摘要：通過闡述“管井-輕型井點(diǎn)”聯(lián)合降水技術(shù)的工程概況、基坑涌水量計(jì)算方法、井位布置、管井及輕型井點(diǎn)的施工工藝流程及注意事項(xiàng)，深入研究該技術(shù)在控制基坑水位、保障施工安全及效率方面的作用。研究結(jié)果表明，“管井-輕型井點(diǎn)”聯(lián)合降水技術(shù)能夠顯著降低基坑涌水量，確保基坑開挖面干燥，提高施工穩(wěn)定性與效率。

關(guān)鍵詞：管井；輕型井點(diǎn)；聯(lián)合；降水；深基坑

0" "引言

傳統(tǒng)的單一降水方式，如單純依賴管井降水或輕型井點(diǎn)降水，往往難以全面滿足深基坑施工的需求。管井降水雖能深入地層，有效抽取地下水，但其適合于滲透系數(shù)較大的土層，且對(duì)地層擾動(dòng)較大。而輕型井點(diǎn)降水則能快速降低近地表水位，但對(duì)深層地下水控制效果有限[1]。

聯(lián)合降水技術(shù)通過合理布置管井和輕型井點(diǎn)，形成立體降水網(wǎng)絡(luò)。管井主要承擔(dān)深層地下水的抽取任務(wù)，而輕型井點(diǎn)則負(fù)責(zé)近地表及淺層地下水的控制。兩者相輔相成，既能快速降低基坑內(nèi)的整體水位，又能有效防止地下水沿基坑壁滲流導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)問題[2]。同時(shí)，聯(lián)合降水還能減少因地下水位下降對(duì)周圍環(huán)境的影響，保護(hù)周邊建筑物的安全。

1" "工程概況

1.1" "項(xiàng)目基本情況

科學(xué)大道設(shè)計(jì)獨(dú)特，主線為城市快速路，時(shí)速高達(dá)80km/h，采用創(chuàng)新的淺埋地道形式，設(shè)置雙向六車道，以滿足高效通行需求[3]。地面道路的設(shè)計(jì)行車速度為50km/h，更加貼近日常出行節(jié)奏。其車道規(guī)模更為開闊，達(dá)到雙向八車道，有效緩解了交通壓力?？茖W(xué)大道的整體設(shè)計(jì)兼顧了快速通行與日常交通的雙重需求，為城市發(fā)展注入了新的活力。

K6+446～K6+535段為暗埋段，主體結(jié)構(gòu)采用單箱雙室矩形箱涵結(jié)構(gòu)型式，采用明挖順作法施工。地面標(biāo)高為82～84m，基坑深度18～22m，基坑寬度35～40m，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用樁撐體系，上部放坡，下部為圍護(hù)壁+多道內(nèi)支撐的圍護(hù)型式。圍護(hù)壁采用鉆孔灌注樁，支撐采用φ609×16鋼支撐，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為2年。

1.2" "工程地質(zhì)情況

K6+446～K6+535地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，地貌單元屬于黃河沖洪積平原。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探及原位測(cè)試結(jié)果，將勘察深度內(nèi)的土層按其不同的成因、時(shí)代及物理力學(xué)性質(zhì)差異劃分為5個(gè)工程地質(zhì)單元層。各土層特征分述如下：

一是雜填土。其為雜色，密實(shí)程度不均，主要為耕土及素填土為主，見植物根系。以黃褐色粉土、粉砂為主。局部為拆遷區(qū)，含大量建筑垃圾及生活垃圾，層厚0.1～2.3m。

二是粉砂夾粉土。其為黃褐色，稍濕、稍密，主要礦物成份為石英、長(zhǎng)石、云母碎片。局部夾粉土薄層，中密、稍濕，層厚1.7～3.9m，滲透系數(shù)約1.5m/d。

三是粉砂。其為灰褐色，飽和、中密-密實(shí)，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石。局部夾粉土，見鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，偶見小粒徑鈣質(zhì)結(jié)核，干強(qiáng)度低，韌性低，搖振反應(yīng)中等。層厚6.2～8.0m，滲透系數(shù)約4.5m/d。

四是細(xì)砂。其為灰褐色、黃褐色，飽和、密實(shí)，主要礦物成份為石英、長(zhǎng)石、云母碎片。層厚22.5～27.3m，滲透系數(shù)約9m/d。

五是粉質(zhì)黏土。其為黃褐色、可塑，干強(qiáng)度中、韌性中、搖振反應(yīng)中等。見黑色鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)及條紋，見鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑0.5～3.0cm，滲透系數(shù)約0.05m/d。

1.3" "水文地質(zhì)情況

根據(jù)科學(xué)大道初步勘察資料，工程場(chǎng)地地表水豐富。K6+446～K6+535段現(xiàn)狀地下水位在自然地面以下埋深約4～5m，屬第四系松散巖類孔隙潛水。地下水主要補(bǔ)給來源為大氣降水入滲補(bǔ)給和地下水徑流補(bǔ)給，主要排泄方式為人工開采和地下水徑流。本場(chǎng)地地下水位年變幅約1～2m，本場(chǎng)區(qū)3～5年內(nèi)最高水位約2m，歷史最高地下水位埋深約現(xiàn)地面下0～1m。

2" "原設(shè)計(jì)降水方案及存在的問題

K6+446～K6+535段原設(shè)計(jì)降水為隔水帷幕結(jié)合半封閉型疏干降水方式，采用深井管井降水法。在基坑開挖及圍護(hù)樁施工前，沿隧道縱向坑內(nèi)、坑外對(duì)稱布置管井進(jìn)行降水?；觾?nèi)側(cè)設(shè)置降水井10口，井底標(biāo)高為坑底開挖面以下6m，將水位降低至基坑開挖底面以下1m。同時(shí)為降低土壓力保證基坑支護(hù)安全，基坑外側(cè)設(shè)置降水井兼做水位觀測(cè)井，標(biāo)高為地面線以下21m，將水位降低至地面線以下15m。

降水井井孔直徑為700mm，井管采用直徑400mm的濾水管，管內(nèi)徑300mm，孔隙率不小于10%，濾料采用粒徑5～10mm的礫砂，井管底部2.5m為沉砂管，為不透水管。水泵抽水后排入地面排水溝，將水引入市政排水系統(tǒng)。

標(biāo)段在K6+450.6～K6+475.94基坑土方，開挖至標(biāo)高66.05m（距墊層底高差1.31m）時(shí)出現(xiàn)大量明水。對(duì)基坑內(nèi)管井內(nèi)水位進(jìn)行測(cè)量，管井內(nèi)水位均低于墊層底標(biāo)高1m以下。地勘資料顯示基底地質(zhì)為第4層細(xì)砂層，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況與地勘報(bào)告基本相符。

研究討論認(rèn)為，此段明水水量和水壓較大。分析其主要原因有兩條：一是因?yàn)猷徑芾裙步ǘ蝺?nèi)原降水井失效，長(zhǎng)時(shí)間無降水措施，水位較高；二是與相鄰標(biāo)段基坑接頭處暫未施工，止水帷幕無法封閉，東面方向大量地下水涌入，致使原設(shè)計(jì)降水方案未達(dá)到降水要求。

3“管井-輕型井點(diǎn)”聯(lián)合降水方案

由于基坑開挖深度大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)受側(cè)墻土體的壓力較大，若開挖后不能及時(shí)進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工，基坑底部長(zhǎng)時(shí)間暴露和被水浸泡，將導(dǎo)致墻體較大的變形，嚴(yán)重時(shí)將造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞倒塌。為迅速降低地下水位及基坑表面明水，保證土方施工順利進(jìn)行及基坑安全，變更原設(shè)計(jì)單管井降水方案，為”管井-輕型井點(diǎn)”聯(lián)合降水，即增加輕型井點(diǎn)配合管井降水，并加大原設(shè)計(jì)深井管井密度。通過“管井-輕型井點(diǎn)”聯(lián)合降水保證施工的順利開展。

3.1" "管井設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1.1" "主要參數(shù)取值

假定第5層粉質(zhì)黏土的滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于其他土層的滲透系數(shù)，近似將第5層視為不透水層。含水層厚度取值32m。相鄰含水層第3層粉砂與第4層細(xì)砂滲透系數(shù)不同，概化成一層含水層，其滲透系數(shù)按各含水層厚度加權(quán)平均，取值8m/d。地下水屬第四系松散巖類孔隙潛水，且管井深度小于潛水含水層厚度加地下水位埋深，降水模型按均質(zhì)含水層潛水非完整井進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

3.1.2" "參數(shù)計(jì)算

潛水含水層的影響半徑計(jì)算公式可表示為：

（1）

式中：sw代表井水位降深，單位為m；k代表滲透系數(shù)，單位為m/d；H代表潛水含水層厚度，單位為m。計(jì)算得出R為480m。

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120—2012）附

錄，計(jì)算基坑的等效半徑，r0取30.44m。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120—2012）條文說明，基坑降水的總涌水量，可按概化大井法計(jì)算。群井按大井簡(jiǎn)化時(shí)，基坑內(nèi)的降水總涌水量，按該規(guī)程附錄計(jì)算公式可表示為：

（2）

（3）

式中：Q代表基坑內(nèi)的降水總涌水量，單位為m3/d；h代表降水后基坑內(nèi)的水位高度，單位為m；l代表過濾器進(jìn)水部分的長(zhǎng)度，單位為m?；谇笆龈黜?xiàng)條件綜合分析，估算出基坑的降水總涌水量約為3616.3m3/d。

管井的單井出水能力應(yīng)大于單井的設(shè)計(jì)流量。假定管井的單井出水能力等于單井的設(shè)計(jì)流量，并通過以下計(jì)算公式計(jì)算降水井的個(gè)數(shù)：

（4）

（5）

式中：q0代表單井出水能力，單位為m3/d；q代表單井設(shè)計(jì)流量，單位為m3/d；rs 代表過濾器半徑，單位為m；n代表降水井個(gè)數(shù)。通過計(jì)算降水井個(gè)數(shù)為17.59，即當(dāng)降水井個(gè)數(shù)大于17.59時(shí)，管井的單井出水能力大于單井的設(shè)計(jì)流量，符合規(guī)范要求。對(duì)所算數(shù)值取值，降水井個(gè)數(shù)應(yīng)為18口。

綜上可知，原設(shè)計(jì)基坑內(nèi)10口降水井無法滿足現(xiàn)場(chǎng)降水需求，需要增設(shè)降水井?dāng)?shù)量。在基坑內(nèi)，于原設(shè)計(jì)井位間新增8口降水井，將間距調(diào)整為20m，與既有降水井間隔10m布置。管井底部與原設(shè)計(jì)標(biāo)高一致，需深入開挖線以下6m。

3.2" "輕型井點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)及井位布置

為有效降低地下水位及淺層滯水，確?；娱_挖面以下至少0.5m處于干燥狀態(tài)，沿圍護(hù)樁內(nèi)側(cè)預(yù)留1m空間布設(shè)輕型井點(diǎn)，覆蓋K6+446～K6+505.94區(qū)域。井點(diǎn)采用PVC材質(zhì)，單管直徑40mm，總管直徑100mm?？讖娇刂圃?50～300mm，間距設(shè)定為0.5m，每根井管長(zhǎng)5m，并以10根為一組，共設(shè)置25組。輕型井點(diǎn)及管井布置如圖1所示。

4 “管井-輕型井點(diǎn)”聯(lián)合降水施工要點(diǎn)

4.1" "施工步驟

管井施工遵循準(zhǔn)備工作、鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)、定位探管、鉆機(jī)對(duì)中、成孔、井管安裝、填充濾料、止水封孔、洗井、下泵試抽、正式抽降水、停泵的步驟進(jìn)行。輕型井點(diǎn)施工遵循精確放線定位、鋪設(shè)總管、沖孔作業(yè)、安裝井點(diǎn)管、使用聯(lián)管連通井點(diǎn)與總管、設(shè)置集水箱與排水管、啟動(dòng)真空泵排氣并隨后啟動(dòng)水泵抽水、持續(xù)監(jiān)測(cè)地下水位變化的步驟進(jìn)行。

4.2" "施工要點(diǎn)

土方開挖前，需提前至少10d啟動(dòng)預(yù)降水工作，以充分降低地下水位，為開挖作業(yè)創(chuàng)造有利條件?；娱_挖期間，視情況在坑內(nèi)設(shè)立臨時(shí)給排水坑，以輔助抽排水作業(yè)，確?；觾?nèi)環(huán)境干燥。

每根輕型井點(diǎn)的濾水段長(zhǎng)度為1.5m，濾水管上按梅花形排列滲水孔，孔徑建議為12～18mm之間。濾管外層設(shè)置雙層濾網(wǎng)，內(nèi)層采用60～80目尼龍網(wǎng)，外層則選用3～10目尼龍網(wǎng)。濾網(wǎng)間以金屬螺旋絲隔開，外部再包裹一層粗金屬絲保護(hù)。濾料選用中粗砂，粒徑控制在0.5～10mm之間，含泥量低于2%，頂部以黏土封堵至地面以上至少1m。施工中確保集水管與井點(diǎn)管、真空泵之間的連接緊密無泄漏，以維持系統(tǒng)高效運(yùn)行。

輕型井點(diǎn)正式實(shí)施前先進(jìn)行試抽以驗(yàn)證系統(tǒng)性能，要求泵壓不低于0.6MPa，流量維持在1～2.5m3/h之間。真空泵選用7.5kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作狀態(tài)下真空度需達(dá)到65kPa以上，確保降水效果達(dá)到預(yù)期。

降水工作結(jié)束后，需對(duì)降水井進(jìn)行封堵。在開挖至底板時(shí)對(duì)大部分的疏干井進(jìn)行封井，確保剩余降水井水位控制在開挖面以下，待結(jié)構(gòu)滿足抗浮要求后方可采用注漿封堵?；油饨邓璐黧w結(jié)構(gòu)施工完成并回填后方可進(jìn)行封井。

5" "綜合效果分析

采用“管井-輕型井點(diǎn)”聯(lián)合降水方案進(jìn)行降水作業(yè)后，淺層表面滯水迅速得到疏干，基坑內(nèi)管井的水位高度明顯降低。對(duì)剩余基坑土方進(jìn)行開挖過程中，基坑表面未出現(xiàn)明水，確保了土方施工的順利進(jìn)行和基坑安全，為后續(xù)的主體結(jié)構(gòu)的施工打下了基礎(chǔ)。

實(shí)踐證明，在深基坑施工中，采用“管井-輕型井點(diǎn)”聯(lián)合降水可以有效的降低地下水位，減少對(duì)周邊土層的干擾，確保基坑施工處于干燥的環(huán)境中，達(dá)到設(shè)計(jì)降水要求，彌補(bǔ)采用單一降水的不足。

6" "結(jié)束語(yǔ)

該技術(shù)通過優(yōu)化降水方案，實(shí)現(xiàn)了降水成本的有效控制。相比單一降水方法，聯(lián)合降水技術(shù)能夠更高效地降低地下水位，減少了降水設(shè)備的投入和運(yùn)行時(shí)間，從而降低了總體施工成本。此外，由于施工效率的提升，項(xiàng)目整體工期得以縮短。

基坑施工現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜，在實(shí)際施工過程中，有時(shí)僅采用單一的降水方案，難以想要的降水目的，且施工效率較低，施工時(shí)間較長(zhǎng)，綜合成本較高。這就需要在實(shí)際施工過程中，根據(jù)工程性質(zhì)、地質(zhì)情況、開挖深度、支護(hù)方式及成本等各方面進(jìn)行綜合考量，選擇最經(jīng)濟(jì)有效的降水方案。

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