小口徑鍍鋅鋼管井點(diǎn)降水技術(shù)在泵站工程深基坑開(kāi)挖中的應(yīng)用

小口徑鍍鋅鋼管井點(diǎn)降水技術(shù)在泵站工程深基坑開(kāi)挖中的應(yīng)用

季晨1郭桂祥2楊勇2

(1.鹽城市機(jī)械排灌處，江蘇 鹽城224003；2.蘇州潤(rùn)禹工程咨詢管理有限公司，江蘇 蘇州215128)

【摘要】本文主要分析了小口徑鍍鋅鋼管井點(diǎn)降水施工技術(shù)的特點(diǎn)，結(jié)合在某泵站工程深基坑開(kāi)挖工程中的應(yīng)用實(shí)踐，介紹了具體設(shè)計(jì)方案和施工情況，對(duì)降水效果進(jìn)行了總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】深基坑；降水；小口徑鍍鋅鋼管；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TV551.4+1

Application of small-diameter galvanized steel pipe well point dewatering

technology in pumping station project deep foundation ditch excavation

JI Chen1, GUO Guixiang2, YANG Yong2

(1.YanchengMechanicalIrrigationDepartment,Yancheng224003,China;

2.SuzhouRunyuEngineeringConsultingManagementCo.,Ltd.,Suzhou215128,China)

Abstract:In the paper, characteristics of small-diameter galvanized steel pipe well point dewatering construction are mainly analyzed. Application practice in some pumping station project deep foundation pitch excavation engineering is combined. Concrete design plan and construction conditions are introduced, and dewatering effect is summarized.

Key words: deep foundation pit; dewatering; small-diameter galvanized steel pipe; application

1工程概況

土江泵站工程為老站改建項(xiàng)目，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為5級(jí)；設(shè)計(jì)防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)采用50年一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇，安裝ZLB—1400型軸流泵3臺(tái)，單機(jī)流量約為7.0m3/s，裝機(jī)共1200kW。

該工程基坑土方開(kāi)挖的大致范圍為：基坑兩側(cè)防洪堤段開(kāi)挖坡比1∶2，最大挖深12m(高程-4.00m)，上口開(kāi)挖長(zhǎng)度約120m；基坑兩端上下游段開(kāi)挖坡比1∶3，最大開(kāi)挖深度8m(高程-4.00m)，上口開(kāi)挖寬度100m；整個(gè)開(kāi)挖段降水面積約125m×105m。

開(kāi)挖防洪堤堤頂高程約8.00m，基坑水位埋深約為高程3.50m以下，高程3.50m以上主要為原堤防填筑土質(zhì)，土質(zhì)較好。降水設(shè)施計(jì)劃在上層土方開(kāi)挖結(jié)束后開(kāi)始布置。降水深度控制在9m以上。

2工程施工降水的難點(diǎn)

a.施工降水難點(diǎn)一。站身兩側(cè)施工場(chǎng)地狹窄，老泵站建于原有防洪堤上，距墩墻左側(cè)10m為防洪閘，右側(cè)建有原站房管理設(shè)施，不宜進(jìn)行大面積開(kāi)挖，且要保證開(kāi)挖降水引起周邊設(shè)施的均勻沉降；最大設(shè)計(jì)開(kāi)挖坡比為1∶2，局部1∶1，要解決高含水量粉砂地質(zhì)小坡比邊坡易坍塌與出現(xiàn)流沙問(wèn)題。

b.施工降水難點(diǎn)二。站身位置開(kāi)挖深度大，最大挖深達(dá)到12m，站身原防洪堤填筑范圍以下20m左右土質(zhì)主要為粉砂質(zhì)黏土(透水系數(shù)為1～4m/d)夾部分流砂土質(zhì)，含水量高(粉砂層含水量達(dá)到35%以上)，要求水位降深大，站身前后均為高水位河流，水源回補(bǔ)充分，由于三面臨河，局部有管涌，施工降水難度大。

3基坑降水形式的比選

基坑降水方法主要有明溝加積水井降水、輕型井點(diǎn)降水、噴射井點(diǎn)降水、電滲井點(diǎn)降水、管井井點(diǎn)降水、深井井點(diǎn)降水等。各種降水方法各有其特點(diǎn)和適應(yīng)條件，在分析總結(jié)常規(guī)降水方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，找到一個(gè)既滿足該工程具體施工技術(shù)要求又比較經(jīng)濟(jì)的降水方案，在避免分級(jí)干擾的同時(shí)，既能克服輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)等降水方法因真空度不足等因素影響出水效果以及分級(jí)干擾問(wèn)題，又能解決管井(深井)降水的出泥出砂、降水不均勻的弊端，成了項(xiàng)目部選擇降水方案的一大課題。

4方案提出以及確定

4.1方案提出

經(jīng)綜合論證研究，最終利用輕型井點(diǎn)降水原理，結(jié)合輕型井點(diǎn)降水以及噴射井點(diǎn)降水優(yōu)點(diǎn)的小口徑鍍鋅鋼管井點(diǎn)降水方法，并在井點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和抽水方法上進(jìn)行了創(chuàng)新，與傳統(tǒng)的降水方法相比有了較大突破。

a.小口徑鍍鋅鋼管井點(diǎn)降水方法主要設(shè)備和用材。φ25鍍鋅鋼管，壁厚2.5mm；小功率單相自吸泵；井體濾管包裹材料、濾料等。

b.降水深度。單級(jí)5～12m。

c.適用土質(zhì)以及降水能力。粉質(zhì)黏土、粉砂土；降水能力較強(qiáng)，適用于含水量較大(一般20%～35%)土質(zhì)；滲透系數(shù)一般為0.1～10m/d。

d.單機(jī)配套功率。0.75～1kW。

e.布置方式。單排或多排環(huán)狀線性布置。

4.2方案實(shí)施

小口徑鍍鋅管井井點(diǎn)降水方案的關(guān)鍵工序如下：

第一步井點(diǎn)設(shè)計(jì)。采用理論計(jì)算的方法確定井管的數(shù)量與間距，目標(biāo)是滿足降水的要求。第二步試驗(yàn)井施工及抽水試驗(yàn)。在開(kāi)挖范圍四角和中心各鉆井點(diǎn)1～3眼試驗(yàn)，單井、三井聯(lián)機(jī)連續(xù)抽水12h以上，比較精確地計(jì)量實(shí)際抽水量，目標(biāo)是單井出水量滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到10t/d以上，不出泥出砂。第三步實(shí)施井點(diǎn)施工。參照相關(guān)規(guī)范施工，安裝連接好抽水管道系統(tǒng)，保證孔管的垂直度，保證濾管、濾料質(zhì)量，控制出泥出砂，控制好工程工期。第四步聯(lián)機(jī)抽水。不間斷進(jìn)行抽水，注意檢查每臺(tái)井泵的運(yùn)行情況，及時(shí)更換故障水泵，檢查泵管連接密封程度，目標(biāo)是保證所有管井達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2.1井點(diǎn)設(shè)計(jì)

按照無(wú)壓非完整井設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)，抽水原理與輕型井點(diǎn)基本相同，計(jì)算依據(jù)參照輕型井點(diǎn)。

圖1　無(wú)壓非完整井涌水量計(jì)算 1—基坑；2—原水位線；3—降水后水位線；4—不透水層

a.計(jì)算參數(shù)。降水面積A=125×105=13125m2；滲透系數(shù)K=2m/d；降水深度S=9m(基坑底平面上下各8m、1m)。

b.井管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。計(jì)算公式為

式中H——井管長(zhǎng)度,m;

H1——現(xiàn)狀地面至基坑底面距離,m；

h——基坑中央最深挖掘面至降水曲線最高點(diǎn)的安全距離，m；

I——降水曲線坡度；

L——井點(diǎn)至基坑中心短邊距離,m；

l0——濾水管長(zhǎng)，m。

c.涌水量計(jì)算(由于井底沒(méi)有達(dá)到不透水層，所以按照無(wú)壓非完整井計(jì)算)。公式為

式中Q——基坑總涌水量，m3/d；

K——滲透系數(shù)，K=2m/d；

H0——有效帶深度，m，取H0=1.85(S1+l)=1.85×16=29.6mm；

S——水位降低值，m,取S=9m；

R——抽水影響半徑，m,取R=1.95S(H0K)1/2=1.95×9×(29.6×2)1/2=135m;

x0——基坑假想半徑，m,取x0=(A/π)1/2=64.65m。

代入數(shù)據(jù)，Q=1.366×2×(2×29.6-9)×9/(lg135-lg64.65)=1677m3/d。

d.確定井點(diǎn)管的數(shù)量與間距:

(單根井點(diǎn)管每天的出水量)q=65πdl0K1/3=65×3.14×0.02×2×21/3=10.32m3/d。

(井點(diǎn)管需要根數(shù))n=1.1Q/q=1.1×1677/10.32=180根。

(井點(diǎn)管間距)D=2(L+B)/n=2×(125+105)/180=2.5m。

e.校核水位的實(shí)際降低數(shù)值。滿足設(shè)計(jì)要求。

f.水泵選擇。一般按照涌水量、滲透系數(shù)、井點(diǎn)管數(shù)量與間距、降水深度以及需用水泵功率等數(shù)據(jù)選擇水泵的型號(hào)(包括流量、吸程等)。經(jīng)過(guò)選擇比較，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)抽水能力測(cè)試，最終選擇1ZDB65型單相自吸泵作為降水用泵。

其主要性能為：流量3.5m3/h；吸程9m(實(shí)際使用時(shí)達(dá)到12m以上)；單機(jī)單相功率750W，配套接管外徑25mm。

根據(jù)降水深度要求，以及單相自吸泵抽真空能力，可以采用三井、四井、五井等并聯(lián)后總管接自吸泵，保證自吸泵在各并聯(lián)井管單元管道內(nèi)能夠形成70kPa左右的真空壓力，日最大抽水流量可以達(dá)到40m3/d左右。

4.2.2試驗(yàn)井施工與抽水試驗(yàn)

a.單井施工工藝流程為：井管與濾管制作→測(cè)量放線→挖井點(diǎn)溝槽→沖孔→下沉井管以及濾管，并調(diào)整居中→灌填粗砂濾料→上部回填黏土密封→安裝單井抽水設(shè)備→抽水。

b.主要施工方法。井管以及濾管制作：井點(diǎn)管采用φ25×2.5長(zhǎng)14(10)m無(wú)縫鍍鋅鋼管。管下端配2.0m長(zhǎng)濾管，濾管采用與井點(diǎn)管同直徑的鍍鋅鋼管，井點(diǎn)管和濾管之間通過(guò)鍍鋅管接頭連接，保證連接質(zhì)量，濾管部位鉆梅花孔，直徑5mm，間距15mm，外包尼龍網(wǎng)(100目)2～3層、鋼絲網(wǎng)2層，外纏20號(hào)鍍鋅鐵絲，間距10mm。三井并聯(lián)采用φ30×2.5 PVC管連接，橡皮套管連接單相自吸泵。

成井施工：利用7.5kW高壓水泵，通過(guò)軟管與一根特制的φ48鋼管相連，鋼管端部設(shè)有噴水孔，由兩名操作工人手持鋼管在井管位置上下抽動(dòng)，直至成孔，成孔深度一般比濾管底深0.5m，沖孔時(shí)注意沖水管垂直插入水中，并做左右上下擺動(dòng)，成孔直徑平均要在120cm以上，成孔后立即拔出φ48沖水管，插入井點(diǎn)管，并確保濾管處于井孔中間位置，向孔內(nèi)緩緩灌入中粗砂，防止堵孔，并在填砂時(shí)輕微上提井管，確保濾料回填密實(shí)均勻。濾料回填至距離原狀地面2～3m后用φ20左右的黏土球?qū)⑸喜烤追舛拢⑷斯簩?shí)。

井點(diǎn)管埋設(shè)完成后應(yīng)檢查其滲水性能，檢查方法為：在正常情況下，井點(diǎn)口應(yīng)有地下水向外冒出；否則從井點(diǎn)管口向管內(nèi)灌清水，查看管內(nèi)水位下降情況，水位下降越快，井點(diǎn)質(zhì)量越好。

井點(diǎn)埋設(shè)結(jié)束后要快速接泵抽水，防止靜置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)井點(diǎn)淤塞。

c.單井抽水試驗(yàn)。試抽的主要目的是檢查井點(diǎn)的出水狀況、單相自吸泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、井孔壁的漏氣情況，如果漏氣比較嚴(yán)重影響出水效果，應(yīng)該調(diào)整上部黏土的封堵深度或重新成井。

單井抽水試驗(yàn)應(yīng)該至少不間斷運(yùn)行12h以上，并在整個(gè)抽水試驗(yàn)過(guò)程中分階段計(jì)量單井出水情況，通過(guò)12h的抽水情況分析，初步印證單井抽水能力。

4.2.3全部井點(diǎn)施工以及并機(jī)聯(lián)網(wǎng)抽水

a.全部井點(diǎn)的施工方法與要求同單井施工。三個(gè)單井通過(guò)PVC管并聯(lián)匯總接一臺(tái)750W單相自吸泵，形成一個(gè)降水單元，整個(gè)降水系統(tǒng)安裝750W單相自吸泵60臺(tái)，即60個(gè)降水單元，每個(gè)井點(diǎn)降水單元出水管通過(guò)連接管道匯入直徑200mmPVC集水總管，排出基坑開(kāi)挖范圍之外(見(jiàn)圖2)。

圖2　井點(diǎn)單元構(gòu)成示意圖 1—單相自吸泵；2—連接三通；3—井點(diǎn)連接管；4—井點(diǎn)井管； 5—濾管；6—水位降低線；7—自吸泵出水管；8—不透水層

b.具體質(zhì)量要求。井體結(jié)構(gòu)、井點(diǎn)管間距、埋設(shè)深度應(yīng)符合設(shè)計(jì)，一組井點(diǎn)管和接頭中心應(yīng)保持在一條直線上；井管垂直度控制在1%以內(nèi)，井孔直徑誤差控制在±10mm以內(nèi)，濾料回填均勻密實(shí)，濾料包裹濾管厚度不小于50mm。

井點(diǎn)埋設(shè)應(yīng)無(wú)嚴(yán)重漏氣、淤塞、出水不暢或死井等情況。

各組井點(diǎn)單元的真空度應(yīng)保持在70kPa左右。

各個(gè)單井都要保證出水無(wú)混濁、無(wú)粉砂。

單井、各降水單元出水量符合設(shè)計(jì)要求。

5實(shí)施效果檢查與確認(rèn)

a.整個(gè)開(kāi)挖范圍內(nèi)所有降水單元于2012年10月31日開(kāi)始全面抽水，四個(gè)集水總管平均出水量均超過(guò)20m3/h，單井出水量平均在10～11t/d，連續(xù)抽水96h后開(kāi)始基坑開(kāi)挖，基坑開(kāi)挖土方含水量經(jīng)過(guò)兩個(gè)開(kāi)挖層次的環(huán)刀檢測(cè)，含水量分別為：上層(高程1.00～4.00m)9.5，下層(高程-4.00～1.00m)約11.5，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；土方開(kāi)挖采用挖掘機(jī)與自卸汽車配合，在首先開(kāi)挖原防洪堤的填筑土方后分兩層進(jìn)行基坑的土方開(kāi)挖施工；在開(kāi)挖過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)任何邊坡坍塌和失穩(wěn)現(xiàn)象，而且有效控制了管涌；在二層土方開(kāi)挖時(shí)由于降水效果較好，坑內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆穬H在局部以15mm厚鋼板鋪設(shè)即可滿足自卸車的行走要求；達(dá)到開(kāi)挖高程后坑底表面干爽、整潔，地下水位低于坑底1m以下；整個(gè)基坑土方開(kāi)挖經(jīng)歷了15個(gè)工作日，累計(jì)開(kāi)挖土方約5萬(wàn)m3，整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程連續(xù)順當(dāng)，開(kāi)挖工期比原計(jì)劃提前5天。

b.主體工程施工過(guò)程中的降水維持。整個(gè)降水過(guò)程貫穿基坑土方開(kāi)挖以及泵站水下結(jié)構(gòu)的施工，從2010年10月30日開(kāi)始至2011年2月初，歷時(shí)3個(gè)月，所有井點(diǎn)單元運(yùn)轉(zhuǎn)的真空度始終能夠保持在75kPa以上。施工過(guò)程中除了對(duì)部分單元的單相自吸泵進(jìn)行短時(shí)間更換外，所有井點(diǎn)單元運(yùn)行正常，對(duì)施工無(wú)干擾，基坑周圍邊坡穩(wěn)定，所有底板、墩墻、翼墻施工都在平整干燥的環(huán)境下進(jìn)行，工程質(zhì)量得到保證。

c.周圍沉降觀測(cè)結(jié)果。通過(guò)對(duì)基坑周邊防洪閘、泵站管理用房等永久觀測(cè)點(diǎn)的定期連續(xù)監(jiān)測(cè)，由于井管布置均勻，沒(méi)有引起周邊建筑的不均勻沉降，達(dá)到預(yù)期要求。

6結(jié)語(yǔ)

該降水技術(shù)主要適用于粉質(zhì)(粉砂質(zhì))黏土、黏土夾流砂層等含水量豐富、滲透系數(shù)較大(一般適用滲透系數(shù)在0.1～10m/d)的深基坑工程開(kāi)挖，較之以往的輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、管井(深井)點(diǎn)降水等有較為明顯的優(yōu)點(diǎn)。

此次小口徑鍍鋅鋼管井點(diǎn)降水技術(shù)在泵站工程深基坑開(kāi)挖中的運(yùn)用是一次成功的嘗試，但在管材選用、抽水水泵選擇、成井質(zhì)量等方面有待進(jìn)一步豐富，并在施工實(shí)踐中不斷完善，以利推廣。