行试运转。降水设备安装根据井管根数,每50根井管设一台降水设备。设备安装完毕后,应保证连续不断地抽水。

抽水时需要经常观测真空度以判断井点系统工作是否正常,一般情况真空度为55.3～66.7 kPa。检查观测水位下降情况,如果有较多井点管发生堵塞,影响降水效果时,应逐根用高压水反复冲洗或拔出重埋。

6) 供电系统。降水设备电机15 kW 共计10台,泵扬程32 m(总用电负荷150 kW)。电缆采用VLV22 3×50+1×25电缆500 m引入安装临时变压器配电箱,箱内设空气开关、交流接触器、漏电保护器。采用角钢50×5、长度2.5 m三根打一组接地级,采用扁钢40×4接地母线与配电箱可靠连接,接地电阻不大于10 Ω。

7) 排水系统。临时排水管采用DN100螺旋钢管,倒水采用DN100潜水泵4台,将水排入甲方指定地点,过路部位加DN150×8防护套管,防止重车压坏。

8) 检查管路。检查集水-下管与井点管连接的胶管的各个接头在试抽水时是否有漏气现象,发现这种情况应重新连接或用油腻子堵塞,重新拧紧法兰盘螺栓和胶管的铅丝,直至不漏气为止。在正式运转抽水之前必须进行试抽,以检查抽水设备运转是否正常,管路是否存在漏气现象。在水泵进水管上安装一个真空表,在水泵的出水管上安装一个压力表。为了观测降水深度,是否达到施工组织设计所要求的降水深度,在基坑中心设置一个观测井点,以便通过观测井点测量水位,并描绘出降水曲线。

在试抽时,检查整个管网的真空度,达到550 mmHg(73.33 kPa)时,方可正式投入抽水。

9) 抽水。轻型井点管网全部安装完毕后进行试抽。当抽水设备运转一切正常后,整个抽水管路无漏气现象,可以投入正常抽水作业。开机6～8d将形成地下降水漏斗,井趋向稳定,土方工程可在降水9～11 d开挖。

3 其它配套措施

3.1 冬季降水施工措施

考虑到降水施工期间为冬季施工,轻型井点降水管道采用4 m长竹片(间距800 mm)加厚塑料布搭设保温棚,夜间保温棚外侧覆盖一层棉被,考虑到降水期间检修,保温棚宽度为2 m,高度为1.8 m;保温棚内沿管道方向布置暖气管(φ48×3.5钢管),采用蒸汽加热对暖棚进行保温,保温棚总长度为586 m(共二级轻型井点降水)。排水检查井及排水管道沿线采用珍珠岩覆盖(保温宽度1.5 m,保温厚度1 m);集水水池采用搭设暖棚(暖棚搭设尺寸为长6 m×宽6 m×高6 m)、内侧暖气管(φ48×3.5钢管)加热保温的方法保证降水正常施工。

3.2 泥夹层的处理

基坑开挖至8～9 m出现夹粉土薄层,含有树叶、树根等有机质土,并出现了基坑渗流、涌水、涌砂,必须及时处理。所以，为了加快泥夹层上部的水快速流到下层,采取了加密管井井点;用套管和水枪在井点轴线范围之外打孔,用安装井点管相同成孔作业方法,井内填满粗砂,形成二至三排砂桩,使地层中上下水贯通。在抽水过程中,由于下部抽水,上层水由于重力作用和抽水产生的负压,上层水系很容易漏下去,将水抽走。因此,在渗流、涌水、涌砂明显减少后,利用软导管在渗漏点处进行引流,然后用快硬膨胀水泥进行封堵,在其达到一定的强度后,将导管用铁丝扎牢[4],确保基坑安全。

3.3 降水措施

在正式开工前,现场配备一台300 kW柴油发电机组,作为备用电源,以保证在抽水期间不停电。

抽水应连续进行，特别是开始抽水阶段,时停时抽,会导致井点管的滤网阻塞,而且中途长时间停止抽水,会造成地下水位上升,引起土方边坡塌方等事故。

轻型井点降水应经常进行检查,其出水规律应“先大后小,先浑后清”。若出现异常情况,应及时进行检查。

在抽水过程中,应经常检查和调节离心泵的出水阀门以控制流水量,当地下水位降到所要求的水位后,要减少出水阀门的出水量,尽量使抽吸与排水保持均匀,达到细水长流。主干管流水坡度应向水泵方向。

真空度是轻型井点降水能否顺利进行降水的主要技术指数,现场设专人经常观测，若抽水过程中发现真空度不足,应立即检查整个抽水系统有无漏气环节,并及时排除。

在抽水过程中,特别是开始抽水时,应检查有无井点管淤塞的死井,可通过管内水流声、管子表面是否潮湿等方法进行检查。如“死井”数量超过10%,则严重影响降水效果,应及时采取措施,即采用高压水反复冲洗处理。

粘土层较厚,沉管速度会较慢,如超过常规沉管时间时,可增大水泵压力,但不要超过1.5 MPa。因为粘土的透水性能差,上层水不易渗透下去,所以应采取套管和水枪在井点轴线范围之外打孔,用埋设井点管相同成孔作业方法,井内填满粗砂,形成二至三排砂桩,使地层中上下水贯通,上层水系亦通过砂桩漏下去,将水抽走。

井点位置应距坑边2～2.5 m,以防止井点设置影响坑边土坡的稳定性。水泵抽出的水排到离基坑越远越好,以防止渗下回流,影响降水效果。

4 结 语

在华能大庆2×350 MW热电联产项目的循环水泵房工程冬季降水施工中,依据地质条件选用了多层轻型井点降水和其他配套措施,从2011年10月15日开始实施,至12月15日工程结束,该方法表现了预计效果,由此证明,该方法有效、可行。

[1] 江正荣.建筑施工工程师手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002. JIANG Zhengrong. Manual for construction engineers[M]. Beijing:China Architecture & Building Press，2002.

[2] 邓争荣,杨奇峰.轻型井点降水在土质变形体抗滑治理中的应用[J].人民长江期刊，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.多级轻型井点降水的应用[J].土工基础，2002(2). GUO Yu. Application of multi-stage light well points in dewatering [J]. Soil Engineering and Foundation, 2002(2).

[4] 李建庚,李兆枫.浅谈基坑排水[J].科技与生活，2009(21). LI Jiangeng, LI Zhaofeng. Discussion on foundation pit draina-ge [J]. Technology and Life, 2009(21).

(责任编辑 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。

李兰毅(1968—)，男，工程师,主要从事研究火电厂施工技术。

TU753

A

2095-6843(2015)06-0561-04