本文選自北大核心級(jí)期刊《施工技術(shù)》，《施工技術(shù)》創(chuàng)刊于1971年，是國(guó)家期刊獎(jiǎng)提名獎(jiǎng)期刊，中國(guó)建筑科學(xué)類核心期刊，中國(guó)建筑施工行業(yè)惟一的國(guó)家級(jí)核心期刊，由建設(shè)部主管，亞太建設(shè)科技信息研究院、中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研 究院、中國(guó)建筑工程總公司、中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)聯(lián)合主辦。主要介紹國(guó)內(nèi)工程建設(shè)施工方面的方針政策和技術(shù)法規(guī)，重大技術(shù)成就，傳播建筑領(lǐng)域采用的新體系、新 技術(shù)、新工藝、新材料、新機(jī)具、新設(shè)備和施工管理經(jīng)驗(yàn)，以及國(guó)內(nèi)外先進(jìn)施工技術(shù)及其發(fā)展動(dòng)態(tài)。發(fā)行對(duì)象：建設(shè)主管部門；大中型建筑（建設(shè)）集團(tuán)公司及施工 企業(yè)；承建商（工程總包、甲方）；規(guī)劃設(shè)計(jì)、科研院所；房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商；監(jiān)理公司；質(zhì)監(jiān)部門；高等院校；以及對(duì)土木建筑施工領(lǐng)域感興趣的各界朋友。

　　摘要：當(dāng)基礎(chǔ)處于粉土液化層時(shí)，在基坑開(kāi)挖施工中常常會(huì)遇到地下水。本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)基坑支護(hù)、輕型井點(diǎn)降水的施工方法進(jìn)行了總結(jié)與探討。

　　關(guān)鍵詞：基坑,地下水,措施,粉土液化層,輕型井點(diǎn)降水

　　1、工程概況

　　淠河特大橋全長(zhǎng)1344m，橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為鉆孔灌注樁和承臺(tái)基礎(chǔ)。樁基采用1.0m和1.25m兩種直徑鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)在40~50m，共有41個(gè)承臺(tái)，墩臺(tái)高度在5.5~9.5m，承臺(tái)采用2層，高3.5m，承臺(tái)平面尺寸為13*8m，基坑開(kāi)挖深度在4.02~7.23m，承臺(tái)頂距離地面高度0.57m~3.73m。承臺(tái)施工時(shí)基坑開(kāi)挖深度為4m。

　　2、工程地質(zhì)、水文條件

　　大橋橋位沿線工程地質(zhì)情況復(fù)雜，不良地質(zhì)與特殊條件分布廣泛，橋梁基礎(chǔ)范圍地層主要為粉土、粉砂、粉質(zhì)粘土，位于地震動(dòng)峰值加速度0.20g（Ⅷ度）的8度地震區(qū)（液化現(xiàn)象通常出現(xiàn)在7度以上的地震場(chǎng)地，地面水平加速度峰值0.1g可以作為一個(gè)門檻值），粉砂及粉土層屬于地震液化層，且具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、透水性差和強(qiáng)度低的特性（承載力普遍低于160kpa）。大橋橋位處地面以下15m范圍均為粉土液化層，局部夾雜粉質(zhì)黏土。粉土的滲透系數(shù)在0.1~0.5m/d。

　　橋位區(qū)地下水主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水、巖溶水。主要受大氣降水補(bǔ)給。地下水位埋深淺，地面以下1.5m有水。

　　3、基坑降水方案初步確定

　　基坑地面以下1.5m粉土層開(kāi)挖后呈現(xiàn)液化流塑狀。由于粉土液化主要由于土層受到剪切應(yīng)力和擾動(dòng)后，有效應(yīng)力小或等于零，孔隙水壓力促使粉土液化流動(dòng)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取輕型井點(diǎn)降水措施，以降低地下水位至基坑底面以下，減少孔隙水壓力，避免基坑土層的液化，地下水降水標(biāo)高滿足基坑開(kāi)挖及干施工的要求，并且不因地下水位的變化，對(duì)基坑周圍的環(huán)境和設(shè)施帶來(lái)危害。

　　根據(jù)基坑土層情況、降水深度要求、周圍環(huán)境等綜合考慮，選擇環(huán)形輕型井點(diǎn)降水方案先降低地下水至坑底面以下0.5m后，按1：0.2的坡度放坡開(kāi)挖基坑。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，開(kāi)挖深度5m以下的采取一級(jí)井點(diǎn)降水。

　　4、輕型井點(diǎn)降水方案概述

　　輕型井點(diǎn)降水即在基坑土方開(kāi)挖之前，用真空（輕型）井點(diǎn)深入含水層內(nèi)，用不斷抽水方式使地下水位降至坑底以下，同時(shí)使土體產(chǎn)生固結(jié)以方便土體開(kāi)挖。

　　輕型井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：井點(diǎn)降水方法、井點(diǎn)管長(zhǎng)度、構(gòu)造和數(shù)量；降水設(shè)備的型號(hào)和數(shù)量；井點(diǎn)系統(tǒng)布置圖；井孔施工方法及設(shè)備；質(zhì)量和安全技術(shù)措施；降水對(duì)周圍環(huán)境影響的估計(jì)及預(yù)防措施等。

　　根據(jù)以往類似施工經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算，針對(duì)大橋不同地質(zhì)條件和不同開(kāi)挖深度的基坑采取一級(jí)輕型井點(diǎn)降水措施抽干基坑內(nèi)地下水后，再開(kāi)挖基坑。

　　采取一級(jí)井點(diǎn)降水的基坑開(kāi)挖深度均按照4.5m設(shè)計(jì)，基坑頂部開(kāi)挖平面尺寸分別為17.75m×21.15m和18.75m×23.75m。具體計(jì)算和設(shè)計(jì)方案詳見(jiàn)井點(diǎn)降水計(jì)算書(shū)和各輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)布置圖。

　　5、真空井點(diǎn)結(jié)構(gòu)和施工的技術(shù)要求

　　5.1一般要求

　　A、降水設(shè)備的管道、部件和附件等，在組裝前必須經(jīng)過(guò)檢查和清洗。濾管在運(yùn)輸、裝卸和堆放時(shí)應(yīng)防止損壞濾網(wǎng)。

　　B、降水井孔應(yīng)垂直，孔徑上下一致。井點(diǎn)管應(yīng)居于井孔中心，濾管不得緊靠孔壁或插入淤泥中。

　　C、井孔采用濕法施工，沖孔所需的水流壓力控制在250~500KPa，在填灌砂濾料前應(yīng)把孔內(nèi)泥漿稀釋，待含泥量小于5%時(shí)才可灌砂，濾料填灌至地面以下1m，濾料采用潔凈的中粗砂礫，地面以下1m范圍用粘土封孔。

　　D、井點(diǎn)管安裝完畢應(yīng)進(jìn)行試抽，全面檢查管路接頭、出水狀況和機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)情況。一般開(kāi)始出水渾濁，經(jīng)一定時(shí)間后應(yīng)逐漸變清，對(duì)長(zhǎng)期出水渾濁的井點(diǎn)應(yīng)予以停閉或更換。

　　E、降水施工完畢，根據(jù)結(jié)構(gòu)施工情況和土方回填進(jìn)度，陸續(xù)關(guān)閉和逐根拔除井點(diǎn)管。土中所留孔洞應(yīng)立即用砂土填實(shí)。

　　5.2機(jī)具設(shè)備

　　真空井點(diǎn)系統(tǒng)由井點(diǎn)管（管下端有濾管）、觀測(cè)管、連接管、集水總管、抽水設(shè)備、供電設(shè)備等組成。

　　A、井點(diǎn)管：

　　井點(diǎn)管采用直徑φ50×3.5mm的鋼管，長(zhǎng)度6m，管下端另配有濾管和管尖（濾管與井點(diǎn)管焊接連接，濾管長(zhǎng)1m），濾管直徑、管材與井點(diǎn)管相同，管壁上滲水孔直徑10~15mm，呈梅花狀排列，孔間距控制在30~40mm，孔隙率應(yīng)大于15%，濾管管壁外設(shè)2層濾網(wǎng)，內(nèi)層濾網(wǎng)采用30~80目的金屬網(wǎng)或尼龍網(wǎng)，外層濾網(wǎng)采用3~10目的金屬網(wǎng)或尼龍網(wǎng)，管壁與濾網(wǎng)間采用金屬鐵絲繞成螺旋形隔開(kāi)，濾網(wǎng)外面再繞一層金屬鐵絲，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可設(shè)置3層濾網(wǎng)。井點(diǎn)管和濾管可采用鋼管自己加工。

　　B、連接管和集水總管

　　連接管采用直徑50mm的透明軟塑料管或膠皮管，每個(gè)井點(diǎn)管配一根；集水總管一般用直徑100mm左右的鋼管分節(jié)連接，制成1m節(jié)段，各節(jié)段之間用三通連接，并使三通與連接管連接。

　　C、抽水設(shè)備

　　根據(jù)抽水機(jī)組的不同，真空井點(diǎn)分為真空泵真空井點(diǎn)、射流泵真空井點(diǎn)和隔膜泵真空井點(diǎn)。本次采用真空泵真空井點(diǎn)。

　　真空泵真空井點(diǎn)由真空泵、離心式水泥、水氣分離器組成，有定型產(chǎn)品供應(yīng)，這種真空泵真空度在67~80KPa，帶動(dòng)井點(diǎn)數(shù)多，降水深度較大（5.5~6m），但設(shè)備復(fù)雜，維修管理困難，耗電多，適用于較大的工程降水。

　　D、供電設(shè)備

　　由于現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有高壓電，計(jì)劃采用發(fā)電機(jī)供電，考慮投入30KW發(fā)電機(jī)24小時(shí)發(fā)電供應(yīng)抽水設(shè)備用電，每臺(tái)發(fā)電機(jī)可同時(shí)供應(yīng)4套真空泵真空井點(diǎn)設(shè)備（即4個(gè)基坑降水用電）。

　　5.3井點(diǎn)布置

　　井點(diǎn)布置根據(jù)基坑平面形狀和大小、地質(zhì)和水文情況、工程性質(zhì)、降水深度、周邊地形等決定。有單排、雙排、環(huán)形井點(diǎn)，本次采用環(huán)形井點(diǎn)，靠便道側(cè)布置在便道與基坑之間，在小樁號(hào)方向靠便道側(cè)轉(zhuǎn)角處設(shè)置4m挖土通道；井點(diǎn)管距坑壁0.5m（一般不應(yīng)小于1~1.5m，但經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，0.5m的間距能夠滿足要求）；井點(diǎn)間距按1m設(shè)置（一般為0.8~1.6m）；一級(jí)降水井點(diǎn)管埋深控制在5.6以上；為方便井點(diǎn)管與連接管安裝，井點(diǎn)管露出地面高度在0.2~0.3m。為保證井點(diǎn)管埋置深度，一級(jí)井點(diǎn)降水基坑可先將原地面挖除1m以上后再安裝井點(diǎn)管。

　　5.4井點(diǎn)管埋設(shè)

　　井點(diǎn)管埋設(shè)采用沖孔法成孔或射水法均可，井孔直徑控制在30cm以內(nèi)，孔深比濾管底深1m（一般要求深0.5m~1m）。在井點(diǎn)管與孔壁間及時(shí)用中粗砂填灌密實(shí)，投入濾料數(shù)量應(yīng)大于設(shè)計(jì)量的85%，沖射成孔、井點(diǎn)管安裝、濾料填充的三個(gè)工序要連續(xù)進(jìn)行，防止泥漿和粉土混入過(guò)濾層，影響抽水效果。在地面以下1m范圍采用粘土封孔。

　　5.5真空井點(diǎn)設(shè)備安裝

　　井點(diǎn)管安裝完畢，現(xiàn)場(chǎng)安裝連接管和集水總管及真空抽水設(shè)備，根據(jù)基坑平面尺寸不同，大橋一級(jí)井點(diǎn)降水系統(tǒng)每套設(shè)置連接管65根和集水總管65m；真空泵安裝在靠便道側(cè)轉(zhuǎn)角處。每套輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)配置1臺(tái)V5型真空泵和1臺(tái)B型離心式水泵及相關(guān)水泵機(jī)組配件，每臺(tái)30KW發(fā)電機(jī)負(fù)責(zé)同時(shí)供應(yīng)相鄰的4套井點(diǎn)設(shè)備的供電。

　　5.6井點(diǎn)抽水

　　井點(diǎn)使用前應(yīng)進(jìn)行試抽水，確認(rèn)無(wú)漏水、漏氣等異常現(xiàn)象后，應(yīng)保證連續(xù)抽水，應(yīng)備雙電源，以防止斷電，一般抽水3~5天后水位降落漏斗漸趨穩(wěn)定，出水規(guī)律一般是“先大后小、先渾后濁”。在抽水過(guò)程中，設(shè)置專人定時(shí)觀測(cè)水量、水位、真空度，并應(yīng)使真空泵保持在55KPa以上。

　　井點(diǎn)降水計(jì)算書(shū)

　　1、基坑涌水量計(jì)算

　　本工程降水按照均質(zhì)含水層潛水非完整井基坑涌水量計(jì)算，基坑遠(yuǎn)離地面水源。

　　涌水量計(jì)算公式參見(jiàn)《建筑施工手冊(cè)（第四版）1》902頁(yè)的均質(zhì)含水層潛水非完整井基坑涌水量計(jì)算公式（基坑遠(yuǎn)離地面水源）6-132

　　式中：Q-基坑涌水量（

 

　　/d）

　　k-土的滲透系數(shù)：0.5m/d

　　H-潛水含水層厚度：9m

　　h-濾管頂至潛水層底距離h=H-S-r0/10：一級(jí)為4.28m

　　S-基坑水位降深:一級(jí)4.0m、二級(jí)5.5m（降水至坑底以下0.5m，地面以下1m開(kāi)始為潛水層）

　　hm=（H+h）/2：一級(jí)為6.58m、二級(jí)為5.67m

　　R-降水影響半徑，宜通過(guò)試驗(yàn)或根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，R=2S√kH：一級(jí)16.97m、二級(jí)23.33m

　　r0-基坑等效半徑；對(duì)矩形基坑的等效半徑按下式計(jì)算，r0=0.29（a+b），a和b分別為基坑的長(zhǎng)、短邊，一級(jí)降水長(zhǎng)短邊尺寸為10.75m×14.15m（扣除頂口拓寬的1m），計(jì)算出r0值分別為：一級(jí)降水為7.221。

　　L-濾管長(zhǎng)度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取1.0m

　　計(jì)算結(jié)果：一級(jí)降水Q=26.3

 

　　/d

　　2、井點(diǎn)管埋置深度計(jì)算

　　計(jì)算公式如下：

　　H′≥H1+h′+iL+l

　　H′—井點(diǎn)管埋置深度（m）

　　H1—井點(diǎn)管埋設(shè)面至基坑底面的距離（m），一級(jí)井點(diǎn)降水為3.5m

　　h′—基坑中央最深挖掘面至降水曲線最高點(diǎn)的安全距離（m），一般為0.5~1.0m，人工開(kāi)挖取下限，機(jī)械開(kāi)挖取上限，本次計(jì)劃采用機(jī)械開(kāi)挖，開(kāi)挖至坑底30cm時(shí)采用人工開(kāi)挖，故考慮取下限0.5m，經(jīng)試驗(yàn)效果較好。

　　L—井點(diǎn)管中心至基坑中心的短邊距離（m），一級(jí)為5.875m。

　　i—降水曲線坡度，與土層滲透系數(shù)、地下水流量等因素有關(guān)，根據(jù)揚(yáng)水試驗(yàn)和工程實(shí)測(cè)確定。環(huán)狀降水取1/8~1/10。本次取1/10

　　l—濾管長(zhǎng)度取1m

　　計(jì)算結(jié)果：大橋一級(jí)井點(diǎn)降水井點(diǎn)管埋置深度不小于5.6m。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]建筑施工手冊(cè)(第四版縮印本)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

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