真空疏干與井點降水技術在工程中的應用

1、真空疏干與井點降水技術在工程中的應用  摘 要 本文結合杭州地鐵閘弄口車站深基坑工程降水施工中遇到的實際問題，闡述真空疏干與井點復合降水技術在地鐵深基坑工程中的應用。該技術應用在具有典型性的砂質(zhì)粉土 + 粉砂夾層 + 淤泥質(zhì)粘土的地質(zhì)構造中具有實際意義。 關鍵詞 基坑工程；真空疏干降水；輕型井點降水；滯水層       杭州地鐵閘弄口站屬錢塘江沖海積平原地貌單元，基土以 2 6 層砂質(zhì)粉土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主，按其水文地質(zhì)特性，場地開挖范圍內(nèi)的地下水類為孔隙潛水和孔隙承壓水?？紫缎詽撍饕x存于粉土、粉砂中，由大氣降水和地表

2、水徑流補給，排泄方式主要為蒸發(fā)，潛水與地表水體也有較強的水力聯(lián)系?？碧狡陂g實測場地淺部地下水位埋深為 1.02.0 m（杭州市年平均高水位離地表面約 0.50 m1.0 m）。工程區(qū)承壓含水層主要分布于深部的 2 層圓礫中，水量較豐富。經(jīng)實測， 2 圓礫層承壓水頭埋深在地表下 9.1m，相應高程為 -4.00m。      此類地鐵基礎施工難度就在于水的控制，基坑的積水過多將嚴重影響基坑的施工安全和工程進度及質(zhì)量。經(jīng)實際施工發(fā)現(xiàn)，在砂質(zhì)粉土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土中間存在滯水現(xiàn)象，不易排出。這一滯水帶的滲流水給開挖施工帶來極大地不便，嚴重影響了施工進度

3、。因此，在地鐵基坑，尤其是含水豐富地區(qū)的地鐵基坑施工中必須采取合理有效的方法減少基坑內(nèi)及周圍土體中積水。 1. 真空疏干與井點復合降水技術原理      基坑開挖前，先在基坑內(nèi)鉆孔安置真空疏干降水井 , 在基坑開挖施工前一個月埋設一定數(shù)量的濾水管（井），在基坑開挖前和開挖過程中，利用真空原理，不斷抽取地下水，使井管內(nèi)的地下水抽汲到地面，而且在濾管附近和土層深處產(chǎn)生較高的真空度，即形成負壓區(qū)。井點周圍的地下水位下降，形成降水曲線，從而使大面積原有地下水位的降低，并且在工作過程當中要保持每天h連續(xù)抽水,使地下水位降低到墊層底以下 1m 并

4、使降落曲線保持穩(wěn)定。由于在地表下 14m 處有著 30-50cm 厚的淤泥質(zhì)黏土夾層，該夾層具有含水量大、壓縮性高、強度低、透水性差等特點。這一夾層形成滯水層，滯水層中的水難以利用真空疏干法排出。采用輕型井點降水法可以有效的將滯水層中的水抽排掉，同時真空降水連續(xù)不間斷作業(yè)。待井點降水管內(nèi)無水時，再進行開挖。利用真空疏干與井點復合降水技術可以有效的完成類似地質(zhì)深基坑降水，保證了工程質(zhì)量和進度。 2 真空疏干與井點復合降水井設計2.1 真空疏干井的數(shù)量      根據(jù)我公司在地鐵工程的降水施工經(jīng)驗，在以淤泥質(zhì)粘土為主的潛水含水層中，真空單

5、井有效抽水面積 a井在 150 200m2之間，本次降水真空單井有效抽水面積取 180m2。n=A/a井 =3864/180=21.46（取整 22）      式中：n 井數(shù) ( 口 )；      A 基坑降水面積 (m2)；      a井 單井有效抽水面積 (m2)；      實際施工設計 23 孔井 >22，滿足使用要求。2.2 真空疏干井深度   

6、   設計井深由下式確定：式中：      H= H1+ H2+ H3+ H4+ H5+ H6      式中：      H降水井深度；      H1基坑深度（m），本基坑深度 17.0m；      H2降水后要求水位距離基坑底的距離（m），本次降水要求不小于 0.5m，取 1m；   

7、60;  H3 ；i 為水力坡度，在降水井分布范圍內(nèi)為 1/101/15，r0 為降水井排間距的 1/2（m），取 0.75m；      H4降水期間地下水位的變化幅度，取 0m；      H5過濾器工作部分長度（m），取 3m；      H6沉淀管長度，設計 0m。      故H=17+1+0.75+3=21.75m     

8、實際施工設計井深 23m>21.75m，滿足使用要求2.3 真空疏干井設計驗算      由于基坑內(nèi)地下水主要為第四系松散類孔隙潛水和孔隙承壓水，深部為基巖裂隙水，地下水情況復雜，所以分條狀基坑潛水完整井和條狀基坑承壓水完整井兩種方式驗算      假設本基坑降水井類型屬于條狀基坑潛水完整井，可按下式計算：      基坑出水量計算公式為：      Q=LK （H 2 - h 2） /R=

9、 1 8 1 . 2 × 1 . 3 6 × （ 2 3 2 - 9 2 ）/10=11040.1536（m3/d）      式中Q基坑出水量（m3/d）      H潛水含水層厚度（m）取23m      h抽水前與抽水時含水層厚度的平均值（m）取 9m      L條狀基坑長度 （m）取181.2m      K垂直滲透系

10、數(shù)（m/d）取1.36m      R影響半徑（m）取 10m      單個降水井出水量計算 :      q= ld× 2 4 / =ld×24/100=9×340×24/100=734.4m3/d      q管井出水能力（m3/d）      d 過 濾 器 外 徑（mm） 取340mm &

11、#160;    與含水層滲透系數(shù)有關經(jīng)驗系數(shù)取 100      l過濾器淹沒段長度（m）取 9m      需要降水井數(shù)量：      n=1.1Q/q=16.54（取17孔）實際降水井數(shù)量 23 孔，保證了基坑在雨季或個別水泵維修過程的降水效果。      假設本基坑降水井類型屬于條狀基坑承壓水完整井，可按下式計算：    

12、;  基坑出水量計算公式為      Q=2LKMS/R=2×181.2×1.36×13.9×16.5/10=12331.46（m3/d）      式中Q基坑出水量（m3/d）      S基坑設計水位降深值（m）取      M承壓含水層厚度（m）取13.9m      L條狀基坑長度 （m）取

13、181.2m      K垂直滲透系數(shù)（m/d）取1.36m/d      R影響半徑（m）      需 要 降 水 井 數(shù) 量：n=1.1Q/q=18.47 孔（取 19 孔）實際降水井數(shù)量 23 孔，滿足規(guī)范要求。2.4 輕型井點管深計算      待排水20d后進行基坑開挖作業(yè)，對于砂質(zhì)粉土層效果明顯，當開挖至淤泥質(zhì)粘土滯水層時，真空疏干降水法不能滿足施工要求。進而采用井點降水，井點的平面

14、布置為環(huán)狀井點，井點管至坑壁不小于 1.0m，防局部發(fā)生漏氣。高程布置，根據(jù)井點的埋設深度H（不包括濾管）,可根據(jù)下式確定:      HH1 hIL（m）      式中：H1井管埋設面至基坑底的距離；      h基坑中心處底面至降低后地下水位的距離，一般為 1.5 1.0m；      I地下水降落坡度，環(huán)狀井點1/10；      L井點管

15、至基坑中心的水平距離。      H 3m+1.5m+1/10×10m      同時還應考慮井點管一般要露出面 0.2m 左右，所以 H 取 6m。無論在任何情況下，濾管必須插至滯水層內(nèi)，為了充分利用抽吸能力，總管的布置盡量接近地下水位線，這樣事先應挖槽，水泵軸心標高宜與總管平行或略低于總管，總管應具有 0.25 0.5% 坡度（坡向泵層），各段總管與濾管最好分別設在同一水平面，不宜高低懸殊。 3 真空管井結構與井點復合降水應用    

16、;  真空管井用于降低深基坑地下潛水，井底位于底板下 6m，井管采用無砂混凝土管和鋼管，無砂混凝土管的內(nèi) 徑 為 280mm， 外 徑 340mm， 為進水濾管，外包兩層 70-100 目的尼龍網(wǎng)，空隙率不小于 15%，底部封死；鋼管直徑為 275mm；濾料從井底向上至濾水管頂端以上 1.00m 范圍內(nèi)濾料為直徑 0.15 2.5mm 的沙礫混合濾料圍填，濾料選用也根據(jù)被保護土層的顆粒組成選定，可根據(jù)下式確定：      D15<（4 5）d85      D15>（4 5

17、）d15      式中      D15- 濾料的粒徑，小于該粒徑的顆粒占總重的 15%；      d15- 被保護土壤顆粒粒徑，小于該粒徑的顆粒占總重的 15%；      d85- 天然土壤顆粒粒徑，小于該粒徑的顆粒占總重的 85%。      潔凈級配良好的中粗砂均可直接作濾料使用。成井時為確保出水通暢，井管四周濾料必須均勻。 

18、     真空管井深度為 23m 于開挖線以下 6m。其結構如真空管井抽水工作示意圖如圖 1 所示。      輕型井點降水設備主要包括井點管 ( 下端為濾管 )、集水總管和抽水設備等。井點管采用 60×6 長 6.0m 無縫鋼管。管下端配 1.5m 濾管，濾管采用與井點管同直徑鋼管，井點管和濾管之間連接鋼制管箍，與集水總管連接用耐壓膠管，濾管鉆梅花孔，直徑mm， 距 15mm， 外 包 尼 龍 網(wǎng)（100目）五層，鋼絲網(wǎng)二層，外纏 20# 鍍鋅鐵絲，間距 10mm。集水總管為內(nèi)100 127m

19、m 的無縫鋼管，每節(jié)長m，其間用橡皮套管連結，并用鋼箍接緊，以防漏水，總管上裝有與井點管聯(lián)結的短接頭，間距 0.8m 1.2m。每套抽水設備有真空泵一臺，每套井點降水設備帶 60 根井點降水管。     輕型井點降水的布置，當基坑寬度小于 6m，且降水深度不超過 6m 時，可采用單排井點；當基坑面積較大時，宜采用環(huán)形井點，挖土設備進出通道處，可不封閉，間距可達 4m。環(huán)形井點結構布置如圖 2 所示 .輕型井點降水施工工藝程序是：放線定位鋪設總管沖孔安裝井點管、填砂礫濾料、上部填黏土密封用彎聯(lián)管將井點管與總管接通開動真空泵排氣、抽水測量觀測井中地下水位變化

20、。 4 真空疏干與井點復合降水效果分析及幾點體會      采用上述的真空疏干與井點復合降水技術，已順利完成基坑開挖；通過監(jiān)測數(shù)據(jù)表明基坑變形及周邊地表沉降較小，地下管線、公路面、周圍建筑均正常。      通過對地鐵基坑真空疏干與井點復合降水施工談幾點體會。      4.1 降水系統(tǒng)安裝要嚴密，防止漏氣。經(jīng)常檢查真空度，檢查管路系統(tǒng)有無漏氣，及時排除隱患。還應檢查井點管，適當控制抽水量或離心泵的真空度。在開挖基坑時，真空疏干降水用最大的抽水量或真空度運行；在墊層完成后，可適當調(diào)減抽水量或調(diào)小真空度，使基坑外的降水曲面盡可能控制在較小的范圍內(nèi)，但要在坑內(nèi)、外設置水位觀測井，及時控制水位。      4.2 井點泵系統(tǒng)和集水總管地面應夯實整平，以防止沉降引起井點系統(tǒng)故障，漏氣等缺陷。 &