淺析水利工程基坑排水施工技術(shù)

陳智勇 毛琳琳

摘要:對(duì)于地下水位較高的地區(qū)進(jìn)行基坑的開挖施工過(guò)程中,地下水必然會(huì)不斷地滲流入基坑,開挖過(guò)程中如未能妥善處理好基坑降排水的問(wèn)題,定將造成基坑浸水,使現(xiàn)場(chǎng)施工條件變差,地基承載力下降,很可能引起流砂、管涌和邊坡失穩(wěn)等現(xiàn)象。為確?；邮┕ぐ踩?必須采取有效的排水措施。文章從地基土質(zhì)分類、基坑降水方案設(shè)計(jì)、排水施工、開挖排水溝、集水井或井管施工需注意的問(wèn)題等方面對(duì)水利工程基坑排水施工技術(shù)進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞:水利工程;基坑降水;排水施工;地基土質(zhì)

中圖分類號(hào):TU473文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)22-0159-03

水利工程建筑物的地基處理和基礎(chǔ)施工多低于地面或外水位和地下水位,因此經(jīng)常受圍堰滲水、基坑范圍內(nèi)的降雨和地下水的影響。為了給施工創(chuàng)造一個(gè)良好的條件,基坑排水成為水利工程施工中的重要環(huán)節(jié),無(wú)論何種地基,都必須妥善解決基坑內(nèi)的排水問(wèn)題,良好的施工排水,將有利于提高土基的承載能力,保護(hù)地基不受破壞,還可以減少開挖工程量,提高巖基和建筑物基礎(chǔ)的結(jié)合強(qiáng)度,處理不當(dāng)不僅增加施工困難也降低施工質(zhì)量,還會(huì)給工程的管理運(yùn)行造成隱患,施工排水和地基地質(zhì)、開挖程序、開挖深度、地下水和外水位高度,以及施工季節(jié)等都有密切關(guān)系。

一、地基土質(zhì)分類

地基有強(qiáng)透水、弱透水和不適水之分,因此對(duì)排水要求也不同。有條件的工程在動(dòng)工前可采用挖坑或手搖鉆鉆探等辦法,取得土樣,查明地基各部位和不同高程的土質(zhì)和地下水位等有關(guān)資料數(shù)據(jù),供基坑開挖時(shí)確定邊坡和排水準(zhǔn)備工作的依據(jù)。由于江河湖泊沿岸、基坑土質(zhì)多不均一,情況難以全部摸清,為此,在開挖過(guò)程中要留有余地,根據(jù)開挖后的實(shí)際情況進(jìn)行以便臨時(shí)采取補(bǔ)救措施。

二、基坑降水方案設(shè)計(jì)

(一)降深要求

由于基坑開挖需挖穿填土層進(jìn)入強(qiáng)透水性的砂層,基坑的涌水量較大,為保證基坑開挖的安全,坑壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,避免涌水和流砂的發(fā)生,降水設(shè)計(jì)時(shí),將基坑降水和基坑支護(hù)的施工降水作統(tǒng)一考慮,務(wù)必保證地下水位降到基礎(chǔ)樁承臺(tái)底0.5m以下,且基坑中心線處的降深要求應(yīng)低于開挖基底不少于0.5m。

(二)降水方案

目前,深基坑降水比較常用的有明溝降排水和管井井點(diǎn)降水。其中基坑明溝降排水比較適用于降水深度不大的工程。針對(duì)樟樹市的地質(zhì)的特點(diǎn)及降深要求,設(shè)計(jì)上采用管井井點(diǎn)降水進(jìn)行基坑降水,并同時(shí)設(shè)計(jì)明溝排水,明溝排水只是收集基坑中和坑壁局部滲出的地下水和施工時(shí)的其它地下水。

三、排水施工

(一)明溝排水施工

基坑排水包括圍堰形成后積聚的余水,施工期的雨水和周邊及基面滲水或泉水,應(yīng)根據(jù)地形,基坑來(lái)水情況,基坑范圍的大小,開挖的深度,以及不同的土質(zhì)、工期長(zhǎng)短采取排水措施。當(dāng)圍堰完成后,要盡快排除基坑積水,首先要充分利用下游水位較低的地形條件自流排水,余水經(jīng)排水溝導(dǎo)引到低洼處或人工開挖的排水井集中,用水泵排出,排干積水的工作要提早進(jìn)行,使基坑有一個(gè)固結(jié)干燥的時(shí)間,便于弄清情況,安排施工準(zhǔn)備工作。

經(jīng)常性的排水包括雨水、圍堰和基坑地下滲水。凡是有條件利用地形自流排水的要盡量自排,如沿基坑四周的等高線開挖排水溝使截流的雨水和滲水自流排出或用水泵排出。排水溝有以下幾種布置形式:

1.在基坑四周自高向低開挖排水溝,把滲水引向集水井用水泵排出。

2.如基坑開挖的范圍和深度較大、地下水水位較高、土質(zhì)差、滲水量大,就要沿等高線分層設(shè)排水溝和排水井,分別用水泵排出。

3.基坑范圍較小、滲水量不大,可以順縱向軸線自上而下開排水溝,在下游設(shè)集水井,也可以同時(shí)開幾條橫溝,把滲水引向縱溝,集中到排水井用水泵排出。

(二)粉土和粉砂基礎(chǔ)降低地下水施工

位于地下水位較高處的粉土和粉砂基礎(chǔ),在基礎(chǔ)開挖過(guò)程中,由于滲水作用容易發(fā)生流砂、管涌,給施工帶來(lái)很大困難。造成管涌的外因是地下水位高,滲水的出溢坡降超過(guò)粉砂粉土的允許范圍,使土粒隨滲水移動(dòng),其內(nèi)因是粉砂粉土顆粒細(xì)而均勻,允許的滲水出溢坡降較小,因此在粉砂粉土地基上施工,為了保證施工順利進(jìn)行,降低地下水位是一項(xiàng)關(guān)鍵措施。如采用放緩邊坡、鋪墊砂礫反濾層或柴梢等防止流砂和管涌的辦法,工程量相應(yīng)增加,既不經(jīng)濟(jì),又對(duì)施工造成干擾,效果不理想。近年在濱海地區(qū)修建涵閘時(shí),一方面從施工工藝或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上采取措施,如沉箱或沉井加水力沖填等施工新工藝,盡量減少和避免因排水造成的困難;另一方面就是在降低地下水上下功夫,如在基坑周圍設(shè)井管排水系統(tǒng)或射流裝置排水,都能取得很好效果。

(三)井管施工

一般多用水沖沉井或鉆井工具如大鍋鍛造孔,當(dāng)井管外徑40～50cm時(shí),大鍋錐造孔直徑為70～80cm,為了阻止造孔時(shí)井壁坍塌,可用比重為1.1～1.2的泥漿固壁,從開始到井孔完成都要使孔內(nèi)泥漿面高出地下水水面,并低于管口0.5m左右,當(dāng)鉆孔深度達(dá)到要求時(shí),應(yīng)立即下放井管,首先下放普通混凝土底管,再依次沉放無(wú)砂混凝土管,澆筑質(zhì)量高、透水性好的井管放在下部,一般的放在上部,安放井管時(shí),先在底部的吊環(huán)中穿入細(xì)鋼絲繩,鋼絲繩上做成活扣,在管內(nèi)用插釬固定,插釬上系有拔釬的副繩從管內(nèi)引出地面,然后用絞車或人力控制,逐節(jié)下管,每節(jié)管子在上口露出地面一定高度時(shí)暫時(shí)固定,在洗凈晾干的管口上,涂溫度在170℃左右的瀝青、水泥及干砂按4∶3∶3配合比加熱配制成的膠結(jié)劑,再安放上一節(jié)井管,接縫口涂上熱膠結(jié)劑后,馬上用一條寬20cm的玻璃絲布或麻袋片或粗布在上下管接縫間纏好,四周用3～4根長(zhǎng)30～40cm、寬3～4cm的竹片或木板貼在管子外壁,用14號(hào)鉛絲綁扎幾道,以保持管子垂直,防止脫節(jié),井管全部完成后,先在底管內(nèi)填厚0.5m的黃砂,再填厚0.5m的細(xì)礫石、碎石,然后將鉆孔和井管間空隙用平均粒徑為含水土層平均粒徑8～12倍的細(xì)礫石、粗砂回填,使之在抽水過(guò)程中起到攔砂濾水的作用,回填濾料的厚度不小于10cm。如濾料顆粒較粗,可以在透水管外包塑料窗紗布或玻璃絲布,用14號(hào)鉛絲兒箍緊,也有較好的濾水作用,井管四周填實(shí)固定后,用副繩拔掉插釬、拉出鋼坤繩。

四、開挖排水溝、集水井或井管施工需注意的問(wèn)題

1.排水干溝(又稱龍溝)的布置應(yīng)盡量不干擾施工,需有一定縱坡便于滲水集中,龍溝的斷面應(yīng)根據(jù)滲水量和縱坡確定,因此在基坑放樣時(shí)要考慮因排水需要,把基坑開挖范圍適當(dāng)擴(kuò)大。

2.集水井的大小一般相當(dāng)于所用水泵10~15min的出水量,能加大的要盡量放大,集水井深度需保證水泵工作深度,同時(shí)保持排水水面低于基坑工作面30~50cm。

合理選擇井徑和管徑,保證井徑和管徑間有一定的環(huán)狀間隙,來(lái)充填有效阻砂透水的濾料(環(huán)狀間隙應(yīng)考慮不同地層情況)保證水清砂凈,在滿足需水量的前提下,不要盲目加大管徑,否則,既增加了施工難度,又增加了成本。

3.管井建成后,必須根據(jù)抽水實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,選擇抽水設(shè)備,不可盲目安裝大泵,否則使井的出水量超過(guò)正常的出水量,因流速過(guò)大而引起大量來(lái)砂。管井正常抽水時(shí),其水位降深不能超過(guò)第一個(gè)取水含水層的過(guò)濾器,避免過(guò)濾管的纏絲因氧化、損壞而造成涌砂。

4.井管施工一定要在濾水管部位一定要安裝扶正器,扶正器一般每5～6m安裝一組,每組由4～6片構(gòu)成,防止濾水管在孔內(nèi)不居中,偏向一面,從而使該面沒(méi)有礫料或很少,失去過(guò)濾作用,造成涌砂。

5.經(jīng)水泵排出基坑的滲水,需引出基坑外的一定距離,防止和減少排出的水重復(fù)回到基坑。為了經(jīng)常保持排水溝暢通,需有專人負(fù)責(zé),做好清理和維修工作,洗井方法應(yīng)根據(jù)含水層地層情況、鉆進(jìn)時(shí)間、泥漿使用等情況確定,對(duì)成孔時(shí)間長(zhǎng)、泥漿消耗大的井,采用活塞、空壓機(jī)、提桶、水泵聯(lián)合洗井,活塞洗井破壞泥皮拉實(shí)濾料,空壓機(jī)振蕩洗通水道,排出管內(nèi)沉淀。

6.如基坑工作面較大,排水任務(wù)重,排水要求高,就必須配備一定數(shù)量的備用水泵和動(dòng)力設(shè)備,便于發(fā)生故障和降雨后能立即投入使用。有條件的工地可采用電力啟動(dòng)的水泵或潛水泵,但供電要有保證,同時(shí)注意用電安全,還要注意出現(xiàn)暴雨或發(fā)生特殊情況時(shí),機(jī)具設(shè)備能及時(shí)撤離,以免基坑受淹,造成損失。

五、結(jié)語(yǔ)

基坑降水工程設(shè)計(jì),根據(jù)土層的滲透系數(shù),要求降水的深度和工程特點(diǎn),經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和節(jié)能比較后確定,但由于土層地質(zhì)條件的復(fù)雜性,有關(guān)計(jì)算參數(shù)取值是否正確將影響井點(diǎn)系統(tǒng)涌水量計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,從而使目前基坑降水工程設(shè)計(jì)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上不夠合理的情況相當(dāng)普遍。降水實(shí)踐中要采用信息化施工,定時(shí)檢測(cè)降深、出水量,采用抽水試驗(yàn)驗(yàn)證降水效果,以便進(jìn)一步優(yōu)化降水設(shè)計(jì)的施工方案。

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