李世勝

該文以中鐵十六局建設(shè)黃大鐵路時在中高水位粉砂型地層基坑開挖過程中所出現(xiàn)的特殊情況為例，對橋基開挖中采用真空輕型井點降水技術(shù)及方法進行了探討。詳細闡述了輕型井點降水系統(tǒng)的井點設(shè)計、布置技術(shù)及其應(yīng)用與實現(xiàn)方法，用它所獲得的優(yōu)異的降水能力表明，在地下水位較高、降水深度較淺的粉砂型地層基坑施工時，有效地克服了過程中邊坡土體塌陷的現(xiàn)象，滿足了經(jīng)濟性、安全性和工期進度的要求。

一、工程概況

本工程處于第四系沖積海陸交互沉積層的濱海沖積平原，地表水較發(fā)育，地下水為第四系潛水，地下水位埋深0.3～2.5m，補給主要靠大氣降水，地下水水質(zhì)比較復雜，以礦化度較高的咸水為主。橋基設(shè)計為承臺基礎(chǔ)，并使用鉆孔灌注樁，橋墩設(shè)計為圓端狀的實體墩，樁的直徑有1.0m、1.25m、1.50m三個形式，樁長在40～55m，共有承臺232個，承臺尺寸最大為9.6＊10.4m，基坑開挖深度在2.95～4.72m，墩身高度在5.5～13m。在承臺施工過程中，因為受到地下水的干擾，基坑施工時不能實現(xiàn)直接開挖，所以需要通過對地下水進行降水來實現(xiàn)安全施工基坑的目的。

二、地下水處理方案的確定

該工程承臺基坑原設(shè)計為采用鋼筋混凝土套箱進行截水，但此地下水處理方法施工成本高昂，施工時間較長，加上過程中容易造成環(huán)境污染，使得成本控制變得更加困難，而輕型井點降水使用的設(shè)備少、管理簡單、施工較快、成本較低，考慮到項目提質(zhì)增效，提出了輕型井點降水的方式。環(huán)狀輕型井點降水方式是根據(jù)基坑試掘成果和對周圍地下土層的分析，結(jié)合其他工程施工實際，先將地下水降低至承臺基坑底部0.5m以下，再按1∶0.3的坡度放坡進行地基開挖而制定的。這樣降低了土層孔隙水壓，也防止了地基土壤的液化，地下水降水標高也符合地基開挖時施工的條件，同時減少了基坑土方的開挖量。根據(jù)計算結(jié)果，該工程在開挖基礎(chǔ)上采用一級井點降水。

三、輕型井點方案設(shè)計

1. 確定井點管的平面布置

由于基坑的平面形狀和需要降水深度的差異，井點管的平面布置也各有不同。以該工程中淄東鐵路立交特大橋30#墩基坑為例，其承臺尺寸為6.3＊10.1＊3.5m，基坑挖深約為4.3m，地下水位埋深約0.5m。降水采用環(huán)狀井點，管路布置在基坑坡腳外l.8m，施工后的基坑頂面尺寸為9.9＊13.7，井點管距坑邊0.5m，坑底外側(cè)預(yù)留0.5m的支?？臻g，按照10.9m×14.7m的平面尺寸將井點管布置一周。一級輕型井點系統(tǒng)可將總管和井點管的安裝控制在同一個水準面上，可按非完整輕型井點管進行無壓力狀態(tài)下的設(shè)計與計算。

2. 確定井點管的埋設(shè)深度

確定井點管的埋設(shè)深度H時的計算公式如下：

3. 基坑地下涌水量計算

根底地質(zhì)勘探情況本工程所處地區(qū)地下水為無壓潛水，以30#墩基坑為例，承臺底面距離地表4.3m，地下水位埋深0.5m，含水層比較厚，以無壓非完整性井點計算實際涌水量：

其中Q為基坑總涌水量，k為滲透系數(shù)，查水文資料表可知粉砂型地層取最大值。H0為抽水作用深度，S為水位降低高度，R為井點抽水的影響半徑，x0為環(huán)狀井點的假定半徑，r 為井點管的半徑，l 為過濾管的長度，h0為降水后水位至不透水層的高度。

抽水影響深度H0的計算：水位降低值計算根據(jù)計算的結(jié)果查第2版《實用建筑施工手冊》第879頁的表格，可知系數(shù)是1.85

在假定基坑半徑時，由于該坑長寬比為13.7/9.9=1.38＜5，所以可將其假定為一個x0半徑的圓井來進行估算

由于h0要遠大于r和l，故在計算中r和l能忽視，將各個數(shù)據(jù)代入涌水量計算公式得：

4. 確定井點管數(shù)量及間距

基坑的地下水總涌水量計算完成之后，再計算單根井點管的出水量來確定井點管的個數(shù)，然后根據(jù)井點管在基坑邊緣的布置周長來計算井點管的埋設(shè)間距。

四、輕型井點降水的實施

1. 降水機具的選擇

井點降水系統(tǒng)一般由井點管（下端為濾管）、連接管道、總集水管道、真空泵機組等裝置組成。

井點管選用直徑Φ48×3.5mm的鋼管，按照計算結(jié)果，鋼管長7m，其中井點管5.7m，濾管1.3m，濾管上用電鉆開Φ15～18mm呈梅花形排列的滲水孔，其孔間距要求為30～40mm，孔隙比應(yīng)超過20%。濾管外第1層采用30目尼龍細濾網(wǎng)，最外側(cè)第2層采用10目尼龍粗濾網(wǎng)，管壁用鐵絲與濾網(wǎng)螺旋狀纏繞。為了避免泥沙進入管路，將濾管下部用圓木塞封堵。

連接管道使用Φ50 mm的透明塑膠軟管，每井點配管一根，以便觀察出水情況。埋設(shè)井點管的孔洞可用高壓沖水管沖擊砂層的方法成孔，高壓沖水管的管徑60mm，長度宜大于井點管1～1.5m。

集水總管道可使用Φ100mm的鋼管，每節(jié)段2m，各節(jié)段間用三通異徑接頭連接，接頭處設(shè)置膠墊，防止漏氣。

采用一臺總功率為7.5kw的PJ-80型的真空泵機組（由真空泵、離心式水泵、水氣分離裝置等組成）進行抽水。根據(jù)調(diào)查，每臺泵的降水效率在該粉砂型地層中為15m3/h，根據(jù)計算總涌水量222.3m3/d=9.3m3/h，可滿足降水需要，另準備同樣一臺備用。

2. 井點降水施工工藝流程

按照布置圖對承臺基坑開挖頂面放線，然后井點降水系統(tǒng)施工，每套井點降水設(shè)施均由真空泵機組一臺，集水總管一根，井點管及其連接管組成。其工藝流程為：井點管位置定位→沖擊土層成孔→埋井點管→灌中粗砂礫→將上部用黏土密封→集水總管安裝→井點管與總管相連→真空泵機組裝配→抽水試運轉(zhuǎn)→系統(tǒng)啟動工作→施工完畢停止工作→裝置拆卸。井點系統(tǒng)平面布置如下：

圖1 井點系統(tǒng)平面布置

3. 井點降水施工工藝實施

先按照平面布置圖定位井點孔孔位，然后用Φ100mm的洛陽鏟人工挖深約40cm，孔徑200mm的圓孔，以便在沖擊孔時回收余水和安裝時灌砂使用。用直徑60mm的高壓鍍鋅鋼管制成的水槍來完成沖孔，內(nèi)部水壓控制在0.25～0.5MPa，并通過左右上下擺動法沖擊砂土，使成孔直徑控制在100～150mm范圍內(nèi)。高壓水槍下降到規(guī)定的深度后（井點管底以下約1～1.5m），將沖水管上提1m～2m，反復沖一遍，沖孔完成后取出沖孔水槍，并迅速將準備好的井點管插入沖擊成的孔中，接著將中粗砂礫灌至地面以下1m位置，在地面以下1米范圍內(nèi)用黏土封住孔洞，所有井點孔的沖孔均按此方式依次完成，沖孔方向應(yīng)垂直，口徑上下一致，井點管宜放置在井孔中央，濾管不得嵌入泥沙中。

井點管的埋設(shè)完成后進行集水總管安裝，總管的鋪設(shè)應(yīng)在井點管外側(cè)50 cm的位置，總管與總管之間采用異徑三通管連接，需保證安裝氣密性。采用透明塑膠管連接集水總管和井點水管，接頭位置用密封膠封死，防止漏氣。

管道設(shè)備接通完畢后，首先啟動真空泵試運行，將管道內(nèi)的空氣抽空使其成為真空體系，這時地下水和土壤中的氣體在真空吸力的影響下被抽進集水罐內(nèi)，將氣流經(jīng)真空泵排出，使集水罐內(nèi)有足夠多的水，當觀測到管道系統(tǒng)的真空值超過了550mm水銀柱后，再啟動離心式泵進行抽水，出水管上連接的橡膠管把抽出的水引至既有排水道排出。在使用輕型井點降水設(shè)備時，需要不間斷地連續(xù)抽水，必須準備一臺發(fā)電機來應(yīng)對突然停電對井點管運行的影響。如停電現(xiàn)象發(fā)生，則將發(fā)電機啟動來給設(shè)備供電，否則降水工作停止會造成地基涌水或邊坡的坍塌。井點降水裝置埋設(shè)見圖2。

圖2 井點降水裝置埋設(shè)圖

降水過程中，在承臺中央位置用Φ100mm的洛陽鏟挖探坑以判斷降水是否達到了工程設(shè)計的高度。如降水達到預(yù)定深度即可進行承臺開挖，開挖后按承臺施工方案的要求進行承臺的施工。承臺模板拆除時降水不能停歇，降水井點繼續(xù)工作直到承臺基坑回填結(jié)束。

五、降水的質(zhì)量控制

輕型井點降水特點是初始水量大且渾濁，然后水量變小、變清，針對井點降水從提出到設(shè)計實施成功的過程中，有幾個質(zhì)量控制要點，據(jù)此制定了實施對策。

當突然發(fā)生堵塞管，敲打、振動等都無法使之恢復正常工作時，切斷井點管與總管的聯(lián)系，用人工或水泵加以疏導，如仍無法恢復正常，則為了不影響井點系統(tǒng)的真空度，需將該處井點封閉，并在相鄰位置加設(shè)新井點，以保證無堵塞管的現(xiàn)象發(fā)生。

井點管與總管中間接頭管的密封性較差，有水氣泄漏情況的，可用封口膠重新封閉中間接頭，并使主管和井點管中間的軟管成松弛狀，以避免因水泵振動而再次把封口膠給震開。

如果出現(xiàn)連接管道斷裂，應(yīng)及時對其修復，視具體情況無法修復的，也可先將降水工作停止，更換毀壞了的連接管道，將時間保持在0.5h以內(nèi)，以免地下水位再次升高造成邊坡坍塌等問題。

在井點降水裝置作業(yè)的全過程中，對井點的降水作業(yè)是否順利，都派專人進行了觀測，對降水裝置進行了防護。管路運行有無滲漏或井點有無堵管等現(xiàn)象，是檢查管理工作的重點，做到發(fā)現(xiàn)一起，及時維修處置一起，為開挖橋梁基坑創(chuàng)造更好的環(huán)境條件。井點設(shè)備工作時，做好基坑邊坡的防護，觀察基坑四周土體的穩(wěn)定性，基坑四周不準堆放材料和機械設(shè)備等，坡頂設(shè)置截流槽，避免雨水進入基坑。

最后，通過實地水位監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析后得出：經(jīng)過井點系統(tǒng)不間斷的工作35h后已經(jīng)達到了原設(shè)計地下水位降至基坑底以下0.5m的目的，過程中地下水位最大可降至基坑底以下0.9m，正常可維持在基坑底以下0.65m，完全滿足基坑施工要求。

六、結(jié)語分析

通過對本工程232個承臺基坑的降水實施，輕型井點降水在粉砂型地層中的降水效果尤其突出，實施的基坑邊坡更加穩(wěn)固，有效地處理了承臺基坑降排水和施工過程中基坑涌流、邊坡坍塌等問題，實現(xiàn)了預(yù)定目的，使我們認識問題、剖析問題、解決問題的水平又有了較大的提升。根據(jù)計算，每個承臺混凝土套箱施工成本為2.15萬元，而井點降水成本平均為0.8萬元，和設(shè)計套箱法相比較，井點降水方法可使每個承臺能夠有效節(jié)約成本1.35萬元，本工程232個承臺共可節(jié)約成本313.2萬元，而且每個承臺都可節(jié)約工作2天，從而產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效果和社會效益，并能夠指導在同類基礎(chǔ)地層中其他工程的建設(shè)，有很高的應(yīng)用價值。