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        地鐵工程中深基坑降排水施工技術(shù)

        2016-02-08 02:46:15方佳
        設(shè)備管理與維修 2016年12期
        關(guān)鍵詞:出水量管井涌水量

        方佳

        (中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司,云南昆明650500)

        地鐵工程中深基坑降排水施工技術(shù)

        方佳

        (中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司,云南昆明650500)

        在地鐵工程施工過程中,深基坑排水施工是保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ),做好地鐵工程深基坑排水具有重要意義。以實際工程為例,從基坑降排水方案設(shè)計、深基坑排水施工等方面,探討深基坑排水施工技術(shù)。

        地鐵工程;深基坑降排水;井點布置;環(huán)形封閉

        1 工程概況

        某地鐵工程為雙層結(jié)構(gòu),基坑為寬度22.8 m,長度27.6 m的長方形結(jié)構(gòu),基坑采用明挖法進(jìn)行施工,由于基坑深度達(dá)18 m,為保證施工安全,需要采取相關(guān)措施將地下水降至20 m以下。主要地質(zhì)情況如下。

        (1)開挖深度范圍內(nèi)核基坑以下土層滲透性比較強(qiáng)、含水量高,含水后地層自穩(wěn)性差,強(qiáng)度低,開挖過程中容易出現(xiàn)側(cè)向變形,影響開挖面的穩(wěn)定性。

        (2)粉、細(xì)砂和粉土的含水量比較高,土層呈中等壓縮性,強(qiáng)度比較低,中、高靈敏度。開挖過程中,受地下水水頭影響容易出現(xiàn)涌砂、涌土、開挖面穩(wěn)定性差等情況,會影響施工質(zhì)量。

        (3)車站施工過程中需要進(jìn)行大面積降水,容易使道路和四周的地面出現(xiàn)沉降。由于道路兩側(cè)主要為高層建筑,存在比較大的施工風(fēng)險。

        (4)場地20 m深度范圍中所分布的②-4d4-3松散、稍密中砂和②-3c3稍密粉土進(jìn)行貫入試驗后,判定為液化土層。

        2 設(shè)計降水方案

        2.1 擬定降水方法

        根據(jù)本工程的施工條件,對地質(zhì)資料進(jìn)行充分研究和分析后,綜合對比了管井、輕型、噴射、電滲幾種常用的降水方式的綜合效益,分析上述幾種降水方式對基坑后續(xù)施工所產(chǎn)生的影響后,最終選擇管井法進(jìn)行降水。

        2.2 井點布置方法

        由于本工程基坑為近似于正方形的長方形結(jié)構(gòu),因此使用環(huán)形封閉的方式布置管井,考慮到本工程降水層主要為基坑底部承壓含水,而且降水深度比較大,因此最好選擇坑外降水進(jìn)行施工。選擇這種施工方式,對后續(xù)各工序產(chǎn)生的影響比較小,結(jié)構(gòu)施工完成后不需要進(jìn)行封井,管井實際布置時,為了保證在不影響周圍道路車輛通行的前提下順利施工,保證后續(xù)施工順利開展,選擇基坑內(nèi)、外相結(jié)合的布井方式[1]??觾?nèi)降水井同時作為減壓井和疏干井使用,可以將二元結(jié)構(gòu)體疏干至硬塑或可塑狀態(tài),以便施工順利開展??油獠贾脺p壓井主要為了便于結(jié)構(gòu)進(jìn)行封井施工。

        3 降水方案的計算

        3.1 計算基坑水力

        由于基坑開挖為二元結(jié)構(gòu)含水層,降水主要受承壓水和潛水影響,經(jīng)過分析后潛水對基坑影響不大,因此主要對承壓水含水層進(jìn)行降水施工。基坑總涌水量使用公式(1)進(jìn)行計算,抽水影響半徑R由公式(2)計算,引用半徑R0見式(3)。

        式中Q總——基坑總排水量,m3/d

        K——含水層滲透系數(shù),經(jīng)過計算K取加權(quán)平均值,K= 15 m/d

        M——承壓含水層厚度,M=45 m

        R——抽水影響半徑,R=45 m

        Sw——設(shè)計基坑水位降深,取S=21 m

        F——開挖面積,取F=600 m2

        R0——引用半徑,取R0=45 m

        經(jīng)過計算后,Q總=21786 m3/d。

        3.2 單井涌水量計算

        單井涌水量q使用公式(4)計算。

        式中q——單井涌水量

        r——過濾器的半徑,取r=0.2 m

        K——滲透系數(shù),K=15 m/d

        l——過濾器有效長度,l=15 m

        經(jīng)過計算后,q=2786.8 m3/d。

        3.3 確定管井?dāng)?shù)量

        管井?dāng)?shù)量主要是根據(jù)單井涌水量和總涌水量進(jìn)行試算后得到的,根據(jù)單井涌水量和基坑總涌水量以及成井材質(zhì)和工藝差異性形象,設(shè)計單井涌水量一般要比計算值小,此次施工設(shè)計單井涌水量為2100 m3/d。初步確定管井?dāng)?shù)量n見式(5)。

        經(jīng)驗證后,設(shè)置11口管井出水量可以達(dá)到要求。

        3.4 降水井布置以及降水井深度確定

        由于本基坑工程使用封閉是管井降水的防水進(jìn)行管井的布置,因此所有的管井均布置在開挖基坑外部邊緣圍護(hù)樁外部1.5 m左右的位置,在進(jìn)行施工時,要先將建筑物基礎(chǔ)和地下管線的

        式中q——設(shè)計單井出水量,q=2100 m3/d

        D——過濾器外部直徑,D=530 mm

        A——經(jīng)驗系數(shù),a=3.65 d/mm。

        經(jīng)過計算,l=14.46<15 m,達(dá)到了設(shè)計要求。

        單井深度用公式(7)計算。

        式中Hm——管井深度,m

        H——基坑深度,m

        h——井點外露的高度,m

        l——井點管距離,m

        i——降水區(qū)水力坡度,m

        Y——過濾器工作部分的長度,m

        Z——降水期間地下水位變化幅度,m

        T——沉砂管長度,m

        經(jīng)過計算后得出管井深度為38.2 m。

        3.5 基坑四周沉降控制和參數(shù)設(shè)計

        埋設(shè)好井點后進(jìn)行抽水時,井內(nèi)水位會降低,四周含水層中的水會不斷流向濾管中,一段時間后井點四周會出現(xiàn)漏斗狀彎曲水面,導(dǎo)致地面固結(jié)沉降。降水過程中,降水面和原地下水未面之間的土層會出現(xiàn)固結(jié),并導(dǎo)致自重應(yīng)力情況下沉降值增大。所以,因降水造成的地面沉降會以這部分沉降量為主??梢杂茫?)和(9)式對降水造成的沉降值進(jìn)行估算。

        式中S——固結(jié)沉降量

        Δpi——i層土因降水產(chǎn)生的附加應(yīng)力

        ΔH——降水深度

        El-2——體積壓縮模量

        ΔP——附加應(yīng)力增量

        γw——水的容重

        結(jié)合地質(zhì)勘測資料,降水深度ΔH=10 m,El-2=19~24 kPa,

        Δpi=ΔP/ΔH,γw=9.8 kN/m3,則有式(10)和(11)。

        經(jīng)過計算,最終固結(jié)沉降量S=1.2~1.34 cm,此方案已經(jīng)對基坑周圍緊鄰建筑物進(jìn)行了考慮,因此使用小排量深井水泵(功率

        2.2 kW,揚程30 m,流量20 m3/h)不會影響四周建筑物的安全性。

        4 管井施工技術(shù)要點

        井管主要由吸水管、濾水管和沉砂管3部分組成。施工過程中,需要重點做好5個方面的工作。

        (1)施放井位。降水井井位在施放時,需要對場區(qū)內(nèi)地形管位置確定出來,并適當(dāng)對降水井井位進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計降水井間隔距離為10.5 m。

        降水井深度和過濾器工作部分長度之間有著直接的聯(lián)系,一般可以根據(jù)單井出水量和含水層厚度進(jìn)行確定,在將單井出水量設(shè)計好后,使用公式(6)對過濾器長度進(jìn)行檢測,保證其長度可以達(dá)到要求。線的分布情況進(jìn)行核查,為了可以避開障礙物,可以根據(jù)實際情況對降水井間距作局部調(diào)整。

        (2)成孔。管井使用8QZJ-160高效輕型水井鉆機(jī)進(jìn)行成孔施工,鉆孔孔口位置要布置護(hù)筒,孔徑要超出管徑300~400 mm,孔徑上下要一致,并保持垂直,井徑誤差控制在20 mm以內(nèi),垂直誤差控制在1%以內(nèi)。

        (3)下管。下管之前要對孔深進(jìn)行探測,當(dāng)發(fā)現(xiàn)井管深度未達(dá)到要求時,要重新進(jìn)行成孔。成孔后立即將井管安裝好,避免井管長時間暴露引發(fā)塌孔,要逐節(jié)將沉入管節(jié),并將接頭對正[3]。下管過程中要注意輕提、慢放,并使井管保持在中部。當(dāng)孔底淤塞或上部孔壁出現(xiàn)縮徑時,要放慢下管速度,不允許強(qiáng)行沖擊或上下提拉。

        (4)填料。下放好管井后,將填料投放到管內(nèi),填料選擇2~4 mm砂,填料要一次性完成,避免填料沖擊井管或分層不均。填料從井底填到距離井口下部1.5 m左右的位置,使用不含砂石的黏土對上部進(jìn)行封口。

        (5)洗井。使用水泵和活塞結(jié)合的方式對管井進(jìn)行反復(fù)清洗,直至前后兩次洗井用水量差值<10%時停止。水中含砂量要控制在1/20 000以內(nèi),當(dāng)井內(nèi)出現(xiàn)涌水情況時,要報廢處理。洗井工作完成后,要進(jìn)行降水試運行,各項指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求后即可進(jìn)行正常運轉(zhuǎn),出水量亦穩(wěn)定在2100 m3/d以上。

        5 觀測降水效果

        以2#點位觀測點對土體開挖情況和地下水位情況進(jìn)行觀測,見表1。施工過程中,雖然遇到了幾次暴雨天氣,但是水位變化幅度不大,均保持在基底以下,沒有對基坑和施工造成不利影響。在降水初期出水總量為20 000 m3/d,地下水位只能下降到基底上部1.5 m左右,此后水量會增加到23 000 m3/d,地下水位會立即下降到基地面下1 m處,基坑施工過程中涌水量沒有出現(xiàn)過大的變化,直到結(jié)構(gòu)施工完成,基坑出水量始終保持在23 000 m3/d左右,底板成形后,受基坑外減壓井的影響,順利完成了降水井的封堵,結(jié)構(gòu)質(zhì)量達(dá)到了要求。

        表1 土體開挖和地下水位之間的關(guān)系

        6 結(jié)論

        在基坑施工過程中,降排水施工是一個非常重要的環(huán)節(jié),對基礎(chǔ)工程安全和施工進(jìn)度均有比較大的影響。以實際工程例,對基坑降排水施工的設(shè)計和施工進(jìn)行了分析和探討,相關(guān)結(jié)論用于工程施工后,取得良好施工效果。

        [1]楊海慶.地鐵深基坑降排水施工技術(shù)[J].山東交通科技,2007,(2):31-33.

        [2]劉悅強(qiáng).軟土地區(qū)排水管道深基坑支護(hù)設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)[D].華南理工大學(xué),2014,(12).

        [3]郭勇剛,董春靈.南京地鐵深基坑降排水施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2004,(4):36-39.

        〔編輯利文〕

        TU74

        B

        10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.38

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