當基礎(chǔ)深度在天然地下水位以下時，在基礎(chǔ)施工中常常會遇到地下水的處理問題。一般認為，基坑開挖要具備以下的必要條件：首先保持基坑干燥狀態(tài)，創(chuàng)造有利于施工的環(huán)境；其次是確保邊坡穩(wěn)定，做到安全施工，如果忽視這些必要條件，其后果是嚴重的。
有的基坑積水或土質(zhì)稀軟，工人難以立足，無法施工；有的出現(xiàn)“流砂現(xiàn)象”導(dǎo)致邊坡塌方，地質(zhì)破壞；有的內(nèi)部基坑土體發(fā)生較大的位移，影響鄰近建筑物的安全。之所以會出現(xiàn)這些異常情況，都是由地下水引起的。所以，在基坑施工中應(yīng)對地下水的處理給予應(yīng)有的重視。
一、基坑降水的處理方法基坑降水方法主要有:明溝加集水井降水、輕型井點降水、噴射井點降水、電滲井點降水、深井井點降水等等。各種降水方法有其特點和適用情況,比較如下:
1) 明溝加集水井降水。
明溝加集水井降水是一種人工排降法。它具有施工方便,用具簡單,費用低廉的特點,在施工現(xiàn)場應(yīng)用的普遍。在高水位地區(qū)基坑邊坡支護工程中,這種方法往往作為阻擋法或其他降水方法的輔助排降水措施,它主要排除地下潛水、施工用水和天降雨水。
2) 輕型井點降水。
輕型井點降水(一級輕型井點)是國內(nèi)應(yīng)用很廣的降水方法,它比其他井點系統(tǒng)施工簡單、安全、經(jīng)濟,特別適用于基坑面積不大,降低水位不深的場合。
3) 噴射井點降水。
噴射井點系統(tǒng)能在井點底部產(chǎn)生250 mm水銀柱的真空度,其降低水位深度大,一般在8 m~20 m范圍。它適用的土層滲透系數(shù)與輕型井點一樣,一般為 m/d~50 m/d。但其抽水系統(tǒng)和噴射井管很復(fù)雜,運行故障率較高,且能量損耗很大,所需費用比其他井點法要高。
4) 電滲井點降水。
電滲井點適用于滲透系數(shù)很小的細顆粒土,如黏土、亞黏土、淤泥和淤泥質(zhì)黏土等。這些土的滲透系數(shù)小于 m/d,用一般井點很難達到降水目的。利用電滲現(xiàn)象能有效地把細粒土中的水抽吸排出。它需要與輕型井點或噴射井點結(jié)合使用,其降低水位深度決定于輕型井點或噴射井點。在電滲井點降水過程中,應(yīng)對電壓、電流密度和耗電量等進行量測和必要的調(diào)整,并做好記錄,因此比較繁瑣。
5)管井井點降水。
管井井點適用于滲透系數(shù)大的砂礫層,地下水豐富的地層,以及輕型井點不易解決的場合。每口管井出水流量可達到50 m3/h~100 m3/h,土的滲透系數(shù)在20 m/d~200 m/d范圍內(nèi),降低地下水位深度約3 m~5 m。這種方法一般用于潛水層降水。
6)深井井點降水。
深井井點是基坑支護中應(yīng)用較多的降水方法,它的優(yōu)點是排水量大、降水深度大、降水范圍大等。
二、工程案例
1. 輕型井點法在新長鐵路施工中的應(yīng)用
新(沂)一長(興)鐵路海安至南通(DK43+ 000- DK53+600)段地處長江三角洲北側(cè)，屬長沖積平原區(qū)，地面低平坦蕩，溝河縱橫，水系發(fā)達，全管段水中橋涵共有19座。DK52十140的1一框染涵基礎(chǔ)施工采用集水坑降水，人工開挖基坑，挖到原地面以下時，坑底土顆粒隨地下水向上翻涌，坑壁發(fā)生坍陷。改用輕型井點法降低地下水，取得了很好的效果。因輕型井點有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、裝拆方便、操作靈活和可重復(fù)使用等優(yōu)點，為此，在新長鐵路施工中，被廣泛應(yīng)用。所謂井點降水是指在基坑開挖之前，預(yù)先在基坑周圍或坑內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的濾水管，利用抽水設(shè)備從中抽水，使地下水降至基底以下并穩(wěn)定后開挖基坑。在開挖過程中連續(xù)抽水，使地下水位穩(wěn)定在基底以下，保證地基土的含水量在開挖及基礎(chǔ)施工過程中始終處于Z佳含水狀態(tài)。采用井點降水法施工，可從根本上防止流砂、涌砂現(xiàn)象發(fā)生，并可改善基坑開挖條件，防止基底隆起，加速地基固結(jié)，提高工程質(zhì)量，加快工程進度。
井點布置
根據(jù)基坑平面形狀大小，土質(zhì)和地下水流向及降水深度確定，當基坑寬度大于6n:或土質(zhì)不良，滲透系數(shù)較大時，采用雙排井點，布置在基坑兩側(cè)。如果基坑面積較大，采用環(huán)形井點，挖土運輸設(shè)備出入道可不封閉。井點管距坑壁不小于1.。0一，間距一般為0。.8一1，6m，人土深度至儲水層且比基坑底深。一，集水總管標高盡量接
近地下水位線，沿抽水水流方向設(shè)置%一%的上傾坡度，一套抽水設(shè)備的集水總管長度一般不大于100m。
新長鐵路DK43+小橋，DK51+639框架涵均采用輕型井點法降水，井點布置在基坑四周，間距，集水總管布置在地表以下1，。m，真空泵設(shè)在同一標高，井點布置在基坑底部以下，三套輕型井點連續(xù)工作3天后，基坑底干燥，為基坑開挖和基礎(chǔ)施工的順利進行創(chuàng)造了良好的條件。
井點管埋設(shè)
井點設(shè)備、動力、水源及必要材料準備好后，開始井點安裝。井點安裝一般是先挖井點溝槽，排放總管，再埋設(shè)井點管，用彎聯(lián)管將井點管與總管相連，安排抽水設(shè)備，試抽水。井點管的埋設(shè)可采用射水法、沖孔或鉆孔法。利用沖水管沖孔后埋設(shè)井點管，沖水管直徑為50mm，下端裝有圓錐形沖嘴的鋼管，沖孔時將沖水管垂直插人土中，并作前后左右各個方向擺動，加劇土層松動，沖水孔直徑一般為300mm左右，為使濾管下部有足夠的砂濾層，井點管的設(shè)計深度增加50mm。井孔沖成后，拔出沖水管立即插人井點管。每組井點安裝完畢后，立即抽水，以檢查管路接頭質(zhì)量，井點出水情況和抽水設(shè)備運轉(zhuǎn)情況，及時處理漏水、漏氣、淤塞現(xiàn)象。
井點管使用
井點安裝、試抽水完畢后，要連續(xù)抽水，一般在抽水2一5天后，水位漏斗基本穩(wěn)定，出水規(guī)律是“先大后小、先濁后清”，否則要進行檢查，找出原因及時糾正。在降水過程中，隨時調(diào)節(jié)離心泵的出水閥以控制水量，使抽吸排水保持均勻，并經(jīng)常檢查各接頭是否漏氣漏水，因為一個漏氣點往往會影響整個系統(tǒng)真空度的大小，影響降水效果。若發(fā)現(xiàn)井點管堵塞，以對井孔用高壓水反向沖冼或拔出重新設(shè)置。地下構(gòu)筑物完工并進行回填后，方可拆除井點系統(tǒng)，拔出井點管采用沖水管沖孔使井孔擴大后拔出。亦可借助于倒鏈、杠桿或起重機，所留孔洞下部用砂，上部1一用赫土填實。
幾點體會
(1)確保連續(xù)抽水，是保證施工順利進行的重要因素。若時抽時停，濾管容易堵塞或抽出土粒，出水混濁，同時導(dǎo)致地下水位回升，引起坑壁坍塌。
(2)與集水坑排水法相比，具有防止流砂且排水效果好，提高邊坡穩(wěn)定等特點。
(3)試抽水并及時處理“死井”(井點淤塞、工作須引起重視。根據(jù)出水情況，經(jīng)常檢查有無漏氣、漏水、淤塞現(xiàn)象，如有異常情況，要及時檢修，確保施工順利進行。
(4)設(shè)置觀測樁，經(jīng)常觀測附近建筑物沉降情況，及時采取措施，杜絕安全事故發(fā)生。
(5)輕型井點降水設(shè)備簡單，便于操作，且可重復(fù)使用，在確保施工質(zhì)量，加快施工進度，降低工程造價等方面，呈現(xiàn)出較強的競爭力。
(6)井點降水若與明溝排水相結(jié)合并將總管安裝在原地下水位線以下或采用二級輕型井點可進一步增加降水深度。
2. 電滲井點降水在加拿大不列顛哥倫比亞省納爾遜的庫特奈運河的應(yīng)用
庫特奈運河位于蒙火拿的理別水壩建成以后，上庫特奈河就欄蓄了大量的水。不列顛哥倫亞水電局決定利用這些額夕}的水量以每秒8里9立方米的流速，引入一殺氏5.了9公里的運河。這條運河，將與一個二十萬瓦的水電站相接連。這項工程共開挖了459萬立方米的砂、礫石、淤泥和巖石，其中三分之一以上是從福貝(FOREBAY)，佩斯克(PENSTOCKS)以及波豪斯(POWERHOUSE)等基地挖出來的。這些地區(qū)的土壤是一大片不穩(wěn)定的由古代冰川引成的淤泥，這些淤泥沉積在巖石上面的砂粒和礫石中，從而形成今天的這片場地。福貝基地的部份基礎(chǔ)標高以及佩斯克與波豪斯基地的全部基礎(chǔ)標高都深至淤泥下面的下臥巖石中。要在松散飽和的淤泥中挖出一片穩(wěn)定的邊坡，其挖方的工作量將是驚人的。要把它挖成一個坡度為:1(水平:垂直)的斜坡而且在地震時能持久地保持原狀，須建造擋土墻，或采取其他措施使淤泥坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。國際電力工程顧問公司以及土質(zhì)顧問里普利股份有限公司對穩(wěn)固淤泥層的各種措施進行一r調(diào)查。研究結(jié)果表明，電滲井點是穩(wěn)定邊坡經(jīng)濟而又可行的方法。片薩格蘭德顧問公司的利奧。格蘭德博士，對淤泥的樣品進行了土_L實驗。認為采用電滲井點進行降水可使淤泥邊坡得到持久的穩(wěn)定。采用電滲井點降水穩(wěn)固淤泥邊坡的投資遠比建造擋土墻為少。更為主要的是，省去了擋土墻這項設(shè)施使工期縮短一年以上。國際電力工程顧問公司決定采用電滲排水來穩(wěn)固邊坡，并與加拿大井點降水公司簽訂了合同。用電滲降水穩(wěn)固土壤的原理是，在土壤中按一定的間隔埋置一些電極(負極和正極)，然后通以直流電。電極所受到的電勢使孔隙水中的正離子從正極移向負極。正離子的這種運動迫使孔隙水從正極流向負極。這樣就控制了土壤中滲流壓力的方向，從而減小了土壤的含水量。恰當?shù)剡\用上述原理，就可達到穩(wěn)固土壤的目的。根據(jù)斜坡的設(shè)計要求，尺寸約為頂部深米，覆蓋在巖層上的底部寬為米，沿長為米這樣的一個淤泥體需要用電滲井點來進行降水，直至形成坡度為：1的穩(wěn)定邊坡。而且這個楔形體還要能控制住一大片留在它后面的不穩(wěn)定的淤泥。為了使邊坡有良的穩(wěn)定性，電滲井點系統(tǒng)設(shè)置在五條米寬的坡道平臺上，其間距沿下坡面方向約為米。每排電滲井點系統(tǒng)由正極與負極組成，正負極相隔米，各電滲井點的間距平均為米。負極由一個噴射井及一根從土表面直至基巖作為電極的鋼管組成，該鋼管被置于直徑為12時厘米)的砂濾層中間。正極用一根從土表面直至基巖，直徑為2寸厘米)的鋼管作為電極。正、負極以適當?shù)呐渚€與直流發(fā)電機中心站相連接，每個負極的排水井通過壓力集水管與回水管與中心泵站相通。共設(shè)置269個正極與271個負極。所采用的直流電為220千瓦，150伏特。
負極的設(shè)置先采用沖水法將直徑12寸厘米)的套管埋入至基巖，深度為米。然后在套管中設(shè)置排水井與鋼制電極.并灌入濾砂，然后將套管取出。正極的設(shè)置采用沖水法將2告時厘米)直徑的鋼管埋入至基巖。每排電滲井點系統(tǒng)的安置時間平均為二星期。每級坡道平臺經(jīng)電滲處理一周，進行開挖，挖至下一級標高。在所有五排電滲井點系統(tǒng)都已設(shè)置完竣，Z后的邊坡面要經(jīng)五個月電滲處理。在用電滲井點降水期間，福貝、佩斯克與波毫斯三地段的巖石層同時進行開挖。對淤土中的地下水位采用地下水位計來作記錄。整個邊坡的地下水位Z后降至距巖層表面30厘米以內(nèi)。對土層定期取樣，以確定淤泥中含水量的減少以及密度變化的情況。淤增的含水量平均減少一廣仔于之四，其密度也有增加。當坡面降水處理完成以后，在坡面上第四排與第五排井點系統(tǒng)之間開挖了二個直達基巖面的四壁垂直的試坑(寬米，長米，深米)。在波豪斯基地進行巖石爆破的六個星期中，該二個試坑不設(shè)任何支撐，并一直敞開著，但仍保持穩(wěn)定。為了防止邊坡因凍融現(xiàn)象而受到浸蝕，，利用基坑開挖出來的石方在邊坡上鋪了一層60厘米厚的滲濾石塊以及米厚的一層填石。整個電滲井點系統(tǒng)的設(shè)置、降水處理以及Z后拆除工作在十一個月內(nèi)完成。
3.管井井點降在水咸陽渭河上林大橋工程中的應(yīng)用
咸陽渭河上林大橋全橋長度 1 300 m，主跨結(jié)構(gòu)為 6×30+5×4×50+4×30 的先簡后連 T 梁結(jié)構(gòu)，主跨有多跨橋墩位于渭河主河道中，水深 2 m。樁徑為 m，樁長 55 m，單個承臺由 8根灌注樁支承，承臺尺寸為 m× m× m，承臺底標高在水面下約 5 m。該段地質(zhì)資料：從地面線往下 16 m范圍內(nèi)為粉細砂，其下為 3 m厚圓礫土。
施工方案
針對渭河特點，項目部制定了以下施工方案：采用筑島法施工，河道中樁基在島上用回旋鉆成孔，承臺基坑開挖防護從技術(shù)、經(jīng)濟方面比選了管井降水配合明挖、薄壁沉井、鋼板樁圍堰等多種方案后擬定采用管井降水配合明挖施工。
管井降水設(shè)計與計算：
管井降水方案實施
（1）根據(jù)地質(zhì)情況采用沖擊鉆機泥漿護壁施工降水井。
（2）鉆機就位：鉆機安裝要求平穩(wěn)牢固，鉆機就位，偏差不許大于 5 mm。成井垂直度偏差小于 1%。
（3）鉆進達到設(shè)計深度以后，沖撈沉渣，泥漿比重小于 ，之后下井管及濾管。
（4）選用管壁整體強度較高且透水性較好的豆石水泥制井管。下井管時接管部位包扎紗網(wǎng)或尼龍布，井管四周用竹片及鐵絲扎緊扎牢，防止泥砂等進入井孔內(nèi)，每隔 2 m 對稱設(shè)置 4 個定位器，使井管居中。
（5）選用級配較好的 3 mm~5 mm圓礫，填礫時沿井壁與井管間緩慢投入，洗井時礫料下沉，應(yīng)及時補填礫料。礫料含泥量小于 3%。
（6）選用排氣量為 9 m的空壓機，利用氣舉反循環(huán)的工作原理進行多次反復(fù)洗井，使井內(nèi)清渣干凈。之后下入潛水泵進行抽水，并及時填寫水位觀測記錄。
（7）抽水：洗井工作完成后，下入 10 m揚程 20 m 的潛水泵進行抽水，當出水清澈時撤泵，期間要定時觀測井內(nèi)水位，水位記錄見表 2。降水效果經(jīng)過咸陽渭河上林大橋水中基坑降水設(shè)計與施工對照，降水48 h 降水深度達到 6 m 的效果，降水深度低于承臺底標高約 1 m，
承臺內(nèi)側(cè)壁及基底無滲流、處于干燥狀態(tài)，邊坡坡比 1∶1 時處于穩(wěn)定狀態(tài)，達到干槽作業(yè)和安全施工的目的。
4. 深井井點降水在洛陽洛河沿岸深基坑開挖中的應(yīng)用
近幾年隨著洛陽城市建設(shè)力度的加大, 沿洛河兩岸不斷興建大批的高層建筑, 某些高層建筑在進行基坑開挖處理時因地下水位較淺常需要基坑降水。在洛河南岸某高層建筑基坑開挖施工中應(yīng)用深井井點降水技術(shù)施工方便、降水效果好, 某建筑高 33 層, 有高層裙樓及地下車庫部分組成, 高層筏板基礎(chǔ)下的軟弱層需進行開挖換填, 基面長64m, 寬 , 基坑底位于地下水位以下, 基礎(chǔ)施工時需降水; 地下水位埋深在自然地表以下- , 需降水至基底下 , 降深達到 。根據(jù)地質(zhì)報告, 地表 4m 左右有近期的雜填土和第四系全新統(tǒng)沖積形成的黃土狀粉質(zhì)粘土和沙, 下部為卵石和含粉質(zhì)粘土夾層; 地下水類型屬孔隙潛水, 含水層為下部卵礫石層, 地下水旺、滲透系數(shù)為100~150m/d。
深井井點布置
根椐水文地質(zhì)條件及工程實際情況, 該工程地下水豐富, 需降水深、面積大、時間長, 經(jīng)對比討論采用排水量大, 降水深的深井井點降水方案, 依據(jù)基坑平面形態(tài), 按環(huán)形井點布置, 布置在- 基坑面, 深井井點沿基坑上緣 ～, 通過計算需 20 眼井, 井間距 ~。
深井井點降水的主要設(shè)備
①.深井管 采用 400mm 的無砂混凝土管, 每節(jié) , 長度 20m,濾水管長度 。
②.用集水渠 用 400mm 水泥管道或在地面設(shè)沉淀池和集水渠與市政雨水管網(wǎng)相連進行排水。
③.潛水泵 采用 QJ80- 33 潛水泵( 外徑 250mm), 排水量 80T, 揚程 33m, 額定功率 11KW, 每井一臺共用 20 臺, 備用 2 臺, 排水井管內(nèi)用牛筋管, 地面用排砂膠管至排水渠。
深井井點的施工工藝
深井井點的施工工藝程序: 井點測量定位, 鉆機就位→挖井口→埋護筒→鉆孔→清孔→吊放井管→回填濾料→洗井→井管內(nèi)下設(shè)水泵→安裝抽水控制電路→試抽水→降水井正常工作→降水
完畢封井。
①定位: 依據(jù)基坑降水平面布置圖, 按要求定出每個深井的準確位置。
②成孔: 降水井采用 JKS- 3 型卷揚機式?jīng)_擊鉆機進行成孔、泥漿護壁、十字型鉆頭鉆進, 孔徑 650mm, 鉆孔深度 20m.
③清孔: 鉆孔施工到預(yù)定深度后進行抽渣清孔, 保證孔內(nèi)水位高度, 使泥漿比重保持在 3cm。
④下井管: 先將底節(jié)放好下端封閉、外側(cè)均勻放置三根竹片用鐵絲捆好, 穿好鋼絲繩利用卷揚機逐節(jié)下入,接頭順直對齊用鐵絲捆好,井管下到井底應(yīng)具中,管頂比自然地面高 300mm。
⑤填濾料: 井管下入后及時均勻填入直徑 5- 10mm 的豆礫, 填至距地面 1 米時上部用粘土分層夯實回填; 每口井填入濾料約。
⑥洗井: 洗井用 6 立方空壓機進行洗井、攏水管用 3 寸牛筋管代替,用 6 分的白塑料管作為風(fēng)管,下部為 2m 長 3 寸無縫鋼管( 下部馬蹄形) 進行快洗,直至水清砂凈, 每口井洗 6- 8 小時。
⑦安裝水泵: 水泵下到井底后, 上拔 距離, 每臺水泵應(yīng)設(shè)兩根鋼絲繩一根固定, 一根備用, 便于水泵檢修。
⑧降水: 現(xiàn)場設(shè)置四個電源箱每五臺水泵為一組,對每眼井進行編號, 并有醒目指示牌,單泵單閘,設(shè)專人 24 小時進行管理, 定時定期進行水位觀測, 特別是對觀測井水位的測量, 做好水位觀測記錄; 基坑內(nèi) 20 個管井應(yīng)同時進行抽水, 使水位差控制在能滿足施工要求范圍之內(nèi), 直到基礎(chǔ)回填完畢為至。
⑨封井: 降水結(jié)束后, 根據(jù)施工需要依次對停用的管井下部用砂礫石封填, 上部用砼進行封填。
施工中應(yīng)注意的事項
①施工現(xiàn)場對電源的安設(shè)、排水管路作合理的規(guī)劃, 以不影響下工序施工又能及時排出抽出的地下水。
②排水明渠砌筑應(yīng)做防滲處理, 坡度不小于 1%, 過集水坑往市政雨水管道的坡度不小于 1%, 管徑不小于 500mm。
③水泵在安裝前應(yīng)對水泵本身和控制系統(tǒng)作一次全面檢查, 檢驗電機旋轉(zhuǎn)方面, 各部位螺栓是否擰緊, 潤滑油是否加足, 電纜插頭封口是否松動, 電纜線有無破損松動, 水泵安裝后應(yīng)進行試抽水。
④井點降水一經(jīng)開始, 就要不間斷進行, 防止地下水回升影響施工; 應(yīng)設(shè)發(fā)電機做備用電源防停電、準備兩臺水泵及管具防設(shè)備故障應(yīng)急措施。
⑤潛水泵在運行時要注意檢查電纜線和井壁是否相碰, 有無損壞, 定期檢查水泵的密封可靠性能。
運用效果評價
本工程采用無砂混凝土管深井井點降水, 用 JKS- 3 型沖擊鉆機進行施工, 每兩天完成一個管井, 邊施工邊抽水, 10 天全部管井即施工完畢, 兩天后水位降至- 以下; 在管井施工完畢后即可組織開挖, 開挖過程中基坑內(nèi)未見地下水, 為深基坑機械化開挖創(chuàng)造了良好作業(yè)條件, 保證了邊坡穩(wěn)定和施工正常進行, 后期降水運行兩個月降深 , 造價 65 元/m費用相對較低, 表明采用本法降水技術(shù)上是合理的, 經(jīng)濟上是可行的; 同時把深井井點降水技術(shù)作為洛河沿岸高層建筑深基坑施工較實用、簡便、經(jīng)濟有效的一種降水方法。
三．小結(jié)
在深基礎(chǔ)施工過程中，根據(jù)工程要求，施工條件及地質(zhì)特點選擇合適的降水方法，能避免返工，保證工期，控制成本，是深基礎(chǔ)施工中的一個重要環(huán)節(jié)。
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