管井井点降水技术在松原站前广场基坑施工中的应用

发表时间:2019/1/10   来源:《防护工程》2018年第30期   作者:薄艳明
[导读] 本论文通过管井井点降水技术在实际施工中的应用,对管井井点降水的施工及运行细节进行分析研究。

中国水利水电第一工程局有限公司  吉林长春  130000
        摘要:在建筑工程建设过程中,基坑降水问题已成为地下工程中一直存在的问题,同时随着工程数量及规模的提高,其面临风险控制和沉降控制等方面的挑战,其处理结果不仅停留在保证工程安全,且涉及到周边环境安全。基坑降水的主要目的是降低地下水位,保证地下工程在无水作业下施工。管井井点降水是基坑降水方法之一,在土的渗透系数大、地下水量大的土层中得到广泛运用。本论文通过管井井点降水技术在实际施工中的应用,对管井井点降水的施工及运行细节进行分析研究。
        关键词:基坑;管井井点;降水
       
       
        1 前言
        本工程位于吉林省松原市内,基坑面积21645㎡,原地面标高约-0.6m,经施工现场探测,地下水位-2.3m,基坑开挖深度为-9.87m。该工程土质均为砂土层,渗透系数大,降水周期较长,施工工期紧。根据管井井点降水具有排水量大,潜水泵扬程较高,井点施工工艺及操作简单,井间距较大,对后期施工干扰较小等特点,基坑降水选用适合本工程的管井井点降水工艺。
        2 管井井点设计
        本工程基坑四周采用全封闭式止水帷幕(止水帷幕为水泥土搅拌桩,长度为27m),隔断了基坑开挖深度范围内地下水与外围地下水的水力联系,因此不考虑周围地下水的补给,只考虑止水帷幕27m以下部分地下水补给和由于止水帷幕质量原因引起的渗漏水补给。本工程管井井身采用Φ370mm无砂管,管井底部锚入基坑9m,井深为21m。每个降水管井内布置一台深井泵向基坑外抽水,使基坑内的地下水位低于基坑开挖面1m。根据工程勘测报告,场区地下水属于承压水。根据《建筑施工计算手册》,本工程采用承压非完整井计算相关参数,其中主要计算参数包括:站前广场工程容积储存量计算,影响半径,基坑涌水量计算,单井涌水量计算。
        2.1 抽水试验
        在基坑降水施工前,抽水试验是必不可少的,降水的成败直接取决于水文地质参数的选取与取值是否准确,其中渗透系数K的取值尤为重要。通过现场抽水实验,目的是为了确定拟定基坑降水所需的渗透系数K及降水影响半径R等参数,为下一步降水井的实施提供参考依据。
        2.2 参数计算
       

 


        式中:q0——单井涌水量(m3/d),(由于井点位置距围护结构较近,单井涌水量系数取0.75);K——渗透系数(m/d),K=25m/d(根据本工程地质勘测资料,渗透系数为30~50昼夜选取,因基坑有止水帷幕,渗透系数取50*50%=25m/d);Rs——过滤器半径(m),Rs=0.185m;L——过滤器进水部分长度(m),L=3m
        (5)水泵选型
        当选用150QJ20-42/7抽水流量为20m3/h的泵,抽水时单井流量为20m3;
        单井日抽水量Q井=1×20×24=480m3
        群井理论日抽水量Q抽=Q井×水泵台数=480×63=30240m3(水泵台数为水泵计划投入台数,与计划布置井点个数相同,布置井点个数要考虑抽水时间、抽水量折算系数,同时要考虑基坑内地下水位降至基坑底以下1m时所需要的时间)
        (6)抽水天数
        W抽=Q抽×0.35-基坑涌水量Q=30240×0.35-7249=3335m3
        式中:  W抽--每天抽取的储存量; Q抽×0.35--实际抽水量(实际抽水时间、抽水量折算系数,为估算值。
        抽水天数d=总储存量W/每天抽取的储存量W抽=23810/3335≈8天
        抽水天数是基坑内地下水位降至基坑底以下1m时所需要的天数。
        2.2管井井点布置
        根据本工程特点,管井井点沿基坑周围1m范围内且布置在工程主体结构边线外呈环形布置42口,为保证降水效果和降水速度,本工程在基坑中布置3排疏干井21口,施工过程中,疏干井在施工过程中进行封闭;通常井点间距一般为8~15m,井距太大时降水效果不好,如果计算出的数据使井间距大于15m,应进行修正。本工程井点间距取15m,每个降水管井内布置一台深井泵向基坑外抽水,使基坑内的地下水位低于基坑开挖面1m。抽出的水通过布置在基坑外侧的排水管路排到指定的排水系统中。
        3 管井井点施工工艺流程
        降水井点施工工艺流程:井位测量定位→设备成孔→下井管→回填滤料→潜水泵安装→试抽水→不正常→调试→正常→抽水运行
        4 管井井点施工
        4.1井位放样
        根据设计的井位和现场实际情况,准确定出各井的中心位置,并做好标记。井位施工放样时应通过位置调整已避开工程桩、立柱桩、承台、地梁、支撑等地下结构位置,以免将来影响地下结构施工。
        4.2成孔
        采用循环钻机成孔。成孔直径和降水井深度需根据设计要求进行施工。成孔直径为650mm,采用泥浆护壁成孔,孔口设置护筒,以防孔口塌方,并在一侧设排泥沟、泥浆循环系统。施工过程中,当钻进到设计深度后,应立即采用水泵冲洗清孔,将孔内土块及泥浆冲洗出孔口,使孔内水的含泥量不大于5%,成孔的垂直度偏差不大于1%,成孔的深度偏差不大于200mm。
        4.3井管制作、安装
        站前广场和建华路降水井井管采用Φ370的无砂井管,井管连接采用竹节,并用16#的铅丝绑牢固;滤管部分采用60目尼龙网包裹并绑扎可靠,无砂管间连接缝隙采用塑料薄膜缠绕包紧,防止淤泥进入井管内造成井管堵塞。井深范围内回填滤料。基坑降水至坑底一下1m后,疏干井在基坑开挖过程中全部拆除。
        井管安放应力求垂直并位于井孔中间,井管顶部应比自然地面高0.5m,井管安装的垂直度偏差不大于1%,安装的深度偏差不大于200mm,垂直度偏差<1%,井底沉淀<300mm,出水含砂率<0.001。
        4.4回填砾料
        井管安装完毕后,孔壁与井管外壁间的空隙采用瓜子片或石英砂回填,采用铁锹均匀低抛填在井管四周,保证填砾均匀、密实、严禁整车倾倒,填砾是采用边向孔内送水边投砾料的方法,以防填入的砾料被泥砂堵塞。填砾前应彻底换浆,然后向井管四周填砾,开始时速度不宜过快,待井管内出水后再适当加快填砾速度。井口返水随着填砾的进行由大变小,当井口返水变小时,说明滤水管已被淹没。继续填砾至滤管顶部标高以上2m,改用黏土填至地面,并压实封闭孔口,以防地面水渗入。砾料总投料与理论量的偏差不大于5%。
        4.5洗井
        洗井的目的是清除井壁上的泥皮并把进入含水层的泥浆及一部分细颗粒抽吸出来,恢复并扩大含水层中的孔隙,所以疏干井成井后要认真洗井,充分发挥疏干井的作用。洗井时采用封闭反压洗井(水泵加压注水洗井)和活塞洗井联合、交替进行洗井,要求破坏井壁泥皮,洗通井周的渗透层。活塞洗井时提升、下降的速度应控制在0.6m/s~1.2m/s内,不得硬拉猛蹬。洗井结束后,应立即抽水,同时接通水源补充清水,直至洗清。
        4.6置泵试抽
        洗清后应安装水泵进行单井试抽,抽水试验的水位和水量稳定延缓时间为8h~16h,单井出水量要求不得小于计算值的85%。
        4.7抽水
        洗井及降水运行时,通过排水管网排放至指定地点;运行过程中,注意井点的保护及维修。
        5 管井井点降水运行管理
        5.1基本原则
        (1)降水运行前,降水井合理布设排水管道并便于接入施工现场排水设施;
        (2)降水运行前做好降水供电系统,配备独立的电源线;
        (3)所有抽水井在供电电箱插座、抽水泵电缆插头及排水管上做好对应的标示,并在每次发生变动时进行相应的标示变更,便于抽水运行管理;供电电箱应定期进行检查并备有检查记录;
        (4)降水正式运行前降水工人必须熟悉水泵开启、电路切换,以确保降水连续进行,避免因供电原因造成井底突水;
        (5)降水前各降水井均应测量其井口标高、静止水位并进行相关记录;
        (6)正式降水前必须进行试运行,进一步检验供电系统、抽水设备、排水系统及应急预案能否满足降水要求;试运行结果进行记录并备案,根据试运行结果,对于无法满足降水要求的部分进行相应整改;
        (7)靠近基坑止水帷幕的降水井拟搭设辅助平台进行保护,保持持续性抽水,确保基坑止水帷幕出现异常时可以保障基坑的稳定性;
        (8)其他降水井随着基坑开挖割除上部井管,便于基坑开挖;
        (9)井点降水运行禁止在基坑底板浇筑完毕前终止降水运行,避免突发性事件造成基坑危害;
        (10)待主体混凝土施工完成后,降水停止后及时将井进行封堵。
        5.2降水井保护
        (1)靠近基坑止水帷幕的降水井位尽可能靠近支撑边,井管口设置醒目标志;
        (2)靠近基坑止水帷幕的降水井随着基坑开挖深度的不断加深,井管的暴露长度不断加大,其井管根据相现场实际情况要及时进行加固;
        (3)注意降水井在开挖过程中的现场看护,并经常测量井内沉淤,确保降水井正常运行。
        (4)现场管理人员与其他相关施工单位应重视对降水井的保护,避开施工过程中对降水井的损坏。
        5.3降水期间注意事项
        (1)抽水管线安装完毕,试抽水时如有漏水、漏气、不上水等现象及时检修、更换。
        (2)基坑周围井点应对称同时抽水,使水位差控制在要求限度内。
        (3)及时了解抽水情况,根据施工要求确定启动和暂不抽水的井点数量。
        (4)确保安全考虑,在降水过程的自始至终设立沉降观测工作。以使一旦发现因降水工程而产生有危害性的沉降预兆时能采取有效的补救措施。
        (5)及时观测地下水位变化,定期观察井点管,应保证连续不断地抽水,正常的出水规律是“先大后小,先混后清”,如水上不来,或一直较混,或清后又混等,应立即检查纠正。
        (6)坑底流砂预防:
        降水是防治流砂的最有效的办法,当出现流砂现象,加大抽水速度,将坑内地下水位降至开挖面以下1米。
        (7)管涌预防:
        采取增加开启降水井点,加大抽水速度的方式,降低承压水压力。
        (8)降水井水位降不下去:
        a、检查深井设备,排除机械故障。
        b、测量井底沉淀物深度,如沉淀物过厚,应重新洗井,排除沉渣。
        c、如果前面的措施还不能满足降水要求,可在单井最大集水能力的允许的范围内,更换排水能力更大的深井泵。
        6 结论
        综上所述,管井井点降水技术在本工程中得到了非常有效运用,保证了基坑内自始至终都在无水条件下进行作业。同时也说明了在渗透系数大的砂土层基坑工程中运用管井井点降水技术与施工效率有着重要的意义。因此在工程中运用管井井点降水技术时,要经常总结有益的工作经验,对细节进行分析,确保工程降水效果。
        参考文献:
        [1].《建筑与市政降水工程技术规范》(JGJ/T111-98),建设部综合勘察研究设计院.中国建筑工业出版社.1999.
        [2].江正荣,《建筑施工计算手册》,中国建筑工业出版社.2007.07.

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