管井降水在深基坑開挖中的設(shè)計與施工

章啟彬

繁昌縣水務(wù)局，安徽 繁昌 241200

管井降水在深基坑開挖中的設(shè)計與施工

章啟彬

繁昌縣水務(wù)局，安徽 繁昌 241200

管井降水指沿基坑周圍以一定的間隔布設(shè)一個管井，管井內(nèi)安裝水泵，當(dāng)每個管井同時抽取地下水時，使基坑內(nèi)的地下水位降到開挖基礎(chǔ)底面以下，并始終保持地下水位低于基礎(chǔ)底面一定距離，以達(dá)到在干燥狀態(tài)下進(jìn)行基礎(chǔ)施工的目的，直至基礎(chǔ)施工回填完畢。

繁昌縣城南污水處理工程設(shè)計污水處理能力3萬噸/天。廠區(qū)建筑物主要有粗格柵及進(jìn)水提升泵房、細(xì)格柵沉砂池、厭氧池、氧化溝、二沉池及配水井、污泥泵房及污泥脫水設(shè)施等。

粗格柵及進(jìn)水提升泵房為場內(nèi)埋深最大的建筑物，開挖深度10.2m，基坑開挖采用大開挖施工方案，周圍布置有細(xì)格柵沉砂池、厭氧池和污泥脫水機(jī)房等建筑物。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)

繁昌縣城南污水處理工程擬建場地地勢平坦，為峨溪河河漫灘及一級階地過渡帶地貌，屬“故河道”及軟弱地基場地，地層結(jié)構(gòu)自上而下依次為:

① 耕土層:呈灰褐、褐色等，稍濕，松散～稍密，層厚0.60m～2.50m，層底標(biāo)高4.23m～6.67m。

② 黏土層:呈黃褐色，稍濕～濕，可塑，干強(qiáng)度中等偏低，壓縮性中等偏高，韌性中等，搖振反應(yīng)無，切面稍有光澤。含氧化鐵，鐵錳結(jié)核等。層厚0.60m～2.00m，層底標(biāo)高3.90m～5.19m。

③ 淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土層:呈灰褐色、灰黃色等，濕，流塑～軟塑狀態(tài)。層厚8.80m～11.30m，局部地段底層有粉質(zhì)黏土混細(xì)砂透鏡體。

④ 圓礫混中粗砂層:呈黃、灰黃色等，中密，濕。其主要成分為石英顆粒，層中夾有卵礫石，直徑為0.9m～2.8cm。該層上部分布有厚度不均的粉細(xì)砂。該層未鉆穿，最大揭露厚度5m。

1.2 水文地質(zhì)

工程區(qū)內(nèi)地表均為第四系松散沉積層，地下水類型主要為孔隙潛水和承壓水。孔隙潛水賦存于耕土層、黏土層和淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土層中，承壓水主要分布于圓礫混中粗砂層中，地下水位受地表水及河水位的補(bǔ)給，隨季節(jié)變化明顯，汛期河水位高，地下水向遠(yuǎn)離河流方向運動，枯水期側(cè)反之。冬季峨溪河水位5.5m。

主要地層滲透系數(shù)為:淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土層滲透系數(shù)5.0E－7m/s ；圓礫混中粗砂層滲透系數(shù)1.62E－7m/s。

1.3 降水要求

根據(jù)地勘報告，本工程降水重點是使地下水從絕對高程5.5m，降到底板最深開挖面以下0.5m～1.0m，絕對高程為-3.5m，要求降深為9.0m。達(dá)到基坑在無水條件下開挖土方和進(jìn)行底部結(jié)構(gòu)施工，同時確保周邊建筑安全和基坑邊坡穩(wěn)定。

2 降水方案設(shè)計

2.1 降水方案選擇

污水泵站底部坐落在圓礫混中粗砂層上，基坑開挖深度10.2m，開挖深度范圍內(nèi)主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土層，滲透系數(shù)5.0E～7m/s ，具有弱透水性。基坑底部為圓礫混中粗砂層，滲透系數(shù)1.62E～7m/s，該層透水性較強(qiáng)，并且地下水具有承壓性，為基坑的主要含水層，適合采用管井降水。

2.2 井點參數(shù)擬定

1) 基坑涌水量

管井平面布置圖如圖1所示，泵房基礎(chǔ)為圓礫混中粗砂層，滲透系數(shù)1.62E～7m/s，其上部為厚度約9m的淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土，滲透系數(shù)5.0E～7m/s，可視為相對不透水層?；佑克坑嬎隳Ｐ秃喕癁榫|(zhì)含水層承壓～潛水非完整井，涌水量根據(jù)下式計算:

其中，Q為基坑涌水量（單位:m3/ d）；K為含水層滲透系數(shù)（單位:m/d）；H為含水層厚度（單位:m）；M為承壓水含水層厚度（單位:m）；h為降水面到承壓水含水層底板厚度（單位:m）；R為降水影響半徑（單位:m）；r0為基坑等效半徑（單位:m）。

考慮地層結(jié)構(gòu)的不確定性，結(jié)合附近工程成功經(jīng)驗，透水層滲透系數(shù)選用1.62E～7m/s；承壓含水層厚度取8m；地下水降至基坑下0.5m，降水深度S為9m，計算得:

2) 單井出水量

單井出水量根據(jù)下式計算:

其中，rs為過濾器半徑，取0.25m；l為過濾器進(jìn)水部分長度，取5m。

由公式(2)可以計算出q為47.3m3/h。

3) 井點數(shù)及井位布置

井點數(shù)根據(jù)下式計算:

由式(3)計算出n為1.65，在實際中取整數(shù)為2，結(jié)合土方開挖，在土方開挖放坡平臺位置布置2口管井，間距34m。

基坑中部布置水位觀測井1個，具體位置如圖1所示。

圖1 管井平面布置圖

2.2 管井結(jié)構(gòu)設(shè)計

1) 管井深度

降水井深度根據(jù)下式計算:

式中:HW為降水井深度；HW1為基坑深度，最深10.2m；HW2是降水水位距離基坑底要求的深度。HW2為0.5m；HW3可以通過HW3=ir0計算出，其中i為水力坡度，取1/12；r0為降水井分布范圍內(nèi)的等效半徑，取17m。HW4為降水期間的地下水位變幅，取0.50m；HW5為降水井過濾器工作長度，取5m；HW6為沉砂管長度，取0.50m。

由式(4)可以計算出降水井深度HW=18.12m。

地面高程7.2m，地下水位5.5m，結(jié)合清除耕植土，首先將基坑開挖至6.0m高程，在此高程布置鉆機(jī)施工降水井，管井深度16.92m，取17m。

圖2 管井結(jié)構(gòu)圖

2) 管井結(jié)構(gòu)

管井結(jié)構(gòu)如圖2所示，鉆井成孔直徑1000mm，管井直徑為500mm。管井結(jié)構(gòu)自上而下依次為:上部井管，長度9m，采用Ⅱ級混凝土排水管；下部管井過濾器和沉砂管，長度8m，采用無砂混凝土預(yù)制管，空隙率為20%～25%，外包30～60目鍍鋅鋼絲網(wǎng)2層，沉砂管下端用鋼板封底。本工程過濾器和沉砂管采用直徑500mmⅡ級砼排水管鉆孔制作，按照孔徑12mm，孔距100mm布置。

濾料采用5mm～20mm砂石混合濾料，從井底自下而上逐層填至平臺。

3) 水泵選型

水泵的選型應(yīng)依據(jù)楊程和抽水流量大小選定，并適當(dāng)留有余地。本工程單井設(shè)計流量47.3m3/d，選用QY65-25-7.5潛水泵，其額定流量65m3/d，楊程25m，配套電動機(jī)功率7.5kw，配套管路100mm，利用鋼絲繩吊裝井底。

3 管井施工工藝及施工要點

3.1 管井施工工藝

管井施工工藝主要包括:造孔、下井管、回填濾料及安裝水泵抽水等。主要工序流程如下:測量放樣→造孔、清孔→下井管→回填濾料→洗井→安裝水泵→抽水調(diào)試→降水運行。

1) 放樣

根據(jù)將基坑開挖至降水設(shè)計的井位高程，按照降水平面布置圖測量放樣井位；

2) 井口護(hù)管埋設(shè)

井口護(hù)管采用直徑為1200mm的鋼管，壁厚6mm，長度1.5m。將護(hù)管豎直埋入井位，上口高出地面約1m，管壁外側(cè)填土壓實，防止鉆井時跑漿。

3) 造孔、清孔

鉆機(jī)安裝要平穩(wěn)，鉆機(jī)天輪外緣、鋼絲繩的豎直中心線應(yīng)對準(zhǔn)孔位中心。開鉆前，向護(hù)筒內(nèi)注滿水，用沖擊錘小沖程（沖程距離:1.0～1.5m）反復(fù)沖擊造漿，必要時添加黃土或膨潤土造漿，待護(hù)筒內(nèi)泥漿保持一定濃度后開鉆，鉆進(jìn)過程中要保持泥漿比重在1.10～1.15之間，并且，在鉆孔過程中嚴(yán)格控制和保持孔內(nèi)泥漿液面，高出地下水位1.5m以上，以保持孔壁穩(wěn)固。

孔深鉆至設(shè)計標(biāo)高后，對鉆孔的孔徑進(jìn)行檢驗，合格后應(yīng)立即進(jìn)行清孔，清孔選用真空吸泥法、泥漿循環(huán)法或射水沖渣法進(jìn)行，將孔內(nèi)泥漿密度降至1.05，井底淤積厚度少于30cm，排出的泥漿不含泥塊為止。

4) 下井管

下井管前必須檢測孔深，深度達(dá)到要求才能下井管。下管時要保證濾水管在井中居中、豎直，井管偏斜度小于1°。

5) 回填濾料

采用靜水投料法，向管井和井壁之間回填濾料，濾料采用5～20mm砂石混合濾料，填料時要隨填隨測，保持管周均勻上升，防止架空。

6) 其它工序

填料結(jié)束，立即洗井，接通清水軟管，用壓力水反沖清洗，清除井內(nèi)和井壁上的泥漿，增大管井出水量。

洗井結(jié)束，立即安裝潛水泵，抽井內(nèi)混濁含砂的泥水，直至井內(nèi)出水為清水時方可轉(zhuǎn)入降排水運行。

3.1 施工降水運行管理

1) 降水運行過程中，做好水位觀測記錄工作，及時掌握承壓含水層水頭的變化情況；

2) 降水運行期間實行24小時值班，值班人員要做好觀測記錄；

3) 降水過程中，要定期取樣測試出水含砂量，保證含砂量不大于0.5‰。防止因抽水出砂量大引起基坑塌陷。若出現(xiàn)含砂量過大應(yīng)重設(shè)井管恢復(fù)抽水。

4 實施效果分析

根據(jù)2008年12月至2009年1月的降水記錄，單個管井出水量約30m3/d，基坑總出水量約60m3/d，出水量與計算結(jié)果大致相當(dāng)。由于各含水層滲透能力相差較大，各含水層水位下降速度有明顯區(qū)別，圓礫混中粗砂層含水層滲透系數(shù)最大，水頭壓力削減迅速，而淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土層由于滲透系數(shù)較小，地下水位降低相對緩慢。采用管井降低基坑地下水位，技術(shù)、工藝簡單，費用成本較低，能夠很好的滿足滲透水量較大的基坑降水需要。

5 結(jié)語

本文根據(jù)繁昌縣城南污水處理工程中的深基坑開挖施工的要求，設(shè)計并實施了管井降水的方法，從而達(dá)到了基坑降水的目的。通過對管井降水實施效果的分析，表明了該方法具有良好的效果。

[1] 楊臣，王士蘭，李軍才.管井井點降水法綜述[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2009，15(3):269-271,273.

[2] JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] JGJ-T111/98,建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 楊文淵.實用土木工程手冊[M].北京:人民交通出版社，1999.

Design and Construction of Tube Well Precipitation in Deep Foundation Pit Excavation

Zhang Qibin
Fanchang Water Authority, Fanchang Anhui, 241200

管井降水是人工降低地下水位的常用方法，具有工程費用低、易于施工和抽水效果好的特點。在繁昌縣城南污水處理工程建設(shè)中，粗格柵及進(jìn)水泵房是整個工程污水匯集和提升集中點，埋置深度10.2m。在粗格柵及進(jìn)水泵房的深基坑開挖過程中，采用管井降水，取得了良好的效果。

管井降水；深基坑；管井結(jié)構(gòu)；管井施工

Tube well precipitation is commonly used in the artificially reducing the ground water table, which has the characteristics of low cost, easy construction and good pumping effect.In the construction of sewage treatment project in Fanchang, coarse grating and pump room are the sewage collection and ascension place, and the buried depth of them is 10.2m.In the excavation process of deep foundation pit of coarse grating and pump room, tube well precipitation was used, and the effect is good.

Tube well precipitation; Deep Foundation Pit; Tube Well Structure; Tube Well Construction

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.13.031