三級(jí)輕型井點(diǎn)在深基坑降水中的成功運(yùn)用

馬 黎 明

(中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

三級(jí)輕型井點(diǎn)在深基坑降水中的成功運(yùn)用

馬 黎 明

(中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

以山西引黃北干線墻框堡末端調(diào)節(jié)閥室深基坑降水工程為背景，根據(jù)設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)資料并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，通過詳細(xì)的計(jì)算和方案比較，選用了三級(jí)輕型井點(diǎn)降水方案，同時(shí)闡述了該方案的施工技術(shù)要點(diǎn)，指出該方案成本低廉，降水快速，完全能夠滿足施工質(zhì)量和進(jìn)度要求。

調(diào)節(jié)閥室，土質(zhì)深基坑，輕型井點(diǎn)，三級(jí)降水

1 工程概況

山西省引黃北干線墻框堡水庫位于大同市南郊區(qū)，墻框堡末端調(diào)節(jié)閥位于墻框堡水庫進(jìn)水系統(tǒng)前端，上口與PCCP管道相連，下口與墻框堡水庫的進(jìn)水箱涵相接，旁邊有一根PCCP旁通管路與墻框堡水庫出水系統(tǒng)相接。墻框堡調(diào)節(jié)閥室為深基坑施工，閥室結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)尺寸為24.5 m×19.5 m，基坑深度為11.5 m，集水井部位深度為12.1 m，地面以上建筑物高16 m左右。因閥室三個(gè)方向都有管道相接，基坑需要大開挖。

1.1 工程自然條件

1.1.1 水文氣象

墻框堡調(diào)節(jié)閥室地處內(nèi)陸深處，屬溫帶季風(fēng)大陸性氣候。多年平均降水量371.4 mm，其中76%的降水量集中于6月～9月。夏季受西太平洋副熱帶高壓影響，天氣干燥炎熱。冬季受蒙古冷高壓的控制，氣候干燥寒冷。多年平均風(fēng)速2.9 m/s，最大風(fēng)速可達(dá)26.6 m/s，風(fēng)向多為西北風(fēng)；最大凍土深度186 cm。

1.1.2 工程地質(zhì)

調(diào)節(jié)閥室位于口泉河洪積扇中部地段，地形較平坦，上部為第四系全新統(tǒng)沖積低液限粘土及含砂低液限粉土，地下水埋深淺，勘察期間地下水位埋深約3.5 m，含水層主要為第四系全新統(tǒng)中上部的低液限粘土所夾的粉砂和含砂低液限粉土，隔水層為下部低液限粘土，隔水頂板分布高程一般為1 008.13 m～1 017.37 m。壩基土層多具中等壓縮性，地下水水位以上土層多具輕微～中等濕陷性，存在濕陷壓縮變形和沉降變形?；A(chǔ)下20 m深度范圍內(nèi)的飽和土層大多為不液化土，在部分地段局部段存在液化土。在不考慮防滲措施的工況條件下估算滲透量為1.85×104m3/d。低液限粘土的滲透變形型式以流土型為主，其臨界水力坡降為0.65，允許水力坡降為0.3。

2 降水方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)條件

2.1.1 地下水狀態(tài)描述

根據(jù)工程概況地質(zhì)描述，本次勘探深度范圍內(nèi)揭露場(chǎng)地地下水類型淺層為潛水，以第③1及③2層土為主要含水層，主要受大氣降水及地表水滲流補(bǔ)給，其下地下水類型為承壓水，以第④2層粉細(xì)砂為主要含水層，以第④1層粉質(zhì)粘土為相對(duì)隔水層，主要受側(cè)向徑流補(bǔ)給。勘探期間測(cè)得各孔初見水位埋深在地表下3.50 m～5.50 m，標(biāo)高1 031. 50 m～1 028. 85 m；地下水由西北向東南徑流。潛水水位季節(jié)性變化幅度約1.0 m。

2.1.2 基坑開挖深度

墻框堡水庫工程項(xiàng)目基坑開挖深度約為11.5 m，集水坑處最深達(dá)12.1 m。

2.2 降水方案

本基坑地下水降排主要采用輕型井點(diǎn)分級(jí)降水方案。該方法降水效率高、施工工期短、工藝成熟、造價(jià)低廉。

2.3 基坑涌水量計(jì)算

輕型井點(diǎn)水量計(jì)算。

輕型井點(diǎn)降水計(jì)算如下：

1)水位降深。

基坑地下水位取布設(shè)輕型井點(diǎn)面高程，基坑中心處地下水位降到建基面以下100 cm，即降至1 023.35 m高程。要求每級(jí)井點(diǎn)降低地下水4.3 m左右。

2)井點(diǎn)管長度。

L=S+X/10。

其中，L為井點(diǎn)管長度，m；S為地下水位降深，取4.3 m；X為基坑中心與井點(diǎn)管距離，取30 m。

計(jì)算得：L=7.3 m，取8 m。

3)影響半徑。

估算輕型井點(diǎn)降水的影響半徑：

r=2×s×√(H0×K)。

其中，r為井點(diǎn)降水的影響半徑，m；s為要求降低的水位，m；H0為含水層底板到地下水位的距離，取15 m；K為滲透系數(shù)，取平均值1.85×10-4cm/s，即0.159 84 m/d。

計(jì)算得：r=13.3 m。

4)假想大井引用半徑。

R=η√(F/π)。

其中，R為假想大井引用半徑；η為井系數(shù)，取 1.18；F為基坑降水面積，取400 m2。

計(jì)算得：R=13.32 m。

5)每天總涌水量。

Q=1.366×K×(2H0-S)×S/lg[(R+r)÷R]。

其中，Q為涌水量;K，H0，S，R，r同前。

計(jì)算得：Q=86 m3/d。

6)單個(gè)井點(diǎn)極限抽水量。

q=π×d×ι0×17.5×3√K。

其中，q為單個(gè)井點(diǎn)極限抽水量，m3/d；d為井點(diǎn)管內(nèi)徑，d=0.05 m；ι0為濾水管長度，ι0=1.0 m；K同前。

計(jì)算得：q=1.49 m3/d。

7)井點(diǎn)管數(shù)量。

n=Q/q。

其中，n為井點(diǎn)管數(shù)量；Q，q同前。

計(jì)算得：n=57.7根，取60。

8)井點(diǎn)管間距。

Ld=La/n-1。

其中，Ld為井點(diǎn)管間距；La,n同前。

計(jì)算得：Ld=1.237 m，取Ld=1.2 m。

根據(jù)對(duì)本工程周邊降水及水量情況調(diào)查，周邊水的截流情況及周邊項(xiàng)目的降水流量及本工程涌水量計(jì)算，本基坑采用單根管井8 m，間距1.2 m來布置本工程的降水井點(diǎn)管。

2.4 降水布置

2.4.1 輕型井點(diǎn)布置

輕型井點(diǎn)降水沿坡面采取三級(jí)降水，開挖坡度為1∶ 1，整個(gè)坡度設(shè)置三級(jí)馬道，井點(diǎn)降水根據(jù)三級(jí)馬道來布置。從上至下第一級(jí)馬道在地面以下2.0 m(水位線上1 m處)，馬道寬1 m；第二個(gè)馬道在距離原地面6.0 m位置，馬道寬1.5 m；第三級(jí)馬道設(shè)在距地面垂直距離10 m，即距離基坑最低開挖面2.1 m位置，馬道寬1.5 m。三級(jí)馬道位置均是布設(shè)輕型井點(diǎn)的位置。

一級(jí)輕型井點(diǎn)在第一層基坑開挖之后，即待基坑開挖到距原始地面2.0 m高程時(shí)，沿馬道四周進(jìn)行井點(diǎn)布置。

二級(jí)輕型井點(diǎn)降水在基坑開挖到第二級(jí)馬道高程時(shí),沿二級(jí)馬道四周布置輕型井點(diǎn)。

第三級(jí)輕型井點(diǎn)管在基坑開挖到第三級(jí)馬道高程時(shí)進(jìn)行布置。

輕型井點(diǎn)管采用DN48 mm PPR管，布置間距1.2 m，單根井點(diǎn)長度8 m，下端3 m制作成濾管，管壁上梅花形布置小孔，用紗布纏裹后，鐵絲扎緊，底部用塑料管扣封死。

2.4.2 降水平面布置

本工程降水井位置詳見圖1，圖2。

3 三級(jí)井點(diǎn)降水施工

3.1 施工放樣及準(zhǔn)備

3.1.1 定位放線

定位放線工作是施工準(zhǔn)備工作中的一項(xiàng)極重要的技術(shù)工作，它直接關(guān)系到工程的部位準(zhǔn)確度，是控制工程質(zhì)量的第一個(gè)特殊工序。測(cè)量放線工作由持有資質(zhì)證書的專業(yè)測(cè)量人員實(shí)施。工程定位控制點(diǎn)精確放出后，做好控制點(diǎn)的保護(hù)，并做好定位放線記錄。定位放線成果經(jīng)項(xiàng)目部檢驗(yàn)合格后，必須報(bào)工程監(jiān)理復(fù)驗(yàn)，未經(jīng)監(jiān)理單位或甲方指定的專業(yè)測(cè)量單位簽認(rèn)，不得進(jìn)行下道工序施工。

3.1.2 施工用電及設(shè)備準(zhǔn)備

輕型井點(diǎn)降水的關(guān)鍵是排水不能中斷，降水的快慢和降水的效果及效率取決于水泵的抽排是否連續(xù)，因此必須配足備用電源。本工程每臺(tái)井點(diǎn)泵1.5 kW，每臺(tái)泵帶4根井管，三級(jí)降水同時(shí)工作總計(jì)需要110臺(tái)水泵，則至少用電功率為165 kW，因此配備200 kW的柴油發(fā)電機(jī)組。為避免水泵長時(shí)間工作損壞而影響抽排水，按20%的比例配備用水泵，即至少需要配備22臺(tái)水泵備用。

3.2 輕型井點(diǎn)施工

3.2.1 輕型井點(diǎn)布置

1)由于本工程地下水位埋深相對(duì)較淺，基坑開挖最深達(dá)12.1 m。故布置三級(jí)輕型井點(diǎn)進(jìn)行降水。一級(jí)井點(diǎn)布置在距原始地面高程2.0 m位置的馬道上，二級(jí)井點(diǎn)布置在距離原始地面6.0 m的馬道位置,三級(jí)井點(diǎn)布置在原始地面以下10.0 m，即距離基坑開挖底面2.1 m位置。輕型井點(diǎn)管直徑48 mm，總管直徑80 mm，配套V5型真空泵和3BA-9型離心泵。

2)井點(diǎn)布置環(huán)基坑布置，單根井管深8 m，間距1.2 m。

3.2.2 輕型井點(diǎn)施工

1)井點(diǎn)管采用DN48 mm PPR管，布置間距1.2 m，輕型井點(diǎn)降水的井點(diǎn)均勻布置在馬道上,單根井點(diǎn)長度8 m，下端3 m制作成濾管，管壁上梅花形布置小孔，用棕皮或紗布纏裹后，鐵絲扎緊，底部用塑料扣封死；多根輕型井點(diǎn)聯(lián)合接引到共用總管，總管用DN80 mm鋼管，單根長度4 m，法蘭連接，總管上間隔2 m布置48 mm直徑接頭，接頭管使用48 mm直徑橡膠軟管。

2)輕型井點(diǎn)管的埋設(shè)采用射水法，100 mm直徑十字形射水器安裝在48 mm直徑鋼管上，用軟管接2英寸潛水泵，射水成孔同時(shí)用人力下壓和轉(zhuǎn)動(dòng)，成孔深度大于井點(diǎn)管埋設(shè)深度0.5 m左右，成孔后隨即下井點(diǎn)管和灌中粗砂，孔口用粘土封閉。

3.2.3 輕型井點(diǎn)抽水

抽水前先試抽，檢查管路是否有漏氣、漏水及淤塞現(xiàn)象，正常出水后開始投入使用，抽水過程中經(jīng)常檢查是否有異?，F(xiàn)象，并及時(shí)維修。

3.2.4 降排水過程控制及處理

輕型井點(diǎn)孔進(jìn)行回填封堵，采用砂石料回填，水夯法夯實(shí)。當(dāng)井點(diǎn)降水水泵開始工作后，必須專人24 h看管?？垂苋藛T必須具有豐富的降排水經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水泵、水管及其工作原理非常熟悉，并能簡單判斷、排除水泵故障?？垂苋藛T必須每30 min巡視一次，查看每臺(tái)水泵的工作狀態(tài)是否正常，巡視每個(gè)井管是否有水排出，對(duì)滲漏的接口及時(shí)進(jìn)行處理等等。讓每臺(tái)泵都工作，每根井管都出水，每滴水都通過總管排出到基坑以外。

3.2.5 排出基坑水的處理

對(duì)排出基坑的地下水，為了防止其在就近地表滲入地下，又返回到基坑，所以排出的水通過總管并沿附近的水溝明排的越遠(yuǎn)越好，本工程至少遠(yuǎn)離基坑200 m以上。

4 降水效果控制及注意事項(xiàng)

通過對(duì)人員控制，材料控制，施工設(shè)備控制，監(jiān)視和測(cè)量裝置控制，特殊施工過程控制等，來確?；拥氖┕べ|(zhì)量及降水效果。

4.1 降水設(shè)施保護(hù)

1)對(duì)施工中已安裝布設(shè)完成的井管、水泵等進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并采取有效措施進(jìn)行保護(hù);2)土方開挖時(shí)不得損壞已施工完畢的井管、水泵及排水通道等;3)地下結(jié)構(gòu)施工時(shí)，不隨意拆卸基坑邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu);4)做好基坑周邊及基坑內(nèi)的排水工作，及時(shí)對(duì)雨水、施工用水、生活用水等進(jìn)行抽排，防止明水對(duì)基坑護(hù)坡的沖刷和浸泡。

4.2 過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)

1)優(yōu)化降水方案和參數(shù)來降低降水費(fèi)用。由于井點(diǎn)數(shù)量多，施工周期長，可采取分施工段抽降水和優(yōu)化降水參數(shù)等措施來降低降水成本和費(fèi)用。通過一級(jí)的降水成果和開挖揭露的地層，及時(shí)優(yōu)化降水參數(shù)，井點(diǎn)管數(shù)量和間距調(diào)整，從而減少投入、降低費(fèi)用；2)從工程和降水運(yùn)行降低成本。輕型井點(diǎn)的費(fèi)用由成井費(fèi)用、設(shè)備費(fèi)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)和電費(fèi)組成，通過最終分析，抽水電費(fèi)占降水費(fèi)的40%左右。施工中應(yīng)合理組織和調(diào)度，加快基礎(chǔ)和回填施工進(jìn)度，縮短工期以減少降水時(shí)間，降低成本；降水穩(wěn)定后，通過間隔抽水、間斷抽水等方式減少抽水時(shí)間，節(jié)約電費(fèi)；3)合理調(diào)整開挖坡比，減少開挖工程量；4)加強(qiáng)降水過程觀測(cè)。降水過程一般為先大后小，先渾后清，如果長期渾濁并有泥沙抽出，應(yīng)停止抽水以免塌孔，造成降水失??；5)降水前盡量別擾動(dòng)原土。

5 結(jié)語

1)通過降水過程觀察，降水效果非常顯著，整體降水5 d～7 d，地下水降水漏斗基本穩(wěn)定，水位降低值大于原設(shè)計(jì)值，為基礎(chǔ)施工創(chuàng)造了良好的施工條件;2)基坑降水直接關(guān)系到深基坑施工的成敗與否，對(duì)于地下水豐富，地質(zhì)條件較復(fù)雜，降水深度大，并含有多個(gè)不透水層時(shí)，采用多級(jí)輕型井點(diǎn)降水的方案是可行的;3)降水過程中定期觀察，分期施工時(shí)逐步調(diào)整和不斷優(yōu)化方案，對(duì)基礎(chǔ)底板施工完成并回填后，撤出最底層的井點(diǎn)降水，當(dāng)?shù)叵陆ㄖ锝Y(jié)構(gòu)完成防水層施工并回填后逐級(jí)撤除降水。根據(jù)工期要求采取分層降水、加快施工進(jìn)度等措施盡量縮短降水時(shí)間，使之達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理。

The level three light well point program successfully applied in the deep foundation pit dewatering

MA Li-ming

(SinohydroBureau12Co.，Ltd，Hangzhou310004,China)

Based the deep foundation pit project of Qiangkuangbao regulating valve chamber in Shanxi North Main Line, the paper selects the three light well point dewatering scheme according to the geological documents and site conditions and the calculation, as well as the detailed comparison of schemes, illustrates the scheme construction technique points, and points out the scheme is economical with speedy dewatering, and it can meet the construction quality and progress requirement.

regulating chamber, soil deep foundation pit, light well point, three light well

1009-6825(2014)34-0061-03

2014-09-29

馬黎明(1974- )，男，高級(jí)工程師，一級(jí)注冊(cè)建造師

TU463

A