近水源深基坑开挖轻型井点降水的简易施工应用

◎路森

近水源深基坑开挖轻型井点降水的简易施工应用

◎路森

随着中国“走出去”和“一带一路”的战略政策，中国对外承包工程近几年获得了快速发展，除公路铁路之外，能源、地产开发等的工程类型越来越多，项目收益也较公路铁路轻轨工程多，此种类型的项目如电站、工业区、地产开发等多有近水源深基坑开挖的工程，此类区域土质多属于粉砂、轻亚粘土以及中粗砂，目前适合并相对成熟的施工方法多为轻型井点降水施工法，但施工时仅仅适用于粉砂、轻亚粘土中这类渗透系数较小的土质，理论公式也相对成熟，但对于中砂层这种渗透系数比较大的土质，理论公式在实际施工中存在一定偏差，并且在实际操作中设备材料要求较高，故根据实际近水源深基坑施工中降水处理成功的案例，抛砖引玉，供大家参考。

此例为白俄别列佐夫电站近河流的循环水泵房施工区域，地质条件为湖泊型冲积平原，施工季节从雨量丰富的夏季持续到少雨的秋季，区域为低洼沼泽地，表层约有3m厚的腐草淤泥，淤泥层以下至水位标高主要为粉砂、中砂、细砂等，水位下大部分为中粗砂层，循环水泵房地面标高145.00m，开挖基础标高在134.20m，地下水位标高为143.50m。并且在循环水泵房区域北侧距开挖边35m设排水渠，水面高程为143.50m，西侧距离开挖边20m为110kv升压站，要求在不扰动周围建筑物和快速降水的情况下进行深基坑开挖施工作业，技术和施工难度都不小。

轻型井点降水施工：

①施工计算:其中，基坑深度约为10m，则按照土方开挖基本规范，对于砂土边坡值1:1.25～1:1.5，开挖深度，对软土不超过4m，对硬土不超过8m，由于对基坑预先进行了降水工作，可适度放宽开挖要求，故考虑深基坑降水范围为70m×60m，分两级轻型井点系统设计开挖。

②施工顺序：测量放线→挖井点沟槽→清表→外围修建排水渠并抽沟槽内明水→冲一级孔下设吸水井点→铺设一级集水管→连接一级集水管与井点管→安装一级抽水设备→试抽→正式一级抽水→第一级基础施工→井点降水并确定基坑稳定性→开挖二级台阶→冲二级孔下设吸水井点→铺设二级集水管→连接二级集水管与井点管并与一级集水管及井点管连接→安装二级抽水设备→试抽→正式二级抽水→第二级基础施工→确定基坑稳定性并进行结构施工→逐级撤离井管

③先测量放线，控制好施工区域，根据确定的边坡值沿外围西面和南面在沼泽地里挖一条约2m宽、3m深的沟渠，去除腐草淤泥层，在沟内布设两台3.5kw污水泵抽明水（沟内明水约1.5m深），为布设一级井点管清理场地。同时沿沟外围修筑一圈排水渠。期间耗时10天，两台水泵抽水量约800m3/d。

④进行一级降水冲孔施工，沿循环水泵房开挖线外围设置约260个井点。根据地质条件和实际施工难度，将井点管设置为8m，每12个井点管一组，通过三通和集水管相连，与一台7.5kw卧式真空水泵组成一个系统。用来冲孔时用水可从排水渠取水，并且冲孔的水也可以回流，节省人力，也解决取水的问题，此布设耗时10天，实际实施可以通过人工安排等调节。

⑤8月8日开始每天共21台7.5kw卧式真空水泵降水，至8月27日一级开挖结束,每天总抽水量约4500m3。8月28日开始第二层砂土开挖，测得第一级降水后水位线标高约为138.50m,一级降水实际降水深度约5m。

⑥一般抽水工作3～5天后，水位降落基本趋于平衡稳定。

⑦当基础开挖到一级降水的水位线时，开始环状布置二级轻型降水点，同时预留马道，在马道内侧插井点管进行降水，根据地质和一级降水情况，二级降水井点管长度也设置为8m，共约180个井点，每12个井点管一组，通过三通和集水管相连，与一台7.5kw卧式真空水泵组成一个系统，共15台卧式水泵降水，每天总抽水量约3240m3。在增加二级降水同时根据开挖情况和地质条件，适当减少一级降水系统数量， 8月29日至10月2日平均保持一二级降水共30台7.5kw卧式真空水泵，降水每天总抽水量约6500m3。

⑧10月2日浇筑完基础底板回填后，随施工进度适当减少真空泵数量。至10月30日，一二级降水平均每日维持在23台水泵抽水，每天总抽水量约5000m3。

预制简易设备或设施

①井点管直接采用32mm直径的PVC管来制作，由于粘土量不是很大，在PVC管下端0.5～0.8m段钻眼，梅花形布置，孔径1cm左右即可，间隔3cm左右，然后用纱布包裹2层，并用扎丝固定，用此方法代替井点管+滤管的工艺，可以节省不少人力以及物力。

②横向集水总管采用50mm塑料管，用塑料连接管连接，并用薄塑料布和胶布围裹好。并应及时检查，做到无一遗漏，即可在理论数据基础上节省空压表的安装和使用。

③排水工作可以在基坑四周挖天沟，然后用雨布或者塑料布铺设排水沟底，在雨布搭接的地方可以将土体稍微凸出，形成水压而不会导致水从搭接处流出。

④在道路段，可以采用预埋粗钢管的方式进行排水的工作。

⑤在抽水泵到预埋钢管的地方，应建集水槽，防止水侵周围土体或者流散其他地方。

⑥用高压水泵一端接水池，一端用消防管或类似软管相连，与较粗的钢管绑扎固定，并且在钢管末端用钢筋绑扎固定，由两名操作工人手持钢管在集水管位置上下抽动，直至成孔，此方法在深度小于6m的中粗砂层中，可以满足冲孔要求。

⑦边冲孔边把井点管插入，且最后要用土把井点管周围填实压实。每根井点管埋设完成后应检查其渗水性能，检查方法为，在正常情况下，井点口应有地下水向外冒出；否则从井点管口向管内灌清水，看管内水下渗情况，如果下渗越快，说明该管质量优良。

⑧井点管安装连接管，并且用集水管连接，接口处用薄膜包裹，集水管末端同样要用薄膜封裹。

⑨安接离心泵，接上提前做好的水箱。离心泵的使用：要先向泵体与吸水管内灌满水，排除空气，然后开泵抽水。为了防止所灌的水漏掉。在底阀内装有单向阀门。离心泵在使用中要防止漏气与脏物堵塞等，要特别注意吸水管接头不漏气及吸水至少应在水面以下0.5m，以免吸入空气，影响水泵正常进行。

⑩引入排水渠，并随时检查接口处状况以及管子的完整性，可通过用手触摸、看包裹薄膜是否有水汽或者听声的办法检查井点降水在使用时，要求不间断的连续抽水，真空泵旁侧必须配有备用发电机，一旦停电，立即要进行恢复，否则可能造成基坑大面积坍塌，井点降水的正常规律是“先大后小，先混后清”原则应立即检查纠正，在降水过程中，要派专人观测水的流量，对井点系统的维护观察。

计算书

循环水泵房区域地表标高为145.00m，水位线为143.50m，基础底标高为134.20m，中砂层标高为-4.6m；基坑区域为面积为半径35m的圆，井点管布置离边坡0.8m，井点管32mm，滤管段长度按0.8m计算，横向管50mm。井点计算受水文地质和井点设备等许多因素影响，算出的数值只是近似值：

①区域布置成环状井点，要求降水深度达到5.6-3.7+0.5=2.4m，用一级轻型井点系统满足；

②降水管最小长度：l=（5.6-2.2）m+（0.5～1.0）m+0.1＊12m+0.3m=5.6m（0.5～1m可根据地勘和水量决定，定为1m）；若管长超过6m，则需要减低地表标高至6m以下；

③有效含水层厚度H=7m；含水中砂层厚度h=1m；降水深度s=2.4m；x0=12.8m；

根据实验室测定结果，渗透系数的平均值为：粉砂0.75m/昼夜，细砂2.87m/昼夜，中砂和砂砾13.9m/昼夜。

现场K渗透系数值确定：

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现场抽水试验与实验室测定两种。对重大的工程，宜采用现场抽水试验，以获得较为准确的渗透系数值，其方法是在现场设置抽水孔，并距抽水孔为x1与x2处设两个观测井（三者在同一直线上），根据抽水稳定后，观测井的水深y1和y2及抽水孔相应的抽水量Q，则得出K值。本项目K值已经获得，

含水层细砂占0.9m，中砂层占6.1m，简易计算K=12.5m/d;

抽水影响半径R=1.95×2.4×√7×12.5=43.7m

根据降水施工规范，按无压非完整井计算

总涌水量为Q＝1.366K （2H―s）s/ lgR―lgx0=891m3/d；

④单井井点涌水量：

q＝65πdl3√K=65×π×0.032×0.8×3√12.5=12.1m3/d；

则井点管数量：n=1.2Q/q=1.2×891/12.1=89根；

基坑在预留道路段隔开3m，则加布3根每侧，则共95根。

则井点管间距

D=2×π×R/89=0.90m，取0.9m

井点管布置时，实际数量应为n=2×π×R/0.9+6=95根。

⑤水泵数量

水泵选用离心泵，功率为7.5kw，约45m3/d，则按功率计算，应配置水泵理论考虑，水头损失按1m计算，而水泵流量应比基坑涌水量大10～20%则：

n=Qg×（l+1）/（45×10000×24）=891×10000×6.6/（45×10000×0.8）≈7台

根据工程实际效果，在完成轻型井点管布置正式抽水后，按此数量配备以及方法处理后地下水在3天内较好的降到了应降水位，且没有发生周围土方基坑塌陷的问题。如有不足之处，敬请指正。

（作者单位：中国中铁股份有限公司）