浅谈深井管井降水技术

浅谈深井管井降水技术发布时间：2005-12-26 11:19:42 点击次数：1282次1 引言在沿海、大江、大河的中下游或湖泊附近地区，地表下埋藏有深厚的第四纪覆盖层，其地面浅层主要为松软的粘土、淤泥、淤泥质土、粉砂等或互夹层，这类土的主要特性是凝聚力小，含水量高，颗粒与颗粒之间联接强度小、透水性大，在地下水渗透力的作用下容易引起土的渗透变形-液化流动；有承压水土层上部压力不够时，容易出现管涌。当建筑物的基底高程低于地下水位时，基坑开挖必须采取降水措施。对于存在夹层细砂、粉细砂、承压水头高等一系列不利情况时，采用深井管井降水方法是切实可行的好方法。2 深井降水的方案选择、管井布置2. 1 深井降水的方案选择基坑降水的方法很多。从经济上比较，深井管井施工成本高，运行日费用较大，运行周期长，但对于渗水量大、基坑挖深范围大、施工周期长的建筑物工程，深井管井降水又是其它施工降水所无法替代的。深井降水的施工设计与基坑大小、含水土层的渗透系数以及基坑的安全和降水深度有关。影响渗水量的关键是土的渗透系数。有条件时可通过现场抽水试验确定渗透系数，无条件可查阅资料取经验值。2. 1. 1 现场抽水试验确定渗透系数的方法施工现场抽水井设置如图1。抽水井贯穿整个含水层，并距抽水井r与r处设置1个或2个观测孔，用水泵连续抽水，当抽水井中水位及观测井中水位基本呈稳定状态时，根据此时的水泵抽水量Q（约相当于渗水量）按下列公式计算渗透系数K值设1个观测孔时：K=0.73Qlg（r1 /r）/（h-h)=0.73Qlg（r1 /r）/（2H-s-s1）（s-s1）设2个观测孔时：K=0.73Qlg（r2 /r1）/（h-h)=0.73Qlg（r2 /r1）/（2H-s1-s2）（s1-s2）2. 1. 2 渗透系数参考经验数值渗透系数参考经验数值可从表1及表2查用。2. 1. 3 深井降水方案的确定土层渗透系数大于10-2cm/s，基坑要求降水深度大于5m时；采取其它降水方法不能有效地降低地下水，必须采取深井管井降水。对挖深较大基坑，土层的渗透系数虽然较小（小于10-5cm/s），但下列情况时仍需考虑采用深井管井降水：1.含水层承压水位高；2.基坑暴露时间长，土层以砂壤土为主或淤泥质粘土夹粉、细砂时，含水量大；3.地基下存在粉土质砂及渗透系数大于粉土质砂的透水层。2.2 深井的井深、井数、井距及布置方法深井管井的井深根据基坑需要的开挖深度计算确定，规范规程规定基坑在施工时地下水位线应控制在建筑基准面以下0.51m处。深井的数量n可按下式计算：n=1.1Q/q式中n-整个基坑深井数量；Q-总涌水量；q-单口深井的平均涌水量。深井数量考虑1.1系数是因深井单井出水量受施工影响差异较大，而群井的出水量必须大于基坑的渗流量，才能产生抽水稳定的效果。根据渗水总量、单井出水量及基坑尺寸确定深井管井的井距。管井布置以有效地降低地下水、有利于施工运行为前提。正常管井的布置在基坑地下水位线至开挖基底中心线之间的中心位置，布置避开永久建筑物基础。3 深井管井的构造3. 1 井管井管内径须大于水泵直径，并有一定操作间隙；井管要有足够的强度，能耐地下水的腐蚀，又方便施工。常用的井管为混凝土管或钢筋混凝土管。透水管有冷拔钢筋混凝土有眼管和无砂混凝土透水管两种。施工现场预制混凝土井管节长1m；透水管为两端部浇筑长10cm混凝土的无砂混凝土管，以提高强度；端部不带凹凸接头以方便捆绑。由于预制精度的原因，内径正常为40cm，壁厚5cm，以确保外径为232mm的水浸式工程潜水泵检修运行不卡泵。工厂化制管机生产井管，施工精度很高，定型管径为30cm，壁厚为3cm，透水管为井壁设置孔眼的钢筋混凝土管。3. 2 滤布采用玻璃丝布作滤布，使深井施工成功率大大提高。玻璃丝布的规格正常为80120目，这与被保护土层土的粒径有关。100目的玻璃丝布孔眼直径为0.005mm左右，可有效地防止被保护土层中的砂质土颗粒经地下渗流液化流失，从而避免地基扰动破坏。滤布正常包裹双层，目的主要是防止外层滤布损坏，内层能继续起保护土层的作用。使用滤布必须注意：1.双层包裹时孔眼密的滤布包裹在内层，容易出现透水不畅；2.滤布选用土工布，土工布为非规则织布，采用土工布做滤布在成井洗井较差时会产生出水不畅，更为严重的是出水的含砂率达不到规定要求，引起地基破坏；3.使用滤布规格不准确，易造成深井淤塞或深井含砂量超标，深井无法使用。3. 3 滤料滤料选用也根据被保护土层的颗粒组成选定，可根据下式确定：D15（45）d15式中D15-滤料的粒径，小于该粒径的颗粒占总重的15%；d15-被保护土壤颗粒粒径，小于该粒径的颗粒占总重的15%；d85-天然土壤颗粒粒径，小于该粒径的颗粒占总重的85%。洁净级配良好的中粗砂均可直接作滤料使用。成井时，为确保出水通畅，井管四周滤料必须均匀。3. 4 井管接头连接方式分节井管的端部埋设扁铁箍，安装时采用电焊焊接成一个整体。4 深井的施工4. 1 成孔深井的造孔施工方法同灌注桩施工造孔。造孔要求孔位准确，成孔垂直度要求高，并要防止孔壁坍塌。成孔后，清孔泥浆浓度低。要确保成孔的垂直度，成孔钻机底座必须牢固、基础强度高，开钻时，精确检查钻杆的垂直度，这样成孔垂直度好，安装的井管和成孔同心。造孔有清水固壁法、泥浆固壁法。清水固壁法有利于成井后深井的出水量。但需要较大的供水量，钻机底座对基础要求高，施工成本高，因此极少采用。泥浆固壁法影响成井后的出水量，施工时可采取加快钻进速度，控制护壁泥浆比重，成孔后加强洗孔，洗孔后泥浆比重小于1.05g/cm3，砂土地基造浆时掺用澎润土及烧碱以防止坍孔。4. 2 井管安装及滤料回填洗孔完成后，拆除钻杆，及时进行井管安装，回填滤料。地下水位线以下井管宜采用透水管。下井管时应将分节井管牢固连接，并保证井管竖直、居中。井管下完后应及时填滤料，滤料均匀分布在井管四周。滤料填筑高程应同地层相对应，一般高出含水层进入不透水层0.51.0m。4. 3 洗井洗井的目的是破碎泥皮，洗出反滤料中的粘土颗粒及粉细砂碎屑，使出水清澈流畅。洗井应在成孔完成后立即进行。洗井应选择适应地层及井的结构的洗井方式。4. 4 深井的运行管理施工期内，必须保持深井连续抽水，施工用电须达到100%的保证率，配备足够数量备用水泵。5 工程实例江苏省南通九圩港船闸基坑土质为粉砂土夹亚粘土薄层或淤泥质粉土夹粉砂，青灰色、中密、饱和，中、高压缩性，地基承载力为110190kPa，土的渗透系数为2.5610-2cm/s，基坑开挖及 井布置见图2，整个基坑共打设深井41口，深井井距为20m，深井设计井深2326m。地下水位位于地面下1.5m左右，深井成孔直径为80cm，成孔时埋设直径85cm钢护筒一节，顶高高出地面30cm左右，采用潜水钻机泥浆固壁法成孔，施工自地表高程开钻，控制护壁泥浆比重为1.15g/cm3左右。成孔后加强洗孔，井管安装时泥浆比重为1.05g/cm3左右，泥浆含砂率小于4%，虽孔壁土质差，但由于保证护筒口高程高于地下水头1.5m左右的净水位差，成孔未发生坍孔。21号深井为夜间成井，成井后洗井泥浆浓度达1.10g/cm3左右即安装井管，造成深井成孔淤积深度达2.2m，深井出水量也不足200m3/d。井管节长1m，在现场预制，管内径为40cm，壁厚为5cm，单口深井上部用不透水管，长度为10m，下部为两端部浇筑10cm混凝土的无砂混凝土管。井管外层包裹120目及100目玻璃丝布各一层，滤布外包裹砂网一层。相邻井管接头处采用烧熔的热沥青倒入水中急冷却并揉成细棒状填塞，起到修整相邻单节井管施工误差，使井管内壁基本顺直。井管的外侧用4根宽5cm左右的毛竹片铁丝扎牢，保证了单口深井的整体强度。井外滤料为中粗砂。井底留设孔眼吊装，成井后采用30cm厚碎石、50cm厚黄砂压底。单井平均日出水量为465m3/d；井内间隔设置功率2.2kW及功率5.5kW的水浸式潜水泵抽水，深井实测出水量和安装水泵抽水量基本稳合，施工