小口径镀锌钢管井点降水技术在泵站工程深基坑开挖中的应用

小口径镀锌钢管井点降水技术在泵站工程深基坑开挖中的应用

季晨1郭桂祥2杨勇2

(1.盐城市机械排灌处，江苏 盐城224003；2.苏州润禹工程咨询管理有限公司，江苏 苏州215128)

【摘要】本文主要分析了小口径镀锌钢管井点降水施工技术的特点，结合在某泵站工程深基坑开挖工程中的应用实践，介绍了具体设计方案和施工情况，对降水效果进行了总结。

【关键词】深基坑；降水；小口径镀锌钢管；应用

中图分类号：TV551.4+1

Application of small-diameter galvanized steel pipe well point dewatering

technology in pumping station project deep foundation ditch excavation

JI Chen1, GUO Guixiang2, YANG Yong2

(1.YanchengMechanicalIrrigationDepartment,Yancheng224003,China;

2.SuzhouRunyuEngineeringConsultingManagementCo.,Ltd.,Suzhou215128,China)

Abstract:In the paper, characteristics of small-diameter galvanized steel pipe well point dewatering construction are mainly analyzed. Application practice in some pumping station project deep foundation pitch excavation engineering is combined. Concrete design plan and construction conditions are introduced, and dewatering effect is summarized.

Key words: deep foundation pit; dewatering; small-diameter galvanized steel pipe; application

1工程概况

土江泵站工程为老站改建项目，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物级别为5级；设计防洪(潮)标准采用50年一遇，排涝标准采用10年一遇，安装ZLB—1400型轴流泵3台，单机流量约为7.0m3/s，装机共1200kW。

该工程基坑土方开挖的大致范围为：基坑两侧防洪堤段开挖坡比1∶2，最大挖深12m(高程-4.00m)，上口开挖长度约120m；基坑两端上下游段开挖坡比1∶3，最大开挖深度8m(高程-4.00m)，上口开挖宽度100m；整个开挖段降水面积约125m×105m。

开挖防洪堤堤顶高程约8.00m，基坑水位埋深约为高程3.50m以下，高程3.50m以上主要为原堤防填筑土质，土质较好。降水设施计划在上层土方开挖结束后开始布置。降水深度控制在9m以上。

2工程施工降水的难点

a.施工降水难点一。站身两侧施工场地狭窄，老泵站建于原有防洪堤上，距墩墙左侧10m为防洪闸，右侧建有原站房管理设施，不宜进行大面积开挖，且要保证开挖降水引起周边设施的均匀沉降；最大设计开挖坡比为1∶2，局部1∶1，要解决高含水量粉砂地质小坡比边坡易坍塌与出现流沙问题。

b.施工降水难点二。站身位置开挖深度大，最大挖深达到12m，站身原防洪堤填筑范围以下20m左右土质主要为粉砂质黏土(透水系数为1～4m/d)夹部分流砂土质，含水量高(粉砂层含水量达到35%以上)，要求水位降深大，站身前后均为高水位河流，水源回补充分，由于三面临河，局部有管涌，施工降水难度大。

3基坑降水形式的比选

基坑降水方法主要有明沟加积水井降水、轻型井点降水、喷射井点降水、电渗井点降水、管井井点降水、深井井点降水等。各种降水方法各有其特点和适应条件，在分析总结常规降水方法优缺点的基础上，找到一个既满足该工程具体施工技术要求又比较经济的降水方案，在避免分级干扰的同时，既能克服轻型井点、喷射井点等降水方法因真空度不足等因素影响出水效果以及分级干扰问题，又能解决管井(深井)降水的出泥出砂、降水不均匀的弊端，成了项目部选择降水方案的一大课题。

4方案提出以及确定

4.1方案提出

经综合论证研究，最终利用轻型井点降水原理，结合轻型井点降水以及喷射井点降水优点的小口径镀锌钢管井点降水方法，并在井点结构的设计和抽水方法上进行了创新，与传统的降水方法相比有了较大突破。

a.小口径镀锌钢管井点降水方法主要设备和用材。φ25镀锌钢管，壁厚2.5mm；小功率单相自吸泵；井体滤管包裹材料、滤料等。

b.降水深度。单级5～12m。

c.适用土质以及降水能力。粉质黏土、粉砂土；降水能力较强，适用于含水量较大(一般20%～35%)土质；渗透系数一般为0.1～10m/d。

d.单机配套功率。0.75～1kW。

e.布置方式。单排或多排环状线性布置。

4.2方案实施

小口径镀锌管井井点降水方案的关键工序如下：

第一步井点设计。采用理论计算的方法确定井管的数量与间距，目标是满足降水的要求。第二步试验井施工及抽水试验。在开挖范围四角和中心各钻井点1～3眼试验，单井、三井联机连续抽水12h以上，比较精确地计量实际抽水量，目标是单井出水量满足设计要求，达到10t/d以上，不出泥出砂。第三步实施井点施工。参照相关规范施工，安装连接好抽水管道系统，保证孔管的垂直度，保证滤管、滤料质量，控制出泥出砂，控制好工程工期。第四步联机抽水。不间断进行抽水，注意检查每台井泵的运行情况，及时更换故障水泵，检查泵管连接密封程度，目标是保证所有管井达到设计要求。

4.2.1井点设计

按照无压非完整井设计(见图1)，抽水原理与轻型井点基本相同，计算依据参照轻型井点。

图1　无压非完整井涌水量计算 1—基坑；2—原水位线；3—降水后水位线；4—不透水层

a.计算参数。降水面积A=125×105=13125m2；渗透系数K=2m/d；降水深度S=9m(基坑底平面上下各8m、1m)。

b.井管结构设计。计算公式为

式中H——井管长度,m;

H1——现状地面至基坑底面距离,m；

h——基坑中央最深挖掘面至降水曲线最高点的安全距离，m；

I——降水曲线坡度；

L——井点至基坑中心短边距离,m；

l0——滤水管长，m。

c.涌水量计算(由于井底没有达到不透水层，所以按照无压非完整井计算)。公式为

式中Q——基坑总涌水量，m3/d；

K——渗透系数，K=2m/d；

H0——有效带深度，m，取H0=1.85(S1+l)=1.85×16=29.6mm；

S——水位降低值，m,取S=9m；

R——抽水影响半径，m,取R=1.95S(H0K)1/2=1.95×9×(29.6×2)1/2=135m;

x0——基坑假想半径，m,取x0=(A/π)1/2=64.65m。

代入数据，Q=1.366×2×(2×29.6-9)×9/(lg135-lg64.65)=1677m3/d。

d.确定井点管的数量与间距:

(单根井点管每天的出水量)q=65πdl0K1/3=65×3.14×0.02×2×21/3=10.32m3/d。

(井点管需要根数)n=1.1Q/q=1.1×1677/10.32=180根。

(井点管间距)D=2(L+B)/n=2×(125+105)/180=2.5m。

e.校核水位的实际降低数值。满足设计要求。

f.水泵选择。一般按照涌水量、渗透系数、井点管数量与间距、降水深度以及需用水泵功率等数据选择水泵的型号(包括流量、吸程等)。经过选择比较，并经现场抽水能力测试，最终选择1ZDB65型单相自吸泵作为降水用泵。

其主要性能为：流量3.5m3/h；吸程9m(实际使用时达到12m以上)；单机单相功率750W，配套接管外径25mm。

根据降水深度要求，以及单相自吸泵抽真空能力，可以采用三井、四井、五井等并联后总管接自吸泵，保证自吸泵在各并联井管单元管道内能够形成70kPa左右的真空压力，日最大抽水流量可以达到40m3/d左右。

4.2.2试验井施工与抽水试验

a.单井施工工艺流程为：井管与滤管制作→测量放线→挖井点沟槽→冲孔→下沉井管以及滤管，并调整居中→灌填粗砂滤料→上部回填黏土密封→安装单井抽水设备→抽水。

b.主要施工方法。井管以及滤管制作：井点管采用φ25×2.5长14(10)m无缝镀锌钢管。管下端配2.0m长滤管，滤管采用与井点管同直径的镀锌钢管，井点管和滤管之间通过镀锌管接头连接，保证连接质量，滤管部位钻梅花孔，直径5mm，间距15mm，外包尼龙网(100目)2～3层、钢丝网2层，外缠20号镀锌铁丝，间距10mm。三井并联采用φ30×2.5 PVC管连接，橡皮套管连接单相自吸泵。

成井施工：利用7.5kW高压水泵，通过软管与一根特制的φ48钢管相连，钢管端部设有喷水孔，由两名操作工人手持钢管在井管位置上下抽动，直至成孔，成孔深度一般比滤管底深0.5m，冲孔时注意冲水管垂直插入水中，并做左右上下摆动，成孔直径平均要在120cm以上，成孔后立即拔出φ48冲水管，插入井点管，并确保滤管处于井孔中间位置，向孔内缓缓灌入中粗砂，防止堵孔，并在填砂时轻微上提井管，确保滤料回填密实均匀。滤料回填至距离原状地面2～3m后用φ20左右的黏土球将上部井孔封堵，并人工压实。

井点管埋设完成后应检查其渗水性能，检查方法为：在正常情况下，井点口应有地下水向外冒出；否则从井点管口向管内灌清水，查看管内水位下降情况，水位下降越快，井点质量越好。

井点埋设结束后要快速接泵抽水，防止静置时间过长井点淤塞。

c.单井抽水试验。试抽的主要目的是检查井点的出水状况、单相自吸泵的运转情况、井孔壁的漏气情况，如果漏气比较严重影响出水效果，应该调整上部黏土的封堵深度或重新成井。

单井抽水试验应该至少不间断运行12h以上，并在整个抽水试验过程中分阶段计量单井出水情况，通过12h的抽水情况分析，初步印证单井抽水能力。

4.2.3全部井点施工以及并机联网抽水

a.全部井点的施工方法与要求同单井施工。三个单井通过PVC管并联汇总接一台750W单相自吸泵，形成一个降水单元，整个降水系统安装750W单相自吸泵60台，即60个降水单元，每个井点降水单元出水管通过连接管道汇入直径200mmPVC集水总管，排出基坑开挖范围之外(见图2)。

图2　井点单元构成示意图 1—单相自吸泵；2—连接三通；3—井点连接管；4—井点井管； 5—滤管；6—水位降低线；7—自吸泵出水管；8—不透水层

b.具体质量要求。井体结构、井点管间距、埋设深度应符合设计，一组井点管和接头中心应保持在一条直线上；井管垂直度控制在1%以内，井孔直径误差控制在±10mm以内，滤料回填均匀密实，滤料包裹滤管厚度不小于50mm。

井点埋设应无严重漏气、淤塞、出水不畅或死井等情况。

各组井点单元的真空度应保持在70kPa左右。

各个单井都要保证出水无混浊、无粉砂。

单井、各降水单元出水量符合设计要求。

5实施效果检查与确认

a.整个开挖范围内所有降水单元于2012年10月31日开始全面抽水，四个集水总管平均出水量均超过20m3/h，单井出水量平均在10～11t/d，连续抽水96h后开始基坑开挖，基坑开挖土方含水量经过两个开挖层次的环刀检测，含水量分别为：上层(高程1.00～4.00m)9.5，下层(高程-4.00～1.00m)约11.5，达到预期目标；土方开挖采用挖掘机与自卸汽车配合，在首先开挖原防洪堤的填筑土方后分两层进行基坑的土方开挖施工；在开挖过程中没有出现任何边坡坍塌和失稳现象，而且有效控制了管涌；在二层土方开挖时由于降水效果较好，坑内运输道路仅在局部以15mm厚钢板铺设即可满足自卸车的行走要求；达到开挖高程后坑底表面干爽、整洁，地下水位低于坑底1m以下；整个基坑土方开挖经历了15个工作日，累计开挖土方约5万m3，整个开挖过程连续顺当，开挖工期比原计划提前5天。

b.主体工程施工过程中的降水维持。整个降水过程贯穿基坑土方开挖以及泵站水下结构的施工，从2010年10月30日开始至2011年2月初，历时3个月，所有井点单元运转的真空度始终能够保持在75kPa以上。施工过程中除了对部分单元的单相自吸泵进行短时间更换外，所有井点单元运行正常，对施工无干扰，基坑周围边坡稳定，所有底板、墩墙、翼墙施工都在平整干燥的环境下进行，工程质量得到保证。

c.周围沉降观测结果。通过对基坑周边防洪闸、泵站管理用房等永久观测点的定期连续监测，由于井管布置均匀，没有引起周边建筑的不均匀沉降，达到预期要求。

6结语

该降水技术主要适用于粉质(粉砂质)黏土、黏土夹流砂层等含水量丰富、渗透系数较大(一般适用渗透系数在0.1～10m/d)的深基坑工程开挖，较之以往的轻型井点、喷射井点、管井(深井)点降水等有较为明显的优点。

此次小口径镀锌钢管井点降水技术在泵站工程深基坑开挖中的运用是一次成功的尝试，但在管材选用、抽水水泵选择、成井质量等方面有待进一步丰富，并在施工实践中不断完善，以利推广。