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摘要:深基坑施工中常遇到地下水,为防止基坑失稳、坍塌,需要对基坑周边进行降水施工,本文结合工程实例,对井点降水的施工方法、工艺、技术要点及施工注意事项进行了总结与探讨。
关键词:基坑井点降水;井位布设;降水计算;施工流程
1、工程概况及地质情况
1.1工程概况
石景山水厂输水管线工程采取顶管施工,竖井施工中发现部分竖井地质情况与地勘报告不符,经现场补充勘测,发现部分竖井设计埋深位于地下水位以下,需进行降水施工。
1.2地质情况
根据工程勘查报告,竖井周边地下各土层如下:表层为人工堆积(房渣土、碎石填土等),厚度2.30~4.60m;人工堆积层以下为新近沉积之卵石、粉质粘土、粘质粉土、细砂;新近沉积层以下为第四纪冲积之卵石、中砂、细砂、粉质粘土、粘质粉土。
1.3地下水位情况
地表以下20m深度范围内存在的地下水类型为单一的上层滞水,地下水位稳定标高为62.35~63.80m(埋深9.50~11.30m)。
2、基坑降水方案
根据分析地下水类型为上层滞水,主要含水层为粉质粘土,稳定水位埋深9.5~11.3m。
2.1降水方案的选择原则及要求
(1)明确竖井施工对地下水位的要求;
(2)确保邻近建筑及地下管线安全,防止因降水引起邻建基础的不均匀沉降;
2.2降水方案的选择
根据地下水位分布状况、结合竖井平面尺寸、深度和现场条件,经计算和分析,采用封闭式深井井点降水方法。
2.3降水井主要参数的确定
(1)降水井的布置方式。根据降水深度要求,降水井布置在工作井以外约3.5m处,形成封闭降水体系。
(2)降水井成孔直径的确定。由于现场地下水位较高、土体渗透性差,为提高降水速度和效果,拟缩小降水井间距、增加单井的渗透面积。降水井成孔直径600 mm,成井直径400mm。
(3)降水井深度的确定
H≥H1+H2+H3+H4+H5+H6 (1)
式中:H—井深(m);H1—基坑深度取17.666m;H2—基坑最深挖掘面至降水曲线最高点的安全距离(m),取0.50m;H3—为i与ro的乘积,i为水力坡度,本工程取1/10,ro为基坑引用半径;H4—降水期间地下水位变幅,取3.0m;H5—沉砂管长度,取2.0m;H6—过滤器长度,取2.0m。
先计算基坑引用半径(ro)
ro =[A/π] (2)
式中:ro——基坑引用半径(m);
A——基坑面积取112.64㎡;
求得ro=5.99m。
将对应参数代入(1)式可求得降水井深度H≥25.766m,施工时取26.0m。
(4)降水井其它主要参数的确定
4.1确定影响半径(R)
[R=2SH×K] (3)
将对应参数代入(3)式可求得影响半径R=7.21m。
4.2基坑涌水量计算
Q=1.366K×(2H-S)S/lg((R+r0)/ r0) (4)
将对应参数代入(4)式求得Q=105.8m3/d
4.3降水井单井涌水量计算(q)
q =[120πrl3k] (5)
将对应参数代入(5)式求得q=10.3m3/d
4.4降水井数量的确定(N)
N = 1.1·Q/q (6)
将对应参数代入(6)式求得N=11.3,取12口
4.5降水井间距的确定
[l]= L/n-1 (7)
式中:L—布井轴线长度,取68m;n—井数,12个,求得本工程井距理论值为6.2m。
由于现场土体渗透性低,井点间距适当加密,取5.5m。
3、降水井的施工方案及技术要求
3.1降水井施工工艺
测量放线→定井位→钻机就位→钻机成孔→下井管→填滤料→成井及井口保护。
3.2降水井的施工
(1)场地准备。护筒内泥浆高出地面或施工水位至少0.5m,防止钻孔中坍孔。
(2)安装钻机。钻机起落钢丝绳中心对准井位中心,钻机定位后,底座须平整、稳固,确保钻进中不发生倾斜和位移。
(3)埋设护筒。护筒钢板厚10mm、长200cm,护筒顶高出地面不小于30cm,护筒内径大于钻孔直径20cm,护筒顶面位置偏差不大于5cm,倾斜度不大于1%。
(4)泥浆的制备及循環净化。泥浆指标如下:相对密度1.03~1.1、粘度(s):18~22、含砂率(%):<2、PH值:8~10、胶体率(%):>98、失水率(ml/30min):14~20。制浆时选用优质粘土和膨润土,掺入适量CMC羧基纤维素或Na2CO3纯碱等外加剂,保证泥浆性能稳定。
(5)钻孔施工。开钻时先在孔内灌注泥浆,如孔中有水,可直接投入粘土,用冲击锥反复冲击造浆。待钻进深度超过钻头全长加冲程后,再正常冲击。在开孔阶段4~5m,为使钻渣挤入孔壁,减少掏渣次数,正常钻进后应及时掏渣,确保有效冲击孔底。
钻进中注意土层变化,不同土层采用不同的钻进速度,应均匀松放钢丝绳,松软土层每次可松绳5cm~8cm,密实坚硬土层每次可松绳3~5cm,避免松绳过少或过多,可在钢丝绳上做好长度标志。
钻孔中密实坚硬土层每小时钻进尺小于5cm~10cm,松软地层每小时钻进尺小于15cm~30cm时,应进行取渣。或每进尺0.5m~1.0m时取渣一次,每次取4~5筒,或取至泥浆内含渣显著减少,无粗颗粒,相对密度恢复正常为止。取渣后应及时向孔内添加泥浆或清水以维护水头高度。
每钻进1m,掏渣要检查、保存土层渣样并记录,遇地质与设计发生差异,及时请设计、监理单位,研究处理措施。
钻孔作业应连续,因故停钻时,须将钻头提离孔底5m以上,防止坍孔埋钻。取渣后或因其他原因停钻后再次开钻,应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。
钻进过程中,应始终保持孔内水位高出地下水位(或施工水位)至少0.5m,并低于护筒顶面0.3m 以防溢出。
3.3降水井的防砂措施
在滤管四周均匀填滤料,滤管接头外侧用双层过滤网对进入降水井的水进行过滤。
3.4排水设施的布置
井周围设排水干管(Φ108mm和Φ150mm钢管),干管上分布Φ40支管,抽出的水先导入沉淀池,沉淀后用做现场降尘洒水。
4、水位观测及竖井施工前的处理
4.1水位观测
沿竖井四周布设降水观测孔,利用钢尺水位计进行水位量测。
(1)降水前,所有降水井、观测井统一联测静止水位;施工中每天观测竖井外地下水位的变化。
(2)根据水位变化情况与预测计算数据分析,及时发现问题,调整抽排系统,并与竖井沉降监测资料进行对比分析,找出问题,采用防治措施。
4.2竖井施工前的保证措施
降水后请第三方检测单位,用雷达检测的方法,检查地下土质情况,如发现地下空洞情况,采取注水泥浆进行土体加固处理。竖井开挖时,井壁上间距1米埋设DN32钢管,埋深3米,向内注水泥—水玻璃双液浆。
降水作业效果明显,保证了竖井施工安全,达到了施工目标。
参考文献:
[1]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB 50202-2002
[2]《建筑工程施工质量验收统一标准》 GB 50300-2001
关键词:基坑井点降水;井位布设;降水计算;施工流程
1、工程概况及地质情况
1.1工程概况
石景山水厂输水管线工程采取顶管施工,竖井施工中发现部分竖井地质情况与地勘报告不符,经现场补充勘测,发现部分竖井设计埋深位于地下水位以下,需进行降水施工。
1.2地质情况
根据工程勘查报告,竖井周边地下各土层如下:表层为人工堆积(房渣土、碎石填土等),厚度2.30~4.60m;人工堆积层以下为新近沉积之卵石、粉质粘土、粘质粉土、细砂;新近沉积层以下为第四纪冲积之卵石、中砂、细砂、粉质粘土、粘质粉土。
1.3地下水位情况
地表以下20m深度范围内存在的地下水类型为单一的上层滞水,地下水位稳定标高为62.35~63.80m(埋深9.50~11.30m)。
2、基坑降水方案
根据分析地下水类型为上层滞水,主要含水层为粉质粘土,稳定水位埋深9.5~11.3m。
2.1降水方案的选择原则及要求
(1)明确竖井施工对地下水位的要求;
(2)确保邻近建筑及地下管线安全,防止因降水引起邻建基础的不均匀沉降;
2.2降水方案的选择
根据地下水位分布状况、结合竖井平面尺寸、深度和现场条件,经计算和分析,采用封闭式深井井点降水方法。
2.3降水井主要参数的确定
(1)降水井的布置方式。根据降水深度要求,降水井布置在工作井以外约3.5m处,形成封闭降水体系。
(2)降水井成孔直径的确定。由于现场地下水位较高、土体渗透性差,为提高降水速度和效果,拟缩小降水井间距、增加单井的渗透面积。降水井成孔直径600 mm,成井直径400mm。
(3)降水井深度的确定
H≥H1+H2+H3+H4+H5+H6 (1)
式中:H—井深(m);H1—基坑深度取17.666m;H2—基坑最深挖掘面至降水曲线最高点的安全距离(m),取0.50m;H3—为i与ro的乘积,i为水力坡度,本工程取1/10,ro为基坑引用半径;H4—降水期间地下水位变幅,取3.0m;H5—沉砂管长度,取2.0m;H6—过滤器长度,取2.0m。
先计算基坑引用半径(ro)
ro =[A/π] (2)
式中:ro——基坑引用半径(m);
A——基坑面积取112.64㎡;
求得ro=5.99m。
将对应参数代入(1)式可求得降水井深度H≥25.766m,施工时取26.0m。
(4)降水井其它主要参数的确定
4.1确定影响半径(R)
[R=2SH×K] (3)
将对应参数代入(3)式可求得影响半径R=7.21m。
4.2基坑涌水量计算
Q=1.366K×(2H-S)S/lg((R+r0)/ r0) (4)
将对应参数代入(4)式求得Q=105.8m3/d
4.3降水井单井涌水量计算(q)
q =[120πrl3k] (5)
将对应参数代入(5)式求得q=10.3m3/d
4.4降水井数量的确定(N)
N = 1.1·Q/q (6)
将对应参数代入(6)式求得N=11.3,取12口
4.5降水井间距的确定
[l]= L/n-1 (7)
式中:L—布井轴线长度,取68m;n—井数,12个,求得本工程井距理论值为6.2m。
由于现场土体渗透性低,井点间距适当加密,取5.5m。
3、降水井的施工方案及技术要求
3.1降水井施工工艺
测量放线→定井位→钻机就位→钻机成孔→下井管→填滤料→成井及井口保护。
3.2降水井的施工
(1)场地准备。护筒内泥浆高出地面或施工水位至少0.5m,防止钻孔中坍孔。
(2)安装钻机。钻机起落钢丝绳中心对准井位中心,钻机定位后,底座须平整、稳固,确保钻进中不发生倾斜和位移。
(3)埋设护筒。护筒钢板厚10mm、长200cm,护筒顶高出地面不小于30cm,护筒内径大于钻孔直径20cm,护筒顶面位置偏差不大于5cm,倾斜度不大于1%。
(4)泥浆的制备及循環净化。泥浆指标如下:相对密度1.03~1.1、粘度(s):18~22、含砂率(%):<2、PH值:8~10、胶体率(%):>98、失水率(ml/30min):14~20。制浆时选用优质粘土和膨润土,掺入适量CMC羧基纤维素或Na2CO3纯碱等外加剂,保证泥浆性能稳定。
(5)钻孔施工。开钻时先在孔内灌注泥浆,如孔中有水,可直接投入粘土,用冲击锥反复冲击造浆。待钻进深度超过钻头全长加冲程后,再正常冲击。在开孔阶段4~5m,为使钻渣挤入孔壁,减少掏渣次数,正常钻进后应及时掏渣,确保有效冲击孔底。
钻进中注意土层变化,不同土层采用不同的钻进速度,应均匀松放钢丝绳,松软土层每次可松绳5cm~8cm,密实坚硬土层每次可松绳3~5cm,避免松绳过少或过多,可在钢丝绳上做好长度标志。
钻孔中密实坚硬土层每小时钻进尺小于5cm~10cm,松软地层每小时钻进尺小于15cm~30cm时,应进行取渣。或每进尺0.5m~1.0m时取渣一次,每次取4~5筒,或取至泥浆内含渣显著减少,无粗颗粒,相对密度恢复正常为止。取渣后应及时向孔内添加泥浆或清水以维护水头高度。
每钻进1m,掏渣要检查、保存土层渣样并记录,遇地质与设计发生差异,及时请设计、监理单位,研究处理措施。
钻孔作业应连续,因故停钻时,须将钻头提离孔底5m以上,防止坍孔埋钻。取渣后或因其他原因停钻后再次开钻,应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。
钻进过程中,应始终保持孔内水位高出地下水位(或施工水位)至少0.5m,并低于护筒顶面0.3m 以防溢出。
3.3降水井的防砂措施
在滤管四周均匀填滤料,滤管接头外侧用双层过滤网对进入降水井的水进行过滤。
3.4排水设施的布置
井周围设排水干管(Φ108mm和Φ150mm钢管),干管上分布Φ40支管,抽出的水先导入沉淀池,沉淀后用做现场降尘洒水。
4、水位观测及竖井施工前的处理
4.1水位观测
沿竖井四周布设降水观测孔,利用钢尺水位计进行水位量测。
(1)降水前,所有降水井、观测井统一联测静止水位;施工中每天观测竖井外地下水位的变化。
(2)根据水位变化情况与预测计算数据分析,及时发现问题,调整抽排系统,并与竖井沉降监测资料进行对比分析,找出问题,采用防治措施。
4.2竖井施工前的保证措施
降水后请第三方检测单位,用雷达检测的方法,检查地下土质情况,如发现地下空洞情况,采取注水泥浆进行土体加固处理。竖井开挖时,井壁上间距1米埋设DN32钢管,埋深3米,向内注水泥—水玻璃双液浆。
降水作业效果明显,保证了竖井施工安全,达到了施工目标。
参考文献:
[1]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB 50202-2002
[2]《建筑工程施工质量验收统一标准》 GB 50300-2001