旋挖成孔降水井施工技術(shù)試驗(yàn)研究及工程應(yīng)用

賈欣媛 岳大昌 李 明

(成都四海巖土工程有限公司 四川 成都 610094)

旋挖成孔降水井施工技術(shù)試驗(yàn)研究及工程應(yīng)用

賈欣媛 岳大昌 李 明

(成都四海巖土工程有限公司 四川 成都 610094)

在西南地區(qū)進(jìn)行地下工程施工時，為保證施工安全和工程質(zhì)量，需要考慮解決的重大技術(shù)課題就是降低地下水位。管井降水因具有井距大，易布置、排水量大、降水深、抽水設(shè)備簡單等眾多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，但傳統(tǒng)成井工藝也存在效率低、成本高和資源浪費(fèi)嚴(yán)重等缺點(diǎn)?；诖耍ㄟ^對成井方式、井壁管安放、沉砂池配置等關(guān)鍵工序的改進(jìn)、優(yōu)化，形成旋挖成井+PVC井壁管+模塊式沉砂池的施工配套技術(shù)。本技術(shù)在保證基坑安全的前提下，合理的對降水井施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，通過工程實(shí)踐應(yīng)用比較，產(chǎn)生的巨大的經(jīng)濟(jì)、社會效益。

旋挖成孔;PVC井壁管;降水施工技術(shù)

一、引言

在西南地區(qū)，江河湖泊眾多，以長江為主的7大河流縱橫而過，在這些地區(qū)進(jìn)行地下工程施工時，為避免基坑在開挖過程中產(chǎn)生流砂、管涌，防止坑壁土體坍塌，保證施工安全和工程質(zhì)量［1］，需解決的重大技術(shù)課題就是降低地下水位。工程降水為基坑開挖提供干燥施工環(huán)境，對加固土體和穩(wěn)定邊坡、減小地下水的危害也有很重要的作用［2］。

井點(diǎn)降水法是在基坑開挖前，在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水井，利用抽水設(shè)備抽水使所挖的土始終保持干燥狀態(tài)的方法［3］。因具有井距大，易布置，排水量大，降水深，抽水設(shè)備簡單等眾多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，但在成井施工工藝上也存在一定的不足，如目前普遍采用的沖擊鉆機(jī)成孔方式，單口降水井成井時間通常為2－3天，施工速度緩慢;成孔后，混凝土管井壁管，逐節(jié)下放、拼接過程又需要耗費(fèi)大量的工時，加之后期排水管路架設(shè)、沉砂池砌筑等工作，最終導(dǎo)致整個降水施工工期長、效率低、成本高和資源浪費(fèi)嚴(yán)重等現(xiàn)象。

如果能在保證基坑安全的前提下，合理的對降水井施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，將會產(chǎn)生的的巨大的經(jīng)濟(jì)、社會效益?；诖四康模ㄟ^對成井方式、井管安放、沉砂池配置等關(guān)鍵工序的改進(jìn)、優(yōu)化，形成旋挖成井+PVC井壁管+模塊式沉砂池的施工配套技術(shù)。

二、工藝原理

本工藝采用旋挖成孔方式，鉆至設(shè)計(jì)孔深后，安裝PVC井管，下設(shè)至井底的井管底部需安裝托盤 (詳見圖1)，托盤與井管連接牢固，并包裹嚴(yán)密，預(yù)防泥砂從管井底部返入井內(nèi)。托盤與井管由鋼絲繩托住并緩慢下放孔內(nèi)，井管逐節(jié)安裝。所安裝井管連接處需涂膠粘接，粘接后延管壁四周均勻鉆孔旋入自攻螺絲，最后使用膠帶嚴(yán)密包裹，避免濾料漏入井中。井管下設(shè)安裝完畢，抽出鋼絲繩，沿井管外壁向孔內(nèi)間歇性充填碎石作為反濾料層，確保濾料充填密實(shí)。濾料填至距離孔口1.5m處，改為回填黃土，防止外界污水倒灌至濾料層，污染井水。最后向井內(nèi)投入水泵，進(jìn)行洗井作業(yè)，直至抽出的井水變清為止。

圖1 井壁管及托盤

圖2 旋挖成孔

圖3 預(yù)制2節(jié)井壁管下放

圖4 砂紙打磨

圖5 井壁管刷膠粘接

圖6 旋入螺栓

圖7 除塵去污

圖8 膠帶密封

圖9 逐節(jié)下放井壁管

圖10 粒料回填、截除多余PVC管

三、適用范圍

(1)本技術(shù)適用于地下水位較高、地下水補(bǔ)給豐富、降水深度較大、不利于地下基坑開挖及支護(hù)作業(yè)的潛水或承壓水地區(qū)。如基坑護(hù)壁工作中，含旋挖護(hù)壁樁施工內(nèi)容，則可避免因采用不同類型鉆機(jī)設(shè)備而造成的進(jìn)場費(fèi)及人工費(fèi)用，進(jìn)一步降低成本投入。

四、施工工藝流程

測量放線→鉆機(jī)定位→成孔 (校核孔深)→安裝井管→填礫→洗井→安裝水泵 (安裝電路、安裝排水管、修沉砂池等)→降水。

五、操作要點(diǎn)

(一)測量放線

根據(jù)降水井平面布置圖，用全站儀測放降水井位置，并打入木樁，涂上紅油漆作標(biāo)記。如果地下障礙收到現(xiàn)場實(shí)際條件的影響不能或不易清除，可與監(jiān)理工程師進(jìn)行溝通并采取相應(yīng)措施，在沒有解決辦法時可根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒄{(diào)。

(二)埋設(shè)護(hù)筒

在埋設(shè)管井的護(hù)筒時，要保證護(hù)口管上部高出原地面0.10m～0.30m，下口埋入原狀土中并用粘性土把管外封嚴(yán)，確保管外在正常施工中出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象。

(三)成孔

鑿井采用SWDM22型旋挖鉆機(jī)，平底撈砂鉆斗，泥漿及鋼質(zhì)護(hù)筒聯(lián)合護(hù)壁，旋挖成孔。鉆機(jī)就位對中后，應(yīng)保證鉆機(jī)平臺的水平度和穩(wěn)定度。在成孔過程中，采用鉆井孔內(nèi)自然造漿并控制其比重在1.10～1.15范圍內(nèi)，為避免塌孔現(xiàn)象，要保證孔內(nèi)泥漿高度穩(wěn)定，同時在鉆進(jìn)過程中要確保鉆孔的垂直度 (詳見圖2)。

成井時要求井孔應(yīng)圓整垂直，井孔直徑不小于0.55m。檢查孔深達(dá)到設(shè)計(jì)深度后終孔。成井后要進(jìn)行清孔，具體做法:把鉆桿提離孔底0.5m左右進(jìn)行清孔，并保證成渣厚度要不大于30cm，清除沉渣同時降低泥漿密度使其在1.08左右。

(四)下井管

下井管前首先應(yīng)對材料的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，包括井管和濾水管的長度、過濾器的縫隙是否符合設(shè)計(jì)要求、井管接頭的連接情況等，同時確認(rèn)鉆孔深度及直徑合格后，用鋼絲繩將井管下入孔中，施工時注意井管之間對口吻合和連接牢固，連接分別采用涂膠粘接+自攻螺絲連接+膠帶密封三重工藝。井管下放過程中應(yīng)始終保持居中，井管下入設(shè)計(jì)深度誤差不得超過10cm(詳見圖3－圖9)。

(五)填礫

將符合要求的礫石 (填礫采用規(guī)格5～12mm礫石)沿井管四周均勻倒入孔中，填至進(jìn)口下1.5m后改用粘性土封口，施工時應(yīng)保持井管垂直，(詳見圖10)。

(六)洗井

洗井采用空壓機(jī)洗井，確保洗井質(zhì)量，達(dá)到出水含砂率小于1/20000，以確保抽水設(shè)備正常運(yùn)行，最終滿足工程降水需要。

(七)水泵安裝

由于單井涌水量與理論計(jì)算有差異，同時受周邊工程降水影響，降水前，鑿井時每口井的洗井出水情況以及抽水時動水位變化情況現(xiàn)場確定。

(八)排水管布設(shè)

抽水采用每井一管，在坑頂匯至總管 (排水管采用180鋼管)集中抽到沉砂池，抽出的水經(jīng)過沉砂池過濾后再集中排入市政排污管道中，沉砂池制作位置靠近市管網(wǎng)接入口的下水道。開挖到基坑底后，基坑底四周設(shè)水溝和集水井，匯集邊坡和基底的滲水，并用潛水泵抽到基坑四周的排水溝，經(jīng)沉淀排入市政排水管道。

(九)沉砂池

沉淀池位置在確定排水口后確定，將預(yù)制沉砂池模塊直接拼裝組合成型。

六、工程應(yīng)用

擬建工程位于成都天府新區(qū)牧華路南側(cè)，擬建建筑物包括:1#一棟超高層住宅 (39層)，剪力墻結(jié)構(gòu);2#～7#六棟高層住宅 (34層)，剪力墻結(jié)構(gòu);8#～10#三棟超高層住宅 (48層)，剪力墻結(jié)構(gòu);11#～13#三棟多層商業(yè) (1～2層)，框架結(jié)構(gòu);純地下室部分 (4層)，框架結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目整體均設(shè)4層地下室?；娱_挖深度約8.55～19.65m。

降水方案設(shè)計(jì)中，基坑共布置降水井29口，成井深度均為17.5m;井間距約為25m，降水井成孔直徑600mm，井管采用PVC管，管徑300mm，其中上部井壁管5.0m，下部纏絲濾水管12.5m，井管外側(cè)圍填5－10mm規(guī)格礫石。整個降水井管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要如下:

1.井壁管:井壁管為預(yù)制PVC管，該部分井管每節(jié)長度設(shè)計(jì)為3m，降水井管的規(guī)格為內(nèi)徑φ300mm，管壁厚度則為6mm。

2.過濾器 (濾水管):濾水管的直徑大小采用與井壁管相同的管徑，僅在管壁開100mm×5mm條形孔，開孔總面積=井管截面積。所有濾水管的外部都應(yīng)包裹一層30目～40目的尼龍網(wǎng)，對于尼龍網(wǎng)搭接長度問題，搭接長度應(yīng)達(dá)到尼龍網(wǎng)單幅寬度的20%～50%。

3.沉淀管:濾水管底部設(shè)置沉淀管，其長度設(shè)為1.00m，沉淀管規(guī)格、材質(zhì)與井壁管相同，僅在底部采用托盤封底，通過安裝沉淀管來確保井內(nèi)沉砂不會堵塞而造成進(jìn)水不暢通。

4.濾料。所填充的濾料主要由粒徑為10～20mm的碎石組成，以此來進(jìn)行降水井管濾料填充。

通過與傳統(tǒng)降水工藝比較，本技術(shù)具有工藝簡單，操作方便，成孔效率高，降水效果明顯等特點(diǎn):

1.目前，普遍采用的CZ－22型鉆機(jī)、魚尾型鉆頭、泥漿及鋼質(zhì)護(hù)筒聯(lián)合護(hù)壁、沖擊成井工藝，井深為30m以內(nèi)的單口井成井時間約2－3天，嚴(yán)重拖延施工工期;本技術(shù)中采用旋挖鉆機(jī)成井，可大幅度提高施工效率，同時可減少人員投入，節(jié)約工程造價。

2.傳統(tǒng)的降水井升井裝置采用預(yù)制管材拼接或砌塊砌筑，施工周期長、難度大且質(zhì)量難以保證;本技術(shù)采用PVC管，材質(zhì)輕便、抗沖擊能力較強(qiáng)，管體垂直度易于控制，安裝簡便快捷等特點(diǎn)。

3.沉砂池的制作多采用砌筑成型，池體通常采用 MU10標(biāo)磚和M7.5的水泥砂漿砌筑;池體內(nèi)外用1:2水泥砂漿抹面，加5%的防水劑。沉砂池外墻為240mm厚墻，水池隔墻為120mm厚墻，底板混凝土為C15，底板厚度100mm。砌筑工藝形成的沉砂池，制作和養(yǎng)護(hù)都需要占用工期，而且后期無法回收，對環(huán)境和資源造成不利影響;本技術(shù)中將沉砂池進(jìn)行模塊化，大大提高了施工效率，節(jié)約成本，通用性強(qiáng)，具有很好的推廣價值。

七、結(jié)語

通過工程實(shí)踐比較，采用旋挖成井+PVC井壁管+模塊式沉砂池的施工技術(shù)，能有效的提高降水工程施工效率，大幅縮短工期，節(jié)約人工，減少設(shè)備投入，在確保施工質(zhì)量和降水效果滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求前提下，可有效降低工程成本、創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)效益，至少能節(jié)約整個工程造價的25%。

將該工法應(yīng)用于實(shí)踐工程中，可以解決沖擊成井、井壁管焊接效率低的困難，同時，也能降低勞動強(qiáng)度、保證成孔質(zhì)量、降水效果滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

［1］姜清華，顏克誠，蔡楓.淺談基坑降水發(fā)展及優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.中國水運(yùn)，2006，12:99－101.

［2］李琳.工程降水對深基坑性狀及周圍環(huán)境影響的研究 ［D］.同濟(jì)大學(xué)，2007.

［3］鄧鵬，馮曉臘，唐彥，馬俊.深基坑降水設(shè)計(jì)及降水對周邊環(huán)境影響的分析J］.安全與環(huán)境工程，2012，(03):116－120.

［4］建筑施工手冊 (5版) ［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［5］現(xiàn)行建筑施工規(guī)范大全 ［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2015.

賈欣媛

賈欣媛 (1984－)，女，漢族，山東，碩士，成都四海巖土工程有限公司，專業(yè):巖土工程，研究方向:巖土工程設(shè)計(jì)與施工。