人工降水技术在大开挖深基坑中的应用
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作者: 颜凤兴
摘要：在一些取水工程的泵房施工中，经常遇到取水泵房采用深基坑大开挖的形式来进行取水泵房的结构制作的情况，因此会采取人工降低地下水位，截断地下水的渗流,确保基坑底面实行干法施工,防止基坑底面的管涌的发生。本文通过具体的工程实例，详细介绍了的在深基坑大开挖施工中的轻型井点和深井降水的施工技术。
关键词：人工降水大开挖深基坑应用
一、工程概况
无为县城长江水源泵站位于长江无为段左岸小江坝附近，为无为县一、二自来水厂提供原水。项目规模：取水泵站土建：10万立方米／日；设备：5万立方米／日，并预留后期设备基础；取水头部20万立方米／日。
取水泵房地下结构为整体钢筋混凝土箱型结构。地面平面尺寸22.7×22.7m，基础底面尺寸为23.3×23.3m，垫层平面尺寸为23.5×23.5m,泵房原地面标高为+7.0米左右（黄海高程，下同），泵房制作结束后回填至8.8米高程，泵房内底板顶面高程为-1.9米，底板厚度为1.0米，垫层厚度为0.1米。
按设计要求,取水泵房采用大开挖的方式形成基坑,然后进行结构浇注。
二、地质资料
1、地质资料：
第1层耕土：浅灰色，湿，软塑，松散～稍密，含有机质，上部含植物根系。场区普遍分布，厚度：0.61－1.10m，平均0.74m。
第2层粉质粘土：灰黄色，湿，软塑为主，局部可塑，含少量铁锰质。场区普遍分布，厚度：0.60－1.30m，平均0.99m。
第3层淤泥质粉质粘土夹粉砂夹粉土：灰色，软塑，湿~饱和，松散~稍密，含星点状云母。场区普遍分布，厚度：2.80－4.60m，平均3.49m。
第4层粉砂：灰~灰绿色，饱和，稍密~中密，含星点状云母，夹薄层软塑粉质粘土，厚0.1~0.3m。该层未穿透。
三、基坑基本参数
该基坑采用阶梯式放坡大开挖的方式进行，由于取水泵房距离江堤的位置较近，因此限制了该基坑的边坡只能为1：1。
基坑阶梯式放坡的基本参数如下：
原地面标高：＋7.0米左右；基坑底面标高：－3.2米（考虑0.2米的沙石垫层）；边坡：1：1。基坑实行三级台阶式放坡：第一第二级的高度均为4.5米；第三级的高度为1.2米，台阶宽度均为1.5米。基坑底面尺寸为25＊25米；基坑放坡后顶面尺寸为52＊52米；
四、降水方案
降水是保证基坑在开挖阶段基坑成型以及边坡稳定的前提条件，同时也是保证在泵房制作完成后抗浮稳定的必须的工程措施。本次基坑开挖降水采用了大口径深井和边坡轻型井点降水相结合的方法，以保证基坑开挖和边坡稳定。
五、深井降水
（一）、工作量布置依据及工作量布置
1、总出水量计算
由于本场地处于长江南岸，离岸边约120m左右，含水层与长江水有较好的水力联系。因此本次采用一侧有补给边界的计算公式进行抽水量计算。
1）计算原理：根据布井的范围，将其视为一口大井，计算出需降低水头的总出水量，然后按单井出水能力，布置井的数量。
2）计算公式：
式 中： Q ― 群井总出水量（m3/d）；
S ― 水位下降值（m），为17.10m；
T ― 导水系数（m2/d），T = KM；
K ― 水平渗透系数（m/d），取经验值为4.50m/d；
M ― 含水层厚度（m），平均厚为60.00m；
b ― 大井边至补给边界的距离（m），取65m；
r0 ― 大井引用半径（m），
则取30.4m；
3）计算结果
（二）、降水井布置原则及工作量
１、单井抽水量的确定：由于本场地的含水层的土性所致，本工程设计的单井抽水量按30m3/h流量估算值，即为720m3/d。
2、井数布置：
按单井抽水量q=720m3/d计算，
n = Q / q单井
则本工程降水井的数量设计为28口。
注：由于上述计算中采用的水文地质参数是经验值，故本方案拟在现场施工完成若干井后，做一组多孔的非稳定流抽水试验，以获得符合本场地实际的水文地质参数，为井的设计提供依据，必要时需调整井的数量。本次降水设计暂未考虑布置备用井，当根据抽水试验的结果确定了井的数量后，还需考虑增加1～2口备用井。
3、井位布置
井位布置泵房井外侧周围，距泵房井开挖的坡顶线外3m，
(三)、成井（孔）施工工艺与技术要求
成孔施工机械设备选用GPS-10型工程钻机及其配套设备。采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺及下井壁管、滤水管，围填填砾、粘性土、封孔等成井工艺。成井工艺流程如下：
1、测放井位：根据降水井井位平面布置图测放井位，当布设的井点受地面障碍物或施工条件的影响时，现场可作适当调整；
2、埋设护口管：护口管底口应插入原状土层中，管外应用粘性土和草辫子封严，防止施工时管外返浆，护口管上部应高出地面0.10m～0.30m；
3、安装钻机：机台应安装稳固水平，大钩对准孔中心，大钩、转盘与孔的中心三点成一线；
4、钻进成孔：降水井开孔孔径为φ550mm，一径到底，孔内必须压满泥浆，以防止孔壁坍塌；
5、清孔换浆：钻孔钻进至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m，进行冲孔清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.10，孔底沉淤小于30cm，返出的泥浆内不含泥块为止；
6、下井管：孔深符合设计要求后，开始下井管，下管时在滤水管上下两端各设一套直径小于孔径5cm的扶正器（找正器），以保证滤水管能居中，井管焊接要牢固，垂直，不透水 ，下到设计深度后，井管口固定居中；
7、填砾料（中粗砂）：填砾料前在井管内下入钻杆至离孔底0.30m～0.50m，井管上口应加闷头密封后，随填随测填砾料的高度。直至砾料下入预定位置为止。
8、填粘性土：在降水井内围填粘性土时，应将块状的粘性土碾碎（粒径≤3cm）后填入，下入速度不宜太快。
9、井口封闭：为防止泥浆及地表污水从管外流入井内，在地表以下围填4.00m范围采用优质粘性土掺水泥封孔。
10、洗井：在提出钻杆前利用井管内的钻杆接上空压机先进行空压机抽水，吹出管底沉淤,直到水清不含砂为止。
11、安泵试抽：成井施工结束后，在降水井内及时下入潜水泵排设排水管道、电缆等，电缆与管道系统在设置时应注意避免在抽水过程中不被挖土机、吊车等碾压、碰撞损坏，因此，现场要在这些设备上进行标识。抽水与排水系统安装完毕，即可开始试抽水。
12、排水: 洗井及降水运行时应用管道将水排至场地四周的明渠内，通过排水渠将水排入场外管道中。
（四）降水运行
1、降水运行
1）降水井应在泵房井基坑开挖前5天开始运行，做到能及时降低基坑中的地下水位，抽水井的运行数量，需根据泵房井下沉深度随时调整。
2）降水井抽水时，应保证潜水泵能连续工作。
3）降水运行过程中，做好各井的水位观测工作，及时掌握地下水动水位的变化情况。
4）降水运行期间，现场实行24小时值班制，值班人员应认真做好各项质量记录，做到准确齐全。
5）降水运行过程中对降水运行的记录，应及时分析整理，绘制各种必要图表，以合理指导降水工作，提高降水运行的效果。降水运行记录每天提交一份，对停抽的井应及时测量水位，每天1～2次；
（五）施工技术措施
1、降水的设备在施工前及时做好调试工作，确保降水设备在降水运行阶段运转正常。
2、工地现场要备足潜水泵，数量多于降水井数的3台左右。
3、降水运行阶段，电源必须保证，如遇电网停电，甲方须提前二个小时通知施工单位，以便及时采取措施，确保降水的效果。
（六）、 轻型井点降水
本方案通过在边坡上设置轻型井点的方式来控制边坡的地下水位，达到边坡稳定的目的。
１、轻型井点的主要设备
拟采用射流泵轻型井点，主要有井点管、连接管、集水总管以及抽水设备等组成。
1）、井点管
井点管用直径38～55的钢管或镀锌管，长度为6～9米，管下头配有滤管和管尖。滤管直径与井点管相同，长度不小于储水层的三分之二，一般为0.9～1.7米。管壁上呈梅花形钻直径为12毫米的孔，管壁外包两层滤网，内层为细滤网，采用30～50目的尼龙丝布；外层为3～10目的铁丝网布。
2）、连接管与集水总管
连接管用38～55直径的塑料管制成，每个连接管均安装有阀门，以便于检修井点。集水总管用直径为75～100的钢管分节连接，每节长4米。
3）、抽水设备
射流泵轻型井点由离心泵、射流器、循环水箱等组成。
２、轻型井点的布置
设置轻型井点的的目的主要是为了降低基坑边坡的地下水位达到稳定边坡的目的。
根据基坑平面形状与大小、土质和地下水的流向和降低地下水的要求，采用环状布置，并预留挖土运输设备的出入道路。
采用二级轻型井点，轻型井点布置在基坑的阶梯式台阶上。
井点管距坑壁的间距为1.0米，间距为0.8~1.6米，为充分利用泵的抽吸能力，集水总管标高尽量接近地下水位线并沿抽水水流方向有0.25~0.5％的上仰坡度，水泵轴心与总管齐平。井点管的如土深度应根据降水深度与地下水的储水层的位置决定，但必须将滤管插入储水层中，并且比所开挖的基坑底面深0.9~1.2米。
六、结语
通过为期六个月的实际降水运行，证明整个降水设计是非常成功的，通过人轻井和深井向结合的方式有效的降低了地下水位，达到了预期的降水目的，保证了深基坑开挖的安全，希望能给类似工程提供借鉴与参考。
参考文献：
[1]叶耀东,叶为民,吴颖.井点降水与深井降水相结合在无支护基坑工程中的实践[J].建筑技术;2003年02期
[2]何进基.深基坑井点降水施工[J].企业技术开发;2005年05期
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无锡市海洋工程有限公司 颜凤兴
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