深井降水在宝钢某基坑工程中的应用

2014-09-18钱静

地下水 2014年4期

钱静

(1.中国煤炭地质总局江苏煤炭地质局，江苏南京 210046;2.江苏长江机械化基础工程公司，江苏常州213018)

上海宝钢集团投资建设的宽厚板轧机工程加热炉区漩流池，其基坑的平面形状为直径约25 m的圆形，开挖深度32 m，采用地下连续墙做围护结构，由于建筑场地内深度53 m以下分布一由⑦层砂质粉土和⑨层粉细砂组成的承压含水层，其水头高度为43.50 m，基坑开挖后，承压含水层对基坑底板的水头压力大于基坑底板以下土体的自重，因此总体设计要求采用降水法降低场地承压含水层的水位，使其绝对标高保持在－16 m以下，以避免基坑发生突涌破坏，确保安全开挖。

1 地质与水文地质条件［1］

1.1 地质条件

建筑场地属长江三角洲河口淤积平原，地面标高4.00 m左右，地形平坦，建设场地上部为人工填土，其下为第四系全新统滨海～河口相，滨海～浅海相以及更新统滨海～河口相等沉积物组成(见表1)。

表1 场地地质情况一览表

1.2 水文地质条件

场地内的地下水根据其赋存条件可划分为浅水和承压水。

潜水:赋存于人工填土(地层编号①)和粉质粘土层中(地层编号②、③)，水位深度一般在 1.0～1.5 m，由于基坑开挖前已修建了地下连续墙对基坑开挖影响小。

承压水:赋存于砂质粉土(地层编号⑦)、粉细砂(地层编号⑨1)、中细砂层(地层编号⑨2)，砂层总厚40 m以上，水位埋深8～9 m，根据文献［1］资料含水层水文地质参数:导水系数 T=123 m2/d，渗透 =3.07 m/d，越流因素 B=70.0 m，越流系素 K’/m’=1.4×10－2。

2 初步降水设计方案

2.1 设计依据

(1)水文地质参数:文献［1］中的成果并结合地区经验。

(2)降水井流量:Q=50～140 m3/h。

(3)水位降深:根据场地内承压含水层的水位深度和基坑开挖要求控制的承压含水层地下水位绝对标高，确定水位降深s≥12 m。

2.2 水位预报

降水时含水层各点水位降深按式(1)进行预报［2］。

2.3 初步降水方案

2.3.1 降水井结构

降水井井深77 m，井孔直径500 mm，井管直径219 mm，过滤管总长20 m，位于井深55～75 m处，过滤管以下2 m为沉淀管，过滤管以上为井壁管;观测井井深64 m，井孔直径350 mm，井管直径108 mm，过滤管总长4 m，安装于井深55～57 m和61～63 m两处，63～64 m处为1 m长的沉淀管，其余部位为井壁管。降水井、观测井井管外深度0～50 m用粘土材料回填，50 m以下采用1～2 mm人工砂回填。

2.3.2 降水井布置

根据式(1)在基坑外布置6口井，抽水时单井流量按50 m3/h计算，两小时内可以将基坑中的地下水位降低到20 m以下，考虑到降水过程中水泵可能发生故障，设计施工降水井10口，同时为了解基坑及周围承压含水层的水位变化情况在基坑中心和基坑外布置观测井两口(见图1)。

图1 降水(观测)井点布置示意图

2.4 施工顺序设计

为保证降水达到预期效果，对降水施工作如下要求:

1)根据初步的降水设计方案，先期施工2口观测井和2口试验降水井，然后进行抽水试验，验证初步降水方案的预期效果。

2)根据抽水试验成果，调整降水设计方案，确定降水时选用的泵型。

3)按调整后的降水设计方案施工降水井。

4)降水井施工完成后，进行降水试运行，观测基坑内、外承压含水层的水位下降情况，验证降水效果。

5)根据基坑的挖土计划，制定降水运行方案，并按挖土的实际进度控制降水作业。

3 施工工艺

3.1 成井施工

成井施工工序为:成孔→一次换浆→安放井管→二次换浆→回填滤砂(动水)→回填止水粘土材料洗井抽水。成孔钻进过程中，尤其是进入承压含水层后，泥浆的粘度控制在20 s以下，以防止泥浆进入砂层，形成泥皮，造成含水层堵塞，降低水井的出水量，从而影响降水效果。为保证孔壁的稳定性，施工过程中始终使孔内的水位保持在初见水位2 m以上。安放井管时，井管底部安装了扶正器，保证了井管位于井孔中央，过滤管外包扎尼龙纱网2层，防止抽水时降水井涌砂，并按设计要求回填了滤砂，降水井滤砂层厚度一般不小于150 mm，投置滤砂前用清水置换孔内的泥浆，以防泥砂混和，影响过滤层的透水性。成井结束后，先进行活塞洗井，然后用空压机洗井至水清砂尽。

3.2 降水试验与降水方案调整

先期按降水初步设计施工了观测井和2个降水井(见图1中试1、试2井)。分别用单井定流量非稳定流试验方法进行了抽水试验，根据试验资料(见表2)，调整了初步降水设计方案，将井身结构调整为孔径700 mm，井管直径325 mm，降水泵型选用扬程80 m，流量为140 m3/h的潜水深井泵。

表2 抽水试验成果资料

3.3 降水效果验证

按调整后的降水方案，所有的降水井施工结束后采用抽水试验对降水效果进行了验证，抽水采用单井和多井抽水，均用用定流量非稳定流方法，每次抽水均观测了基坑中心和基坑外观测孔中水位变化情况，为确定降水效果和制定降水运行方案提供了依据，结果表明:采用单井降水可以将基坑中心的承压含水层水位降低1.64～3.62 m，采用多井降水可以使基坑中心的地下水位降低到 15.23 ～29.9 8 m(见表 3、表 4)。