大口径管井井点降水在沉井施工中的应用.pdf

鹏禾 大口径管井井点降水在沉井施工中的应用 刘长伟 ( 中铁十九局集团有限公 司第一工程有限公司 ， 辽宁 辽 阳 1 1 i 0 0 0 ) 摘要 ： 介绍在淤泥质土层 中下沉大型沉井时 ， 采用 大口径管井井点 降水方法 的理 由和设计过程 。施 工实践 表明该法有效地降低 了地下水位 ， 避免沉井在下沉和封底的过程中发生涌水 、 涌泥 ， 确保 了施工安全 。 关键词 ： 沉井施 工 ； 管井井点 ； 降水运行 中图分类号 ： tu7 5 3 6 4 文献标识码 ： a文章编号 ： 1 6 7 2 3 9 5 3 ( 2 0 0 7 ) 0 2 0 0 8 2 0 4 1 工程概况及地质条件 浙江大唐乌沙山发电厂一期工程的循环水泵房 和循环水取水隧道 出发井 ， 是两座并排布置的特大 型沉井 ， 其外形尺寸为 3 1 1 m 4 9 5 5 m2 0 8 5 m( 深) ， 两沉井之间的净距 1 2 4 m， 沉井刃脚底标 高一1 6 5 m。沉井位于海边的滩涂上 ， 原地面标高 为 0 3 o o 8 5 m， 地貌属滨海淤泥质滩地 ， 工程开 工后 ， 地 表层 先铺 了 一层 厚 2 3 m 的 卵 石 、 碎 石 、 块石等 ， 平整后 的地面标 高在 3 0 0 m 左右。场 区 内地层 自上而下为： 层素填 土， 厚度约 3 0 m； 层淤泥和淤泥质土， 层厚达 1 7 m； 层粉质粘土 ， 厚 度 5 5 m； 层含粘性土圆砾 ， 厚度约 7 5 m。地质 柱状 图见 图 1 。 3 0 混凝土 泥质土 沉 井施 工过程 中要 着重 考虑 层 承压水对 施工 的影 响， 以保证沉井下沉和沉井封底时的施工安全。 由于要 下 的这两个 沉井体 积 大 、 重量 大 ( 三节沉 井 下沉 时 的重量 约为 1 2万 t ) 、 地基 软弱 、 两井 相距 很 近 ( 1 2 4 m) ， 沉 井 下 沉 过 程 中会 发 生 刃 脚 下 涌 水 、 涌泥， 使沉井下得太快， 来不及纠偏， 沉井就发生 较大的位移和侧倾 ， 两个沉井之间也会相互推挤 ， 互 有影 响 。 为 了 防止 沉 井 下 沉 过 程 中和 干 封 底 抽 水 时 涌 水 、 涌 泥 的 发 生 ， 施 工 中 采 取 了 两 项 地 基 加 固 措 施口 ： 一是 在两 个沉井 的 四周设 置 宽 3 m 的水 泥 搅 拌桩挡墙( 隔水帏幕) ； 二是在沉井底部钻孔桩桩顶 以上 1 m( 一 1 1 5 m) 到桩 顶 以下 4 m( 一1 6 5 m) 的 范围内对地基土进行双浆劈裂注浆加 固， 以免封底 抽水时井下涌泥。同时， 在沉井 四周和两个沉井之 间打降水深井管井 ， 降低地下水水位 ， 使沉井排水下 沉和干封底施工 中更加安全。深井管井 的布置见图 2所示 。 o 井 点 i 质粘土 质 土 圆 砾 井 点 o 2 图 l 地质柱状 图( 单位 ： m) 从地 质柱状 图上 可 见 ， 沉 井 下沉 就 位 后处 于 层 之 中， 层粘性 土 圆砾 为承 压含 水层 ， 地 下水位 受 潮夕影 响明显， 地下水位标高变化范 围为 1 4 o 一 0 6 0 m， 经透水试验其渗透系数为 1 o 1 5 m d 。在 井点 3 井点 4 图 2 管井平面布置 ( 单位 ： m) 2 沉井刃脚下土层稳定 性计算 沉井刃脚下土层的稳定条件 ： 沉井底至含承压 国 防 交 通 工 程 与 技 术 囵2 0 0 7 第 2 期 维普资讯 成果与应用 大 口径管井井点降水在沉井施工 中的应用 刘长伟 水层顶面之间的土压力必须大于承压水的顶托力 ， 即 ： h y f ) ， h ( 1 ) 式 中 ， h 为沉井 底 至含 承 压 水层 顶 面之 间 的距 离 ， 含承压水层的顶面标高为一2 2 5 m， 沉井刃脚底标 高为1 6 5 m， 则 h 一2 2 5 1 6 5 6 m； y 为沉 井底至含承压水层顶面间的土的平均重度 ， 取 y 。 一 1 9 2 k n m。 h为承压水头高度至含承压水层顶面 的距离 ， 计算 中取地下水位标高为+0 5 m， 则 h= = = 2 2 5 +0 5 2 3 m ； y 为水 的重 度 ， y 一1 0 k n m。 ； f 。 为安全系数 ， 取 f。 一1 1 。 则沉 井底 至含 承 压水 层 顶 面 间 的土 压 力 ： h y 。 = = =l l 5 2 k p a ； 含承 压水层 的顶 托力 f y h一 2 5 3 k pa。 由于沉井底至含承压水层顶面间的土压力小于 承压水 的顶 托力 ， 沉 井 下沉 过 程 中井底 土层 处 于 不 稳定状态 ， 基坑会发生涌水、 涌泥现象。所 以， 在沉 井下沉之前必须降低含承压水层的水头压力 ， 才能 保证沉井底部土体的稳定 。需降低承压水的顶托力 压力约 2 5 3 一l 1 5 2 =1 3 7 8 k p a ， 即降低含承压水 层的水头 1 3 7 8 1 0 1 3 8 m( 标高为一1 3 3 m) 。 3 沉 井下沉封底大 口径管井井点 降水 技术 3 1 选择大 口径管井井点降水的理由 大口径管井井点降水是在深基坑的周围埋置深 于基底 的管井井点 ， 用下到井管中的潜水泵将地下 水抽出， 使地下水位降低到基坑底面以下 。用管井 井点降水具有排水量大、 降水深、 井距大， 井点施工 操作和维护都比较 简单、 施工速度 快等优点。这种 方法适用于渗透系数大 ( 1 0 2 5 0 m d ) ， 地下水丰 富的砂 、 卵石类土层 中； 适用于要求 降水深 、 面积大 的工程 中。根据本工程 的特点 ， 采用大 口径管井井 点降水 是适 宜 的 。 3 2大口径管井井点的设计 | 3 2 1 井深 的确定 为了降低层土中的承压水头 ， 每 口井应该贯 穿这一土层 ， 井底应该达到这一土层的底部 ， 所以， 井深 应该 是 3 3 m， 即这 个 井 群 的 设 置 为 承 压 完 整 井 。 3 2 2 计算基坑涌水量 q 一 2 7 3 kms l g( 1 + r r 。 ) ( 2 ) 式中， q为基坑涌水量( m。 d ) ； k 为含水层渗透系 数 ， 取 1 5 m d或 0 0 0 0 1 7 4 m s ； m 为 承 压含 水 层 的厚 度 ， 取 3 3 0 2 2 5 7 5 m； s为井群 中心点 水 位降深 ( m) ， 取将水 位降至刃脚底 以下 0 5 m， 即 1 6 5 +0 5 +0 5 1 7 5 m( 第 二个 0 5 m 是 地 表 的 地下水水位为+0 5 m) ； r 为承压井影响半径 ， 由 经验公式 r一 3 0 0 0 s 一5 2 5 m； g o 为基坑等 效半径， r o一0 2 9 ( 口 +6) ， 口 、 b 分别为基坑长短边 ， 为两个沉井外边各加 3 m， g o 一0 2 9 ( 4 9 5 5 +2 3 0 + 3 1 1 2 + 1 2 4 + 2 3 o ) 一 3 9 7 m。 则 q 一4 6 7 4 m。 d 。 3 2 3 计算每井出水量 每 口井的出水量 q 一 1 2 0 r r , l k 。 ( 3) 式 中， 为过滤器半径 ， 取 0 1 5 m ； l为过滤管长， 取 5 0 m。 则每口井的出水量 q一6 9 7 m。 d 。 根据 h 1 1 ( h + ) 计算潜水泵扬程 ， h 为 井内动水位至扬水管出 口的高度 ， 取 3 3 m； h为扬 水管管路摩阻水头损失， 取 3 m。则 h 一4 0 m。根 据以上计算 ， 选用 1 5 o q j 3 2 5 4 9型潜水泵 ， 其流量 3 2 m。 d ， 扬 程 5 4 m。 3 2 4 计算降水井管数量 一 1 1 q q一7 4口。 在两个沉井 周 围打降压井 8口， 每 口井 深 3 3 m， 井点呈近似的正八边形布置 ， 边长 3 4 m， 每 口井 到基坑中心的距离也都在 3 4 m左右。两沉井中心 打一 口观测井。井管平面布置见图 2 。 3 2 5 对井管布置情况验算 承压完整井稳定流时基坑中心水位降低深度 s一 0 3 6 6 q( 1 g r0一 l g( r 1 r 2 r ) n ； mk ( 4 ) 式 中， s为基坑 中心处地下水 位降低深度； q为基 坑涌水量( m。 d ) ； r。为基坑等效半径与降水影 响 半 径 之和 ， r 0： r+ r 0 5 2 5 +3 9 7 5 6 4 7 m； r 、 r 、 为 各 井 距 基 坑 中 心 的 距 离 ，即 l g ( r 1 r 2 g 3 g n ) nl g ( 3 4 ) 8 ：1 5 3 。 则 s一1 8 5 5 m。 按这种方法布置降水井 ， 能将水位降低 1 8 5 5 m( 标高为一1 8 0 5 m) ， 大于 1 3 8 m， 完全能够满足 施工 要求 。 3 3 大 口径井点的构造与技术要求 大 口径 井点 由井管 和水泵 组成。井管 由滤水 国 防 交 通 工 程 与 技 术 囵 2 0 0 7 第 2 期 维普资讯 成果与应用 大 口径管井井点降水在沉井施工中的应用 刘长伟 管、 吸水管和沉砂管构成 ， 井管用 d n3 0 0 mm 钢管 焊接而成 ， 管 口高出地面 0 5 m， 井管 长 3 2 3 m。 滤水管 长 5 0 m， 在 管 壁 上按 8 0 mm 间 距 开 1 0 mm孔， 梅花布置 ， 外包一层 3 0 4 0目尼龙网， 外面 再包一层钢丝网， 用铁丝扎牢。滤水管下接沉砂管 ， 沉砂管对吸进管内的砂起沉淀作用 ， 下端用钢板封 底， 长 1 0 m。吸水管连接 滤水管起 挡土、 贮水 作 用。井管与井壁之间围填中粗砂 ， 管 口以下 6 1 t t 至 地表填粘性土止水。每一井点配备一台潜水泵。井 点构造见图 3 。 图 3大 口径 井 点 构 造 ( 单 位 ： ml 3 。 4大 口径 井 点的施 工工艺 与技 术要求 2 管井 井点 施 工工 艺 流程 ： 定 位 钻孔 一 下 井管 一 填砾料一抽水清孔一正式抽水 。 ( 1 ) 钻 孔 ： 测 放 井 位后 埋 设 护 筒 ， 用 gp s 一 1 0型 工程钻机进行 钻孔。开孔孔径 6 5 0 mm， 轻 压慢 转， 要保证钻孔垂直偏差1 ； 钻进至设计标高后 ， 进行清孔， 清至泥浆 比重为 1 1 5 ， 孔底沉渣厚度 3 0 c ii 1 ， 清孔 完 成后应立 即下 入井 管 ， 防止塌孔 。 ( 2 ) 下井 管 ： 下 管前 ， 检查滤 水管 的尼龙 网 、 钢 丝 网绑扎 得是否 牢 固 ， 有无 破 损 。下 管 时在 滤 水 管 上 下两端各安装一套直径比井孔直径小 5 c m 的扶正 器( 找正器) ， 以保证滤水管能居中。井管焊接要牢 固 ， 垂直 ， 下到 设计深 度后 井管 口要 固定 居 中 。 ( 3 ) 填砾料( 中粗砂 ) ： 下入井管后 ， 立 即向孔内 填入砾料 ， 并随填随测填砾料的高度 ， 直至井口以下 6 m之后围填粘性土 ， 要将块状的粘性土碾碎( 粒径 3 c m) 后 填入 ， 下 入速 度不 要太 快 ， 井 口以下 1 0 0 m 范 围 内用 优质 粘性 土掺水 泥封 孔 。 ( 4 ) 抽 水 清孔 ： 井 管 装 好 以后 要 即 刻抽 水 洗 井 ， 用 空压机 吹起 管底沉 淤 ， 用 水泵 一并抽 出井外 ， 直到 水清不含砂为止。 ( 5 ) 正式抽水 ： 洗井完成后 ， 在 降水井内及 时下 入潜水泵、 排水管道 、 电缆等设备 ， 开始试抽水。本 工程在沉井下沉至一9 0 1 t t 时开始抽水 ， 水位降至 设计高度 ， 保证沉井底部的安全 。 4降水运行及效 果 运行之前 ， 准确测定各井口和地面标高 、 静止水 位， 然后开始试运行 ， 以检查抽水设备工作情况、 抽 水与排水系统能否满足降水要求 。降水井抽水时， 要做好各井 的水位观测工作 ， 及时掌握地下水动水 位的变化情况 ， 做好降水运行记录。经过观测 ， 这套 设备可将地下水降至一1 3 3 m 以下， 能够满足沉井 下沉施工的需要 。降水运行期间地下水位情况如表 1所 示 。 表 1 9#降 水 观 测 井 降 水 记 录 i 2 0 0 5年 1月 ) i l 1 日期 标高 日期 标高 11 15 9 1 2 1 6 1 3 16 1 4 15 8 1 5 16 2 1 6 16 1 7 15 3 1 8 16 5 1 9 1 56 2 0 15 8 日期 标 高 2 1 15 6 2 2 16 2 3 15 8 2 4 15 5 2 5 16 2 6 1 5 6 2 7 16 2 8 1 6 5 29 1 5 9 3 o 16 5 结束语 通过乌沙 山电厂沉井施工的实践证 明， 用大 口 径管井井点降水降低地下水水位 ， 可以避免沉井在 下沉和封底过程 中发生 涌水、 涌泥 ， 确保 了施工安 全 ， 满足 了施工 的需 要 ， 达 到 了预期效 果 。 参 考文 献 1 江正荣 ， 赵志缙 ， 赵帆 土方与基坑 工程 ： 建筑施工手册 第 四册 1 i- m 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 3 i- 2 上海基础工程公 司 g b 5 0 2 0 2 2 0 0 2 ， 建筑地基基础工程施 工质量验收规范 i- s 北京 ： 中国计划出版社 ， 2 0 0 2 【 收稿 日期 ： 2 0 0 7 0 3 - 0 6 ) ( 下转 第 8 8页) 国 防 交 通 工 程 与 技 术 口 2 0 0 7 第 2 期 2 5 8 6 8 5 6 5 5 5 5 6 6 6 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 一 一 一 一 一 一 一 1 2 3 4 5 6 7 8 9 维普资讯 成果与应用 灌浆法在治理岩体渗漏中的应用 赵宗奎 l u ， 合格率 1 0 0 ( 透水率 q 45 l u ) 。 总之， 本工程采用 gi n灌浆工艺， 取得 了显著 效果 ， 其单位注入量较同类工程常规灌浆法少 ， 灌浆 功效较常规灌浆法 高， 可 以为今后 的同类工程提供 借鉴。 参考文 献 e l i 孙钊 大坝基 岩灌 浆 m 北 京 ： 中 国水 力 电力 出版社 ， 2 0 04 2 中国水利水电基础工程局 d l t5 1 4 8 2 0 0 1 ， 水工建 筑物 水泥灌浆施工技术规范 s 北京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 2 e s 杨月林 ， 朱均超 水工建 筑物水 泥灌 浆施 工技术 e m3 武 汉 ： 长江 出版社 ， 2 0 0 4 ( 收稿 日期 ： 2 0 0 7 - 0 2 0 9 ) th e ap p l i c a t i o n o f t h e gi n gr o u t i n g m e t h o d t o ro c k s e e p a g e t r e a t me n t zhao ( th e 4 t h e n g i n e e r i n g c o l t d o f t h e 1 4 t h b u r e a u gr o u p o f zo ng - k ui t h e ra i l wa y b u i l d i n g co r p o r a t i o n o f ch i n a ， j i n a n 2 5 0 0 0 2 ， ch i n a ) ab s t r a c t ：ai mi n g a t s o l v i n g t h e p r o b l e m o f r o c k s e e p a g e a t t h e i n t a k e ，t h e gi n gr o u t i n g m e t h o d i s a d o p t e d f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e xu j i a y a re s e r v o i r o f t h e fe i x i a n p o we r p l a n t b o t h t h e ma k i n g - u p o f t h e l i q u i d a n d t h e c h o i c e o f gi n v a l u e s a r e d e a l t wi t h i n t h e p a p e r ， wi t h g r e a t s t r e s s p l a c e d o n t h e i n t r o d u c t i o n o f h o l ed r i l l i n g，s l i p c a s t i n g，h o l e - c l o s i n g a n d s o me o t h e r c o n s t r u c t i o n p r o c e s s e s pr a c t i c e s h o ws t h a t t h e gi n me t h o d g i v e s f u l l p l a y t o t h e f e a t u r e o f t h e a n t i s o l u t e a n d b i n d i n g c a p a b i l i t y o f t h e s t a b i l i z e d l i q u i d， a n d t h i s t e c h n i q u e e f f e c t i v e l y h e l p s o v e r c o me t h e p r o b l e m o f k a r s t s e e p a g e a n d p e r me a b l e r o c k s a t t h e wa t e r i n t a k e ，s a v i n g s o me c e me n t ，a n d i mp r o v i n g t h e e f f i c i e n c y th e p r o j e c t ma y s e r v e a s a s u c c e s s f u l e x a m p i e f o r s i mi l a r wo r ks i n t he f u t u r e ke y wo r d s：gi n gr o ut i ng m e t ho d；t he ma k i n g - u p of t h e l i qu i d；r o c k s e e p a g e ( 上接 第 8 4页) on ho w t o lo we r gr o u n d w a t e r a t la r g e - b o r e d pi p e w e l l s du r i n g t h e co n s t r u c t i o n o f s i n ki ng w e l l s li u cha n g 。 we i ( th e l s t e n g i n e e ri n g co l t d o f t h e 1 9 t h b u r eau gr o u p o f t h e ra i l wa y b u i l d i ng co r po r a t i o n o f c h i n a ，l i a o y a ng 1 1 1 0 0 0， ch i n a )