輕型井點(diǎn)降水在淺灘橋梁承臺(tái)基坑開挖中的應(yīng)用

朱小剛

（江蘇東南交通工程咨詢監(jiān)理有限公司，江蘇 南京 210018）

0 前言

某項(xiàng)目需跨越五級(jí)航道修建一座大橋，大橋主橋設(shè)計(jì)采用三跨（45+73+45）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，其主墩承臺(tái)部分位于水中，部分位于岸邊，設(shè)計(jì)承臺(tái)尺寸為10.5 m×6.5 m×2.5 m，底標(biāo)高為-1.8 m，河道常水位是2.5 m，設(shè)計(jì)最高水位是3.18 m。根據(jù)勘察單位提供的地質(zhì)報(bào)告，現(xiàn)狀原地面（河床）標(biāo)高1.2～5.9 m，基坑范圍內(nèi)的土質(zhì)均為粉砂土，振動(dòng)即液化，工程性質(zhì)較好亞粘土層頂標(biāo)高在-7.6～-9.3 m位置。施工時(shí)河道水面標(biāo)高為1.8 m。因此，本項(xiàng)目主墩承臺(tái)基坑施工必須解決：（1）地下水位高，由于承臺(tái)處于臨水河岸邊位置，地下水位基本與河面水位齊平；（2）地質(zhì)條件差，坑壁容易坍塌，基底流砂管涌現(xiàn)象嚴(yán)重問(wèn)題，即必須科學(xué)、合理地做好基坑降水施工。

1 降水方案選擇

方案1：基坑放坡開挖方案。該方案為基坑開挖施工常規(guī)方案，從施工成本角度考慮，相對(duì)經(jīng)濟(jì)，但針對(duì)本項(xiàng)目而言，從現(xiàn)狀地面開挖至基坑設(shè)計(jì)底標(biāo)高，開挖深度最大達(dá)到8 m之多，而承臺(tái)右側(cè)離施工便橋邊距離只有4.2 m，不具備放坡開挖的條件，同時(shí)，采用該方案不能解決流沙、管涌問(wèn)題，施工安全風(fēng)險(xiǎn)極大。

方案2：鋼套箱施工方案。該方案可以全面解決本項(xiàng)目基坑施工需解決的問(wèn)題，但無(wú)法解決施工經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，屬初步可行方案。

方案3：輕型井點(diǎn)基坑降水施工方案。該方案工藝成熟，能有效解決粉砂土質(zhì)產(chǎn)生的流砂、管涌等問(wèn)題，與方案2相比較（見(jiàn)表1），屬推薦使用方案。

表1 方案比較表

2 輕型井點(diǎn)法施工方案設(shè)計(jì)

輕型井點(diǎn)系在基坑外圍埋設(shè)井點(diǎn)管，埋深入含水層內(nèi)，井點(diǎn)管的上端通過(guò)連接管與集水總管連接，集水總管再與真空泵和離心水泵相連。啟動(dòng)抽水設(shè)備地下水便在真空泵吸力作用下，經(jīng)濾水管進(jìn)入井點(diǎn)管和集水總管，排出空氣后由離心水泵的排水管排出，使地下水位降低到基坑底以下50 cm。采用輕型井點(diǎn)降水可以提高邊坡穩(wěn)定性、防止流砂現(xiàn)象發(fā)生。

2.1 設(shè)計(jì)基本資料

（1）承臺(tái)開挖斷面

由于基坑面積較大，地下水位較高，選用環(huán)形井點(diǎn)降水，環(huán)形長(zhǎng)度A=33 m，寬度B=14.5 m。

（2）水文資料

經(jīng)測(cè)量施工時(shí)河中水位高程為1.70～1.80 m。因此確定目前地下水位按1.8 m計(jì)算。

抽水有效帶水位：按設(shè)計(jì)承臺(tái)開挖底標(biāo)高以下50 cm，即取-2.50 m。

（3）地質(zhì)資料

a.土層分布。查設(shè)計(jì)圖紙地質(zhì)圖，含水土層為均質(zhì)粉砂土，亞粘土頂標(biāo)高-7.6～-9.3 m，因此確定含水層厚度為9.4～11.1 m。計(jì)算取最不利值H=11.1 m。

b.滲透系數(shù)K的取定。根據(jù)土質(zhì)情況，查公路施工手冊(cè)《橋涵》，K=5.0 m/d。

2.2 輕型井點(diǎn)系統(tǒng)計(jì)算

（1）井點(diǎn)方案設(shè)計(jì)

采用環(huán)形井點(diǎn)布置方案，按照無(wú)壓非完全井井群計(jì)算。

（2）確定井管埋置深度

井點(diǎn)管的濾管應(yīng)在透水層內(nèi)，埋置深度Ha=h1+h2+Δh+l+r/m。

h1：井點(diǎn)的水泵軸至未抽水前的地下水位高度，為0.2 m；

h2：原地下水位至基坑底的高度，為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：濾管長(zhǎng)度，取 1.2 m；

r：基坑底中心至井點(diǎn)管中心的距離，取13.59m；

m：井點(diǎn)抽水后的水力坡降線的坡比，對(duì)于環(huán)形井點(diǎn)取m=15；

則：Ha=0.2+3.8+0.5+1.2+12.4/15=6.6 m，采用7.0 m長(zhǎng)的井管可以滿足要求。

2.3 井點(diǎn)臺(tái)數(shù)設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)參數(shù)

水位下降值：S=1.80-（-2.500）=4.3 m

滲透系數(shù)：K=5.0 m/d

影響半徑：R=2S√HK=2×4.3×√ (11.1×5.0)=64.07 m

基坑影響半徑R0：對(duì)于矩形基坑，查《橋涵》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

有效含水層厚度H0：S′為井管內(nèi)水位降低值取7-0.2-1.2=5.6 m，l為濾管長(zhǎng)度取1.2 m，查《橋涵》得H0=12.70 m。

（2）總排水量計(jì)算

（3）單根井點(diǎn)出水量計(jì)算

（4）井點(diǎn)管根數(shù)計(jì)算

n=1.1Q/q=1.1×818.63/20.1=44.8，取整數(shù)n=49根。

3 輕型井點(diǎn)法施工方案實(shí)施

降水施工之前首先開挖至+2.5 m標(biāo)高，放坡1∶1，開挖的土方將承臺(tái)位于河道中的部分填平，并適當(dāng)?shù)卦黾庸ぷ髅?。?chǎng)地平整完畢進(jìn)行輕型井點(diǎn)降水處理，根據(jù)基坑大小，井點(diǎn)管布設(shè)的環(huán)形周長(zhǎng)約為90 m，按照49根布置則間距大于規(guī)范要求的0.8～1.6 m，因此實(shí)際施工時(shí)按照間距1.5 m布置，施工井點(diǎn)管布56根，具體布置見(jiàn)圖1。

圖1 井點(diǎn)布置示意圖（單位：cm）

（1）埋設(shè)井管

井點(diǎn)管與濾管均用外徑為50 mm的無(wú)縫鋼管制成，壁厚為3 mm，濾管長(zhǎng)1.0 m，濾孔直徑為19 mm，濾管外面先包扎一層尼龍絲布，用鐵絲纏繞捆扎，間距為3～5 cm，再在外面包扎兩層尼龍窗紗，用鐵絲捆扎，外罩有空鋼管保護(hù)，濾管頂端套管帽，以防止抽水時(shí)泥砂吸入濾管。濾管上接井點(diǎn)管，中間用螺絲套筒連接。

輕型井點(diǎn)的施工關(guān)鍵是井點(diǎn)管的埋沒(méi)，本方案采用水沖法將井點(diǎn)管埋設(shè)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。沖孔直徑一般為30～50 cm，沖孔深度比濾管底部深0.5 m左右，井點(diǎn)管在沖孔內(nèi)沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用洗凈的瓜子片濾料回填沖孔，回填到距地面1～2m時(shí)，改用粘土封口，防止漏氣，以保證井點(diǎn)有較高的真空度。

為保證降水效果，埋設(shè)井點(diǎn)管時(shí)，各濾管頂端保持在同一高度，現(xiàn)場(chǎng)按最大高差不超過(guò)10 cm控制，見(jiàn)圖2。

圖2 井點(diǎn)埋設(shè)示意圖

（2）連接井點(diǎn)管與集水管

將已經(jīng)插入土中的井點(diǎn)管上端用橡膠軟管與集水管（管徑75～100 mm鋼管帶接頭）連接管頭聯(lián)接起來(lái)，并用鐵箍扎緊，接頭處不得漏氣。放置集水管時(shí)，為使水流通暢，集水管向抽水方向保持0.3%的上仰坡度。

（3）連接抽水系統(tǒng)

將集水管的三通與已經(jīng)組裝完成的抽水系統(tǒng)聯(lián)接在一起，并仔細(xì)檢查各接頭處，保證接頭處嚴(yán)密不漏水。

（4）開動(dòng)抽水系統(tǒng)抽水

各部分管路及設(shè)備經(jīng)檢查合格后，即可開動(dòng)真空泵，集水箱（尺寸為0.75 m×1.00 m×1.25 m）內(nèi)部形成部分真空，真空表汞柱指示400 mm時(shí)，地下水開始從濾管吸入集水箱，即可開動(dòng)離心泵，將水排出。排水時(shí)要及時(shí)調(diào)節(jié)出水閥，使集水箱內(nèi)吸水的水量和排出的水量平衡。真空表汞柱升至600 mm時(shí)，即表示排水量和地下水涌入量達(dá)到平衡。

（5）拔管

施工結(jié)束后用吊機(jī)或借助扒桿卷?yè)P(yáng)機(jī)把井管拔出，所留孔洞用砂或土填塞。

（6）施工注意事項(xiàng)

a.用井點(diǎn)法降低地下水位，一經(jīng)開始就必須不間斷的進(jìn)行，否則井點(diǎn)濾管容易被堵塞。故機(jī)械、電源設(shè)備都必須要有備用。施工時(shí)備用一臺(tái)75 kW發(fā)電機(jī)和至少兩臺(tái)真空泵和離心泵。

b.在使用前，各接頭處要詳細(xì)檢查，保證嚴(yán)密不漏氣；開動(dòng)前必須將所有的進(jìn)出口閥門關(guān)閉，達(dá)到一定的真空度后，再慢慢開啟進(jìn)水閥，讓地下水進(jìn)來(lái)。

c.抽水初期，所排出的水可能夾帶一部分細(xì)砂，待濾管四周形成倒濾層之后，水即變成清水，但若濾網(wǎng)孔眼過(guò)大或抽水泵水量過(guò)大，砂粒仍會(huì)不斷抽出來(lái)，就應(yīng)該將抽水閥關(guān)小來(lái)調(diào)整。

d.如發(fā)現(xiàn)真空度不夠，出水量很少，應(yīng)首先找出原因是在抽水方面還是在管道方面。檢查時(shí)先關(guān)閉進(jìn)水管的總閥，則真空度應(yīng)上升到600mm以上，如仍停留在低真空不動(dòng)，說(shuō)明是抽水系統(tǒng)本身的原因，否則為管道漏氣所致。

e.抽水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在每一組集水管的中間，使各井點(diǎn)進(jìn)水比較均勻。集水管向抽水管的方向要保持一定的坡度，使流水暢通。

4 結(jié)語(yǔ)

井點(diǎn)降水布置好后進(jìn)行不間斷抽水3～4 d后，降水預(yù)期效果已基本達(dá)到，可進(jìn)行進(jìn)一步的基坑開挖施工。由于通過(guò)井點(diǎn)降水，土質(zhì)的含水量已經(jīng)接近最佳含水量，因此承臺(tái)開挖做到陡坡開挖甚至可以做到不放坡開挖，不僅節(jié)省了工期，減少了投入，更主要的是解決了這樣一個(gè)在內(nèi)河及海邊淺灘上進(jìn)行水中墩承臺(tái)施工的難題：在水上起重設(shè)備無(wú)法到達(dá)的施工區(qū)域內(nèi)，鋼套箱方案不可行，而又無(wú)法用挖掘機(jī)直接開挖基坑時(shí)，推薦使用這種施工方法。

[1]交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊(cè)（橋涵）[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]江正榮,朱國(guó)梁.簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)（第三版）[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

[3]劉振青,薛曉霞,何亞伯.輕型井點(diǎn)降水在橋梁基坑開挖中的應(yīng)用[J].四川建筑科學(xué)研究,2004,30(2).