深井与轻型井点降水在黄河砂卵地层基坑中的应用

曹辉 丛培 贺冠青

摘 要：乌玛高速A7标段位于宁夏中卫黄河桥段，地下水丰富，地层为砂卵层，自稳能力差。当深基坑降水范围超过6 m时，采用一级轻型井点降水或单一的深井降水效果不佳。为保证承台基坑开挖安全及施工方便，本文综合考虑深井与轻型井点降水相结合的方法在黄河砂卵地层基坑开挖施工中的应用。

关键词：深基坑降水;放坡开挖;深井井点;轻型井点

中图分类号：TU753文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）31-0121-03

Application of Deep Well and Light Well Point Dewatering

in Foundation Pit of Yellow River Sand and Egg Stratum

CAO Hui CONG Pei HE Guanqing

（The First Engineering Co. Ltd. of China Railway Wuju Group，Changsha Hunan 410117）

Abstract： The A7 section of Wuma Expressway is located in the Yellow River Bridge section of Zhongwei， Ningxia. The underground water is rich and the stratum is sand and egg layer， so the self stability ability is poor. When the dewatering range of the deep foundation pit is more than 6 m， the effect of the first-class light well point dewatering or single deep well dewatering is not good. In order to ensure the foundation pit excavation safety and construction convenience， this paper comprehensively considered the application of deep well and light well point dewatering method in the Yellow River sand gravel stratum foundation pit excavation construction.

Keywords： deep foundation pit precipitation;slope excavation;sham tseng well point;light well point

黃河流域桥墩施工因其基础埋深较大，在施工区地下水位较高且有产生流沙等危险时，要考虑降低地下水位[1-2]。井点降水是地下水位埋深较浅地区基础工程施工的重要措施之一，它能克服流沙现象，稳定基坑边坡，降低承压水位，防止坑底隆起和加速土的固结，使位于天然地下水位以下的基础工程能在较干燥的施工环境中进行。井点降水方法有轻型井点、喷射井点、电流井点、管井法以及深井泵法等[3-5]。

在基坑深度较深、地下水补给性强时，轻型井点法虽在深基坑降水中应用广泛，但在基坑开挖要求降低水位深度在5～6 m时应慎选用，仅采用一级轻型井点就会出现水位降不下去的情况，容易造成施工工期的延误，且降水效果难以保证，采用放坡开挖二级轻型井点结合四周深井降水可以解决这一问题[6-7]。本文以乌玛高速黄河流域桥墩基坑开挖降水为例，采用二级轻型井点和四周深井井点降水的施工方法，成功在地下水最为丰富的黄河流域地区桥墩基坑施工取得了良好的降水效果。

1 工程概况

乌海至玛沁公路（宁夏境内）青铜峡至中卫段工程第A7标段的镇罗黄河特大桥为本标段重难点工程，该桥全长1 289 m，上部结构采用钢-混组合梁，下部结构采用花瓶墩，基础为桩基础。其中8#～13#墩位于黄河水中，6#、7#及14#～17#墩位于黄河堤岸，本文主要论述7#墩基坑的降水施工。

桥址区场地地貌单元为黄河河床及漫滩，地势开阔，地形稍有起伏，桥轴线地面高程为1 201.3～1 208.9 m，相对高差约7.6 m。地下水类型为黄河孔隙渗水，水位随黄河水位变化而变化，施工期间测得水位标高为1 205.349 m。由工程地质勘探可知，桥址区地层结构较为复杂，主要由第四系全新统冲洪积层和上更新统冲洪积组成，地质情况分述如下。

①粉质黏土，黄褐色，土质均匀，层厚0.8～2.5 m，层底标高为1 204.029～1 201.529 m。

②细砂，零星分布于桥址区地表、粉质黏土与卵石之间，层厚1.4～1.5 m，层底标高为1 201.529～1 200.129 m。

③卵石，青灰色，层厚4.6～5.8 m，层底标高为1 200.129～1 194.329 m。

④卵石，青灰色，层厚8.6～22.9 m，层底标高为1 194.329～1 171.429 m。

2 基坑开挖降水设计

2.1 基坑开挖

根据设计图纸及现场测量，7#墩承台底标高为1 198.829 m，地面标高为1 206.029 m，开挖深度约7 m，分两级边坡开挖，基底预留0.8 m操作空间，坡度1∶1，中间平台1 m;综合考虑地质水文条件、降水范围以及基坑深度等因素，编制了7#墩承台整体降水方案如下。

首先，在基坑顶部四周埋设一定数量的深井管井进行初步大范围降水，利用真空原理不断抽出地下水，使地下水位降低到基坑设计标高以下，从而解决地下水大量涌入坑内的问题，同时防治流沙现象也是降水的主要目的。然后，采用两级放坡开挖，并在平台内侧采用轻型井点降水系统施工对基坑下部的粉质黏土、细砂、卵石层进行降水，7#墩整体降水方案如图1所示。

2.2 管井井点降水设计

2.2.1 基坑总涌水量计算。根据现场地质构造、水文特点以及土层渗透系数等因素，可采用群井无压完整井计算方法计算基坑涌水量[8-9]，计算公式如式（1）所示：

其中，[Q]表示基坑涌水量，m3/d;[K]表示渗透系数，m/d，取10 m/d;[H0]表示含水层厚度，m;[X0 ]表示假想半径，m;[S]表示降水深度值，取[S]=7.0 m。

由于开挖基坑不规则，可将其等效为半径为[X0 ]的圆形井，其基坑等效半径计算如式（2）所示。

其中，[A]表示基坑井点管所包圍的平面面积，取[A]=39.5×21.5=850 m2，将其带入式（2）可得出[X0 ]为16.5 m。

当含水层厚度不明确时，可根据表1的经验公式进行计算。

由1表可知，[SS+L]=7/（7+1）=0.86，可求[H0]=1.84[S+L]=1.84×（7+1）=14.7 m。

当基坑井点系统抽水后，地下水受到影响而形成降落曲线，降落曲线稳定时的影响半径即为计算用的抽水影响半径[R]，该影响半径一般根据现场抽水试验决定，也可按照式（3）进行计算。

由式（3）可得出[R]为165.5 m。

结合式（1）、式（2）和式（3）可求出基坑总涌水量为2 142 m2/d。

2.2.2 井点设计计算。工程上通常用基坑总涌水量除以单井出水量，再综合考虑富余系数来确定井点数及间距，可按式（4）、（5）和（6）计算。

其中，[q]表示单井抽水量;[d]表示滤管内径，取深井井点滤管内径[d1]=0.3 m，轻型井点滤管内径[d2]=0.04 m;[n]表示井点深井数量;[C]表示基坑开挖周长;[b]表示各井点间距。

根据上述计算结果可知，基坑轻型井点单根出水量17.6 m3/d，最多所需井点数量为122根，轻型井点间距为1.0 m，沿基坑一级边坡处等间距环形布置。

2.3 井点施工方案

2.3.1 施工流程。管井井点放线定位→挖井口、安护筒→冲孔→清孔→回填井底砂垫层→安装管井井点管→水位观测→降水井成孔→管井周边降水→基坑放坡开挖至一级边坡→布置轻型井点降水系统→继续开挖至设计标高→承台及墩身施工→基坑回填→降水完成拔泵→封井。

2.3.2 重点施工步骤。①深井井位放线测量井位后，埋设钢护筒以防止孔坍塌，并且在钢护筒与孔壁之间用黏土填充缝隙以防止漏水;②深井降水系统完成后开始基坑四周降水，待降水完成后开始基坑开挖，放坡开挖至一级边坡位置，为保证疏干边坡内的上层滞水，预留1 m平台布置轻型井点降水系统;③待完成轻型井点降水系统布置后，基坑继续放坡开挖至设计标高，7#墩基坑开挖完毕;④基坑开挖后，做好降水运行控制保证水位在坑底以下合适深度，加强对基坑水位和周围环境的监测。

3 基坑降水实施效果

通过采取深井与轻型井点降水相结合施工，制定施工项目方案，对基坑涌水量、单井出水量、井数、井间距等要素进行有效的计算，从而为施工项目提供数据支持。同时，降水后土面逐渐坚硬，边坡日趋稳定，为基础施工创造了良好的地基环境，有效保障了工程治理。

4 结论

①黄河特大桥基坑降水实践证明基坑降水方案的设计应根据当地的水文地质条件，开挖深基坑时，可联合使用多种降水方法，以达到最佳布置，取得最好的降水效果。

②采用二级轻型井点配合四周深井降水施工法，不仅可以通过四周深井进行大范围降水，而且能提升边坡的稳定性，大大减少土方开挖量。

③在宁夏黄河流域砂卵地层采用井点降水法代替钢板桩防护，可取得很好的经济效益：本桥3#墩～7#墩设计均为钢板桩防护，单墩钢板桩费用为490 751元，井点降水单墩费用为120 000元，节省370 751元。

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