渦河蒙城樞紐建設(shè)工程節(jié)制閘及船閘底板坐落于粉砂土層[1],工程區(qū)域地下水豐富,船閘和節(jié)制閘深基坑土方開挖達140 萬m3, 有效降低地下水位是基坑土方開挖的必要前提。 工程采用降水深井進行降排水,而由于區(qū)域粉砂地基的特性[2],降水深井一次打設(shè)合格率偏低,影響降水效率。 因此,有必要研究粉砂地基降水深井打設(shè)合格率控制與提高的方法。
由現(xiàn)狀調(diào)查可知,采取措施前降水井打設(shè)合格率為85%,不合格問題的主要癥結(jié)是出水含砂量大[3],經(jīng)對已完成合格降水井的分析,得出通過加強現(xiàn)場管理和控制,可實現(xiàn)將合格率提高至95%以上。 本文研究提出粉砂地基降水深井打設(shè)合格率控制與提高的方法, 通過粉砂地基出水含沙量大的原因分析、要因確認、對策制定與實施來控制與提高降水深井打設(shè)合格率,經(jīng)實踐取得了較好的效果,該控制與提高方法的成功實踐可供其他類似工程借鑒。
原因分析采用魚刺圖法,用于分析質(zhì)量特性(結(jié)果)與影響質(zhì)量特性因素(原因)之間的關(guān)系,這是一種發(fā)現(xiàn)問題“根本原因”的分析方法[4]。針對出水含砂量大的問題,采用頭腦風(fēng)暴法從人員、材料、機械設(shè)備、方法、環(huán)境、測量6 個方面[5],找到12 個末端因素,繪制魚刺圖如圖1 所示。
圖1 出水含砂量大原因分析魚刺圖
根據(jù)魚刺圖找出12 個末端因素,并對這些因素逐一進行分析,以便確認主要影響因素。
2.2.1 未進行質(zhì)量教育
標(biāo)準(zhǔn):降水井施工前對作業(yè)人員進行質(zhì)量教育,教育覆蓋率100%。
查看教育記錄可知,降水深井施工前,工程質(zhì)量部已對降水井作業(yè)人員進行了專題質(zhì)量教育,作業(yè)人員全部到會,教育覆蓋率100%。
確認結(jié)論:非要因。
2.2.2 技術(shù)交底不到位
標(biāo)準(zhǔn):降水井施工前對所有作業(yè)人員進行技術(shù)交底,交底覆蓋率100%。
查看技術(shù)交底記錄,降水深井施工前,項目總工已對降水井作業(yè)人員進行了技術(shù)交底,交底覆蓋率已達100%。
確認結(jié)論:非要因。
2.2.3 濾管孔隙率不合適
標(biāo)準(zhǔn):采用孔隙率15%左右的無砂混凝土管。
現(xiàn)場調(diào)查:對現(xiàn)場濾管進行檢查發(fā)現(xiàn),成井采用的是無砂混凝土管,經(jīng)查合格證孔隙率為15%。
確認結(jié)論:非要因。
2.2.4 濾料粒徑不合適
標(biāo)準(zhǔn):采用粒徑0.5~1 mm 中粗砂作濾料。
現(xiàn)場調(diào)查:現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),個別降水井施工時,由于旁邊暫時缺少中粗砂,作業(yè)人員擅自使用了小粒徑石子作濾料,隨機檢測了10 個點粒徑平均值(見表1)。濾料粒徑偏大,滲水太快,且土層中粉細砂粒容易穿過濾料進入井中,導(dǎo)致降水井出水含砂量大。
表1 濾料粒徑統(tǒng)計表
確認結(jié)論:要因。
2.2.5 濾網(wǎng)孔徑不合適
標(biāo)準(zhǔn):濾管外由內(nèi)至外采用80 目和60 目錦綸濾網(wǎng)各1 層。
現(xiàn)場調(diào)查:現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),個別降水井濾網(wǎng)采用的是單層60 目的濾網(wǎng)。濾網(wǎng)孔徑較大,土層中粉細砂粒容易穿過濾網(wǎng)進入井中,導(dǎo)致降水井出水含砂量大。
確認結(jié)論:要因。
2.2.6 鉆機型號不合適
標(biāo)準(zhǔn): 選用適合本工程地下土層的水井鉆機, 優(yōu)先選用SQZJ-130 型鉆機。
現(xiàn)場調(diào)查:所用鉆機為SQZJ-130 正循環(huán)鉆機(見圖2),選型合適,鉆桿直徑、鉆頭大小適合本降水井。
圖2 鉆機實拍圖
確認結(jié)論:非要因。
2.2.7 潛水泵功率大小不合適
標(biāo)準(zhǔn):選用功率合適的水泵,保證降水井出水穩(wěn)定、連續(xù)。
現(xiàn)狀調(diào)查:現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),已打設(shè)完成的降水井,采用的是功率5.5 kW 和3.5 kW 兩種水泵, 而出水含砂量大的降水井基本都是采用的功率5.5 kW 水泵。 經(jīng)分析認為,此水泵功率偏大,而井內(nèi)單位時間滲水量有限,導(dǎo)致抽水時斷時續(xù),對井底擾動較大,是出水含砂量大可能原因之一。
確認結(jié)論:要因。
2.2.8 鉆孔工藝不合適
標(biāo)準(zhǔn):宜采用正循環(huán)或反循環(huán)連續(xù)鉆進。
現(xiàn)場調(diào)查:鉆孔采用正循環(huán)鉆進成孔(見圖3),鉆孔工藝合適。
圖3 鉆孔施工圖
確認結(jié)論:非要因。
2.2.9 管徑與孔徑不匹配
標(biāo)準(zhǔn):嚴(yán)格按施工方案中管徑與孔徑。
現(xiàn)場調(diào)查:現(xiàn)場隨機檢查了10 口降水井,濾管內(nèi)徑400 mm、壁厚40 mm,成孔直徑均在900 mm 左右,符合施工方案要求。
確認結(jié)論:非要因。
2.2.10 洗井不規(guī)范
標(biāo)準(zhǔn):反復(fù)洗井,直至水清、穩(wěn)定。
現(xiàn)狀調(diào)查:井管下放前反復(fù)用吊筒撈取泥渣,井管下方好且濾料回填后,立即放置潛水泵抽水反復(fù)洗井。 洗井規(guī)范,洗井完畢水清且穩(wěn)定出水,洗井合格。
確認結(jié)論:非要因。
2.2.11 井口周圍雜物落入井內(nèi)
標(biāo)準(zhǔn):井口高出地面50 cm 以上,且井口采取覆蓋措施。
現(xiàn)狀調(diào)查:井口均高出地面且井口已采取覆蓋保護措施。
確認結(jié)論:非要因。
2.2.12 測量誤差
標(biāo)準(zhǔn):打井深度按照施工方案,井底深入⑦層重粉質(zhì)壤土1 m 以上,井深約30 m。
現(xiàn)場調(diào)查:隨機抽取10 口井施工記錄,成井深度結(jié)果顯示打井深度均符合要求。
確認結(jié)論:非要因。
由以上要因確認過程可知, 導(dǎo)致降水井出水含砂量大的主要末端因素有3 個,如圖4 所示。
圖4 降水井出水含砂量大的主要末端因素
根據(jù)各要因制定相應(yīng)的對策、措施,具體如表2 所示。
針對要因:濾料粒徑偏大。
對策:換用粒徑小的濾料。
目標(biāo):采用粒徑0.5~1 mm 中粗砂作濾料。
采取措施:首先,施工前選料時選擇中粗砂,然后分別用孔徑1 mm 和0.5 mm 方孔篩篩查, 粒徑為0.5~1 mm 的中粗砂留好備用。濾料回填時(見圖5),人工用鐵鍬均勻?qū)ΨQ下料,以防出現(xiàn)分層,下料一次連續(xù)完成,上部用黏土球封口。
圖5 現(xiàn)場濾料回填
效果檢查:通過孔徑1 mm 和0.5 mm 方孔篩篩查,現(xiàn)場隨機選擇了10 個點進行濾料粒徑平均值測定,濾料粒徑均控制在了0.5~1 mm。 措施一順利完成(見圖6)。
圖6 降水井施工
針對要因:濾網(wǎng)孔徑偏大。
對策:換用孔徑小的濾網(wǎng)。
目標(biāo):進入井中的水含砂量小于1/50 000。
采取措施: 井壁外由內(nèi)至外采用80 目和60 目錦綸濾網(wǎng)各一層,管節(jié)接頭部位再用300 mm 寬濾網(wǎng)包裹一道,防止砂粒從接頭處進入井中,外用30~50 mm 寬毛竹片導(dǎo)向和12#鉛絲纏繞。
效果檢查:通過改變?yōu)V網(wǎng)孔徑,采用孔徑較小的80 目和60 目的濾網(wǎng),在保證土層中水順利進入降水井中的同時,有效阻擋了土層中粉細砂粒進入井中。 經(jīng)測定, 水中含砂量小于1/50 000,措施二順利完成。
4.3 措施三
針對要因:潛水泵功率偏大。
對策:換用功率小的水泵。
目標(biāo):保證抽水穩(wěn)定、連續(xù)不間斷。
采取措施:采用功率2.5 kW 水泵。 在確保采用0.5~1 mm粒徑中粗砂作濾料、80 目和60 目錦綸網(wǎng)各一層作濾網(wǎng)的前提下,將2.5 kW 潛水泵放入井中,外接直接為8.3 cm(2.5 寸)的水管排水。 基坑降水深井宜對稱降水,以便地下水位均勻下降。
效果檢查:采用小功率水泵后,抽水時斷時續(xù)的現(xiàn)象不再出現(xiàn),水清且穩(wěn)定、連續(xù),措施三順利完成。 圖7 為降水深井一次打設(shè)合格率提升前后現(xiàn)場對比圖。
圖7 降水深井一次打設(shè)合格率提升前后現(xiàn)場對比圖
效果檢查:通過努力,剩余30 口降水深井于2019 年4 月20 日安全順利打設(shè)完成。對該30 口深井降水情況一一進行了詳細檢查,連續(xù)5 d 對出水含砂量進行測定,檢測結(jié)果均小于1/50 000。 30 口井出水均為清水,且穩(wěn)定、連續(xù),一次打設(shè)合格率達到了100%,達到了預(yù)期目標(biāo)(見圖8)。
圖8 降水深井一次打設(shè)合格率提升前后柱狀對比圖