大口井降水在市政工程综合管廊施工中的应用
2021-04-04张军磊
张军磊
(中铁十四局集团有限公司市政工程分公司,山东 青岛 266071)
1 项目概况
随着我国城市化建设进程的加快,地下综合管廊工程得到越来越广泛的应用。但是在地下水位较高的砂性土地层中,如何采取有效的阻水措施,确保管廊基坑壁的稳定,是施工控制的关键。
青岛市西海岸新区灵山湾路隐珠河段道路呈东西走向,其红线宽度30m,人行道宽度9m。新建综合管廊位于该段道路下方,与道路红线边缘距离2.5m。管廊标准净断面为2.6m×2.2m,顶底板及侧壁厚度均为0.3m,垫层厚度20cm,每20m为一个施工单元并设置沉降缝,管廊顶覆土厚度2.5m,基坑开挖深度5.5m。根据设计图纸及勘察资料数据显示,该地段地势较低,富水性较大,土体渗透系数为6m/d,含水层厚度为15m,地下平均水位距管廊基底2.35m。此地层适合采用大口井降水法进行基础施工,此方法方便快捷、成本低廉。
2 降水井参数计算
2.1 降水井的布置
井壁管采用直径250mm混凝土管,滤管采用同直径的无砂混凝土管,长度为1.0m,降水井沿管廊基础开挖线两侧线性单排布置,距开挖线的距离为2m。基坑开挖坡度1∶0.5,每侧考虑50cm的工作面,基坑中心处水位降低值为开挖面下50cm。
2.2 降水井井管长度计算
井点管总长度可按下列公式计算:
式中:H为井点管总长度(含滤水管)(m);△h为井点管露出地面的高度(m),一般0.2-0.3m;H1为井点管埋设面至基坑底面的距离 (基坑高度)(m);△s为基坑底面至降低后的地下水位距离(m),一般不应小于0.5m;i为水力梯度,单排井点系统i取1/4~1/5;L为井点管至基坑中心的短边距离(m);l为过滤管工作部分长度(m),取1m。
井点管总长度
图1 降水井布置断面示意
2.3 降水井间距计算
基坑总涌水量按下列公式计算:
式中:Q为基坑总涌水量(m3/d);K为土的渗透系数,取K=12 m/d;H为含水层厚度(m),取15m;S为基坑开挖最大深度(m),取5.5m;R为抽水影响半径 (m),为基坑假想半径(m),r
基坑总涌水量Q=1.366×12× (2×15-5.5)×5.5/lg(1+147.58/2.77) =1273(m3/d)
单井极限降水量q按下列公式计算:
式中:rs为滤管半径(m),取0.125m;l为滤管进水部分长度(m);K为含水层渗透系数(m/d),取K=12m/d。
经计算单井最大出水量q=108m3/d
降水井数量按下列公式计算:
n=1.1(Q/q) =1.1× (1273÷108)=13(口),基坑每侧考虑布置7口,间距d=21/6=3.5m。
3 降水井降水施工工艺
3.1 降水井的布置原则
降水井应沿基坑两侧线性布设,位于基坑开挖边缘线外侧2m处,单侧井间距3.5m,井深为原地面下8.3m。单井涌水量是108m3/d。降水至坑底0.5m。
3.2 降水井施工工艺
图2 降水井施工工艺流程
1)降水井放样、定位:由专业测量人员根据设计图纸完成放样、定位,并进行标识,为后续施工提供便捷。
2)井口开挖、护筒埋设:井口利用人工开挖,开挖孔径大于井管直径300mm,开挖到设计标高后埋设护筒。护筒顶端应高出地面0.3m,严格控制其埋设倾斜度,护筒四周利用粘土回填,并将其分层夯实,避免孔口发生塌方。
3)钻机就位、钻孔:护筒埋设完成之后,将场地进行平整安放钻机,成井采用SPS-600型钻机,利用泥浆护壁。
4)吊放井管、填滤料:井管应采取人工吊装,井管应垂直下放,过滤部分全部布设于含水层中,井管与土壁间填充粒径大于滤网孔径的填料。填料应一次持续性完成,待其全部填充完毕之后,应将其上部进行封口。
5)洗井:采用污水泵对境内浑浊的泥水进行反复清洗置换,清洗次数不得少于6次。洗井应在成井之后4h内完成,避免时间过长,护壁上存留的泥皮老化,对渗水效果造成影响。洗井之后进行单井试抽试验。
6)安装抽水设备以及控制电路:安设之前,检查井管内径、垂直度是否满足要求。安放深井泵时利用麻绳将其吊入滤水层中,并将其安放平稳,再接电机电缆及控制电路。检查确保电器装置合格之后进行正常抽水[1]。
3.3 降水及监测
1)降水试运行,试抽水之前,准确测定各井口和地面标高、静止水位,然后开启水泵抽水,以检查抽水设备、抽水与排水系统能否满足降水要求。
2)降水运行,①降水应与基坑开挖施工相适应,基坑开挖时地下水应降至开挖面以下,保证最终基底面不得有积水;②采用水浮子水位控制开关对水泵进行控制。当水位降至井底,水泵露出水面后,水泵自动关停,待水位上升后,水泵自动开启,从而确保降水的连续性;③降水过程中,要对水泵的运转情况随时进行检查,发现水泵损坏要及时更换;停电时,及时启用备用发电机;④井口周围设置醒目的标识,并做好维护,防止异物掉落井中,造成井管堵塞;⑤水泵运行过程中,需对观测井进行持续性观测,全面掌握场地内地下水位动态变化和降水效果,利用流量计定期检测单井出水量以及含砂率,在出水口建设沉淀池,待其完成沉淀之后再排入市政雨水管道[2]。
图3 水位监测点和水位计
3.4 封井
降水完成之后,应采取有效的措施对降水井井孔进行封堵。封井过程中,应遵循以下原则:
1)为减小降水井管停止降水对施工造成影响,待管廊底板施工完成并达到一定强度之后,根据施工季节地下水位变化情况,科学、合理开启降水井数量,对不使用的降水井进行封堵;2)降水井封堵宜采用先内后外、先深后浅的原则,封井之前应加大周边井的降水力度,确保井管内部水处于静止状态,且满足降水最低限值,再实施最终封堵工作;3)封井主要做法为:首先将水泵拔出,之后填入碎石或砂砾并将捣实,通过预留注浆管将纯水泥浆注入,自孔口溢出泥浆为准[3]。
图3 井管底部与止水钢板封井现场图
4 结语
青岛市西海岸新区灵山湾路4km管廊工程,采用大口井进行基坑开挖降水,取得了良好的效果,施工中未发生基坑渗水现象,大大改善了施工条件。