輕型井點(diǎn)降水法在深基坑中的應(yīng)用

辛建麗，金奇奇（.南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，路橋與港航工程學(xué)院，南京 88；.江蘇佳宇建設(shè)工程有限公司，江蘇 泰州 5500）

輕型井點(diǎn)降水法在深基坑中的應(yīng)用

辛建麗1，金奇奇2
（1.南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，路橋與港航工程學(xué)院，南京 211188；2.江蘇佳宇建設(shè)工程有限公司，江蘇 泰州 225500）

輕型井點(diǎn)降水法作為保持基坑坑底和邊坡穩(wěn)定的一種關(guān)鍵手段, 已越來越受到重視。結(jié)合江蘇省泰州市遠(yuǎn)東大道污水管道基坑開挖施工現(xiàn)場(chǎng)情況，確定試驗(yàn)段深基坑輕型井點(diǎn)降水方案，并依據(jù)降水方案進(jìn)行降水施工，達(dá)到了預(yù)期的降水目標(biāo)，為基坑施工提供了保障。這對(duì)深基坑降水施工工程具有一定的參考價(jià)值。

輕型井點(diǎn)降水；深基坑；井點(diǎn)管；地下水

0 引 言

在含水層或地下水位較高的地段進(jìn)行基坑開挖施工時(shí)，往往需要同時(shí)解決支護(hù)與降水問題，特別是在沿河、沿江、沿海強(qiáng)透水地層中的基坑開挖，降水是其開挖施工的重要組成內(nèi)容[1]。輕型井點(diǎn)降水法是目前土石方工程中人工降低地下水水位應(yīng)用較為廣泛的一種降水方法[2]。與其他井點(diǎn)降水系統(tǒng)相比較，輕型井點(diǎn)降水具有工藝占用空間小、工程造價(jià)低、工期短、施工便利等特點(diǎn)，特別適用于基坑面積不大、降低水位不深的工程。輕型井點(diǎn)降水結(jié)構(gòu)如圖1所示。本文結(jié)合工程實(shí)例，介紹輕型井點(diǎn)降水法在深基坑中的應(yīng)用情況。

圖1 輕型井點(diǎn)降水結(jié)構(gòu)

1 工程概況

江蘇省泰州市遠(yuǎn)東大道污水管道深基坑施工是輕型井點(diǎn)降水應(yīng)用的典型案例。江蘇省泰州市遠(yuǎn)東大道位于其高港臨港經(jīng)濟(jì)園內(nèi)，西起臨河中溝段（K0+000），東至規(guī)劃園東（K2+600.332），全長(zhǎng)約2.6km，符合市政二級(jí)道路標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)本工程勘察報(bào)告顯示，場(chǎng)地土可分為8層，其中淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的揭示厚度在2.30～16.10m之間，地基承載力基本容許值為75kpa，工程的雨污管道埋深為1.9～6.4m。依據(jù)全線規(guī)劃用地排水需求，污水管道設(shè)置于道路北側(cè)、距離道路中線14m處，設(shè)計(jì)要求管底標(biāo)高多數(shù)在-1.00m左右，原地面標(biāo)高經(jīng)測(cè)量得到多數(shù)在+3.79m左右。本工程地下水位高，且管道位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，當(dāng)管道開挖H（管道埋深）≤5m時(shí)，采用1:1.5～1:1.75放坡系數(shù)開挖；當(dāng)管道開挖H＞5m時(shí)，采用拉森4型鋼板樁支護(hù)開挖斷面。為避免大開挖，減小放坡系數(shù)，根據(jù)其遠(yuǎn)東大道基坑土的滲透系數(shù)及基坑所需要降低的水位深度要求[2]，全線采用輕型井點(diǎn)降水法以實(shí)現(xiàn)基坑降水目的。

2 輕型井點(diǎn)降水方案

采用輕型井點(diǎn)降水，首先應(yīng)明確降低水位深度值，即降水目標(biāo)；然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況擬定初步降水方案。降水方案中的核心任務(wù)是井點(diǎn)管的高程布置和平面布置。高程布置是確定井點(diǎn)管埋置層面位置及埋置深度。平面布置是確定需要安設(shè)的井點(diǎn)管根數(shù)及間距。平面布置的確定通過以下步驟：一是計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)基坑總涌水量Q；二是計(jì)算所選用的單根井點(diǎn)管吸抽水量q；三是利用Q/q得到井點(diǎn)管根數(shù)，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及井點(diǎn)管布設(shè)形式確定井點(diǎn)管間距。

本工程的基坑開挖深度（原地面標(biāo)高值-設(shè)計(jì)基坑底標(biāo)高值）約為4.79m，雖未超過5m，但由于地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線復(fù)雜，屬于危險(xiǎn)性較大的深基坑施工工程。其降水方案必須滿足安全專項(xiàng)施工方案論證要求[3]。因此，選用100m（K1+120～K1+220）污水管道基坑作為試驗(yàn)段論證輕型井點(diǎn)降水方案。試驗(yàn)段高程見表1，其中原地面高程值和原地下水位高程值由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量得到。經(jīng)測(cè)量地下水靜水位為-2.00m，基坑底高程值可依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)得出。土的滲透系數(shù)為5m/d，基坑開挖邊坡采用1:1.75。地質(zhì)勘查資料表明土層分布情況為：標(biāo)高在-1.00m以上為亞粘土，-1.00m以下為粉粘土。

2.1 降水目標(biāo)

明確在一定時(shí)間內(nèi)，需要降低的地下水位深度值。這可依據(jù)（1）式計(jì)算得出。

需要降低的地下水位深度值=原地下水位高程值-降低后地下水位高程值 （1）

表1 試驗(yàn)段高程m

考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件并結(jié)合當(dāng)?shù)亟邓┕そ?jīng)驗(yàn)，本次降水時(shí)間確定為2晝夜即4 8h。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，地下水位高程應(yīng)低于基坑底高程0.5m。由表1相關(guān)高程數(shù)據(jù)可得出本次試驗(yàn)段降低后地下水位高程代表值為：-1.073-0.5=-1.573m。原地下水位高程代表值為+2.00m，故試驗(yàn)段需要降低的地下水位深度值=+2.00-（-1.573）=3.573m。該試驗(yàn)段降水目標(biāo)為：在48h內(nèi)，使得原地下水位高程由+2.00m降低至-1.573m，即需要降低地下水位深度為3.573m。

2.2 降水方案

在降水目標(biāo)明確的前提下，擬定降水方案。高程布置是確定井點(diǎn)管設(shè)置的豎直標(biāo)高，即需不需要開挖，若要開挖則開挖深度值是多少。平面布置是確定井點(diǎn)管布置的排數(shù)、井點(diǎn)管的個(gè)數(shù)。除滿足降水目標(biāo)要求外，具體確定時(shí)還要考慮施工可行性要求。

2.2.1 高程布置。由于目前常用井點(diǎn)管規(guī)格材料標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為6m，進(jìn)行高程布置時(shí)，首先考慮不開挖，對(duì)6m井點(diǎn)管管長(zhǎng)進(jìn)行驗(yàn)證。

（1）管長(zhǎng)驗(yàn)證。通過對(duì)井點(diǎn)管埋置深度的計(jì)算完成對(duì)井點(diǎn)管管長(zhǎng)驗(yàn)證。若不開挖，在原地面標(biāo)高處直接埋置井點(diǎn)管，則井點(diǎn)管的長(zhǎng)度為其埋置深度H和地面以上預(yù)留長(zhǎng)度之和。其計(jì)算公式[4]為：

其中，H為井點(diǎn)埋置深度值，h1為地下水位至基坑底高度，h2為地下水至集水總管高度；△h為降水后地下水至基坑底的安全距離高度（一般取0.5m），I為水力坡度（一般取0.1），L1為井點(diǎn)管中心線至基坑中心的水平距離，L為濾管長(zhǎng)度（一般取0.8m）。

本工程應(yīng)采用開挖方案。因?yàn)槿舨婚_挖，則h1為3.073m，h2為1.797m，△h取0.5m，I取0.1，L1經(jīng)計(jì)算為8.2m，L取0.8m。依據(jù)（2）式可計(jì)算出不開挖情況下井點(diǎn)管的埋置深度為6.99m，大于現(xiàn)有井點(diǎn)管管長(zhǎng)6 m。通過計(jì)算可知，若不開挖，現(xiàn)有6m井點(diǎn)管管長(zhǎng)不能滿足埋置深度6.99m的要求，故不開挖不可行。確定采用開挖方案后，本工程技術(shù)部根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件并考慮到一定的安全儲(chǔ)備問題，確定出初始開挖標(biāo)高值為＋2.00m，即開挖至＋2.00m這一標(biāo)高位置時(shí)，再進(jìn)行井點(diǎn)管的豎向埋置。

（2）埋置深度。根據(jù)試驗(yàn)段基坑的平面形狀和深度，選用兩排布置形式，井點(diǎn)管直徑選用50mm，布置時(shí)距基坑壁1.0m。豎向埋置時(shí)初始位置為所確定的初始開挖標(biāo)高值＋2.00m。根據(jù)已知條件，利用（2）式可計(jì)算得出井點(diǎn)管的埋置深度H為5.693m。試驗(yàn)段輕型井點(diǎn)管的布設(shè)如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)段輕型井點(diǎn)管的布設(shè)

2.2.2 平面布置。試驗(yàn)段輕型井點(diǎn)管的平面布置按布設(shè)兩排考慮，如圖3所示。平面布置的主要任務(wù)是在實(shí)現(xiàn)降水目標(biāo)的前提下，確定試驗(yàn)段范圍內(nèi)需要安設(shè)的井點(diǎn)管根數(shù)及間距。

圖3 試驗(yàn)段輕型井點(diǎn)管的平面布置

（1）井點(diǎn)管根數(shù)。井點(diǎn)管根數(shù)可通過Q/q計(jì)算得出。

a.基坑總涌水量Q計(jì)算。試驗(yàn)段地下水屬于自由滲流，基坑總涌水量Q計(jì)算公式[4]為：

其中，K為滲透系數(shù)，按最不利情況由表2查得為5m/d；G為地下水位至不透水層的深度，查設(shè)計(jì)圖紙得10.99m；R為抽水影響半徑，可由（4）式計(jì)算得出；r0為矩形區(qū)域折算半徑，可由（5）式計(jì)算得出；S為原地下水位至基坑坑底中心的深度，為3.073m。

矩形基坑的折算半徑r0計(jì)算公式[4]為：

其中，C為基坑井點(diǎn)降水區(qū)域的長(zhǎng)度值，試驗(yàn)段C取100m；B為基坑井點(diǎn)降水區(qū)域的寬度值，取雙排井點(diǎn)管間的凈寬度值為13.9m。依據(jù)（4）式計(jì)算出試驗(yàn)段矩形基坑的折算半徑r0為21.03m。

抽水影響半徑R計(jì)算公式[4]為：

其中，矩形基坑的折算半徑r0為21.03m；K為基坑土的滲透系數(shù)，取值為5m/d；t為總抽水時(shí)間，取值為48h；G取值為10.99m；M為承壓水含水厚度，根據(jù)基坑土的種類（見表2）得到M取值為0.125m。依據(jù)（5）式計(jì)算出試驗(yàn)段抽水影響半徑R為44.418m。

將計(jì)算得到的折算半徑r0為21.03m，抽水影響半徑R為44.418m，并利用（3）式最后計(jì)算得出48h試驗(yàn)段基坑總涌水量Q為1 220.02m3。

b.單根井點(diǎn)管吸抽水量q計(jì)算。根據(jù)選用的井點(diǎn)管半徑、井點(diǎn)濾管段長(zhǎng)度及土的滲透系數(shù)，單根井點(diǎn)管吸抽水量q計(jì)算公式[4]為：

其中，r管為井點(diǎn)管半徑，取值為0.025m；K取值為5m/d；L為濾管長(zhǎng)度，取值為0.8m。根據(jù)（6）式計(jì)算得出單根井點(diǎn)管吸抽水量q為12.8m3。

c.井點(diǎn)管根數(shù)n計(jì)算。根據(jù)基坑總涌水量Q和單根井點(diǎn)管吸抽水量q，井點(diǎn)管根數(shù)n計(jì)算公式[4]為：

考慮項(xiàng)目井點(diǎn)管分兩排對(duì)稱布設(shè)，最終井點(diǎn)管總根數(shù)確定為96根，分兩排布設(shè)，每排布設(shè)48根。

（2）井點(diǎn)管間距。井點(diǎn)管一般等間距布設(shè)，其間距D=井點(diǎn)管布置范圍長(zhǎng)度/（井點(diǎn)管根數(shù)-1）。試驗(yàn)段井點(diǎn)管布置范圍單排長(zhǎng)度為100m,每排布設(shè)48根井點(diǎn)管

3 輕型井點(diǎn)降水方案的組織實(shí)施

試驗(yàn)段輕型井點(diǎn)降水方案確定后，通過項(xiàng)目專業(yè)監(jiān)理工程師審核，該方案能否最終實(shí)現(xiàn)降水目標(biāo)需要通過組織實(shí)施及所達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)來驗(yàn)證。試驗(yàn)段輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)的平面布置如圖4所示。

表2 K和M取值參考表

根據(jù)輕型井點(diǎn)降水方案，井點(diǎn)管采用雙排等間距布設(shè)。每排分別設(shè)置兩套真空抽水泵站與集水總管相連接，全段共設(shè)置4套泵站。泵站設(shè)置在最低處，集水總管的水流坡度按5‰設(shè)置。

3.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備工作主要包括所需施工機(jī)具、材料的選擇及準(zhǔn)備和管路系統(tǒng)的連接。管路系統(tǒng)由井點(diǎn)管、過濾管、集水總管、主管、閥門等組成，并配有抽水設(shè)備。抽水設(shè)備由真空泵、離心泵和水氣分離器等組成。

試驗(yàn)段井點(diǎn)管選用直徑50mm、壁厚3mm的無縫鋼管；過濾管選用直徑50mm、壁厚3mm、長(zhǎng)0.8m左右的無縫鋼管或鍍鋅管；井點(diǎn)管和總管連接處選用透明管或膠皮管，用8號(hào)鉛絲綁扎（應(yīng)扎緊以防漏氣）,并用透明薄塑料布綁扎連接處；抽水設(shè)備根據(jù)計(jì)算配備W5真空泵及機(jī)組配件和水箱；水槍選用直徑50×5mm無縫鋼管,下端焊接一個(gè)直徑16mm的槍頭噴嘴；高壓水泵選用型號(hào)為100TSW-7高壓離心泵，配備一個(gè)壓力表，用作下井管。試驗(yàn)段采用粗砂作為灌填濾管用的砂濾料。

3.2 施工工藝

根據(jù)測(cè)量的原地面高程和基坑形式進(jìn)行初步開挖，挖至初始高程，在距離邊緣約1m處，布置井點(diǎn)吸水管的位置。整個(gè)施工過程嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定。試驗(yàn)段輕型井點(diǎn)降水施工工藝流程如圖5所示。

在降水施工過程中，井點(diǎn)管、集水管管路連接是關(guān)鍵工序。管路連接安裝完成后，應(yīng)檢查管路。按照GB50202—2002《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》[5]中井點(diǎn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，檢查集水干管與井點(diǎn)管連接膠管的各個(gè)接頭。在試抽水時(shí)觀察是否有漏氣現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)漏氣應(yīng)重新連接或用油膩?zhàn)佣氯?，重新擰緊膠管的鉛絲，直至不漏氣為止。

圖5 試驗(yàn)段輕型井點(diǎn)降水施工工藝流程

另外，在正式運(yùn)轉(zhuǎn)抽水之前必須進(jìn)行試抽，如發(fā)現(xiàn)漏水、漏氣現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行加固或采用黃泥封堵，因?yàn)槁鈺?huì)影響整套系統(tǒng)的正常工作，影響整體降水效果。當(dāng)抽水設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)一切正常，整個(gè)抽水管路無漏氣現(xiàn)象時(shí)，才可進(jìn)行正常抽水作業(yè)。

4 結(jié)束語

根據(jù)確定的深基坑輕型井點(diǎn)降水方案，江蘇省泰州市遠(yuǎn)東大道的施工單位嚴(yán)格按照降水方案要求，認(rèn)真組織安排試驗(yàn)段輕型井點(diǎn)降水施工。在降水施工過程中，監(jiān)理工程師全程參與，施工過程嚴(yán)格執(zhí)行降水施工規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施效果表明，在正常情況下經(jīng)過48h的降水，地下水位便能達(dá)到基坑施工的作業(yè)要求，從而實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的降水目標(biāo)，確保了工程質(zhì)量和施工安全。實(shí)踐證明，輕型井點(diǎn)降水可行，符合工程實(shí)際，可用于指導(dǎo)深基坑降水施工作業(yè)。

[1]李志平，彭振斌，張偉.輕型井點(diǎn)降水在基坑工程中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ)，2008(3):33-35.

[2]全國(guó)造價(jià)工程師執(zhí)業(yè)職業(yè)資格考試培訓(xùn)教材編審組.建設(shè)工程技術(shù)與計(jì)量(土建工程部分)[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2009:135-136.

[3]全國(guó)一級(jí)建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書編寫委員會(huì).公路工程管理與實(shí)務(wù)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011:292-293.

[4]張國(guó)聯(lián)，王風(fēng)池.土木工程施工[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004:9-11.

[5]上海市基礎(chǔ)工程公司.GB 50202—2002建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2002:56-58.

[責(zé)任編輯：黃淑森]

Application of Light Well Point Precipitation Method in Deep Foundation Pit

XIN Jianli1, JIN Qiqi2
(1.School of Bridge and Port Engineering, Nanjing Communications Institute of Technology, Nanjing, 211188, China; 2.Jiangsu Jia Yu Construction Engineering Co., Ltd., Taizhou, 225500, China)

Being an important means of keeping the stability of the foundation pit and the slope, the light well point precipitation draws more and more attention. In terms of the construction of Far East Avenue sewage pipeline excavation of Taizhou city, Jiangsu Province, the test deep foundation pit of light well point precipitation scheme is arranged and based on the scheme, the construction of precipitation is carried out and it has reached the expected target, which maintains the construction of foundation and is of certain reference for the construction of deep foundation pit precipitation

Light well point precipitation; Deep foundation pit; Well point pipe; Groundwater

TU46+3

A

1671-4326(2013)03-0058-04

2013-07-19

辛建麗（1976—），女，陜西寶雞人，南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院路橋與港航工程學(xué)院講師，碩士；金奇奇（1990—），男，江蘇淮安人，江蘇佳宇建設(shè)工程有限公司助理工程師.