轻型井点降水与井点回灌在城区河道整治工程中的应用

轻型井点降水与井点回灌在城区河道整治工程中的应用1、工程概况红叶排水沟是仪征市区一条雨污合流的河道，2007年列入政府十大重点工程进行综合整治。其中桩号0+440～0+556段老河道东侧有一户居民住房紧靠沟边，在将该段河道整治方案及新河道中心线多次推敲和调整后，所确定的东侧护岸挡土墙底板后缘与民房最近处仅相距5.8m，实地调查得知该户房屋为十几年前建成的砖混结构房且基础很浅，采用井点降水施工河道护岸挡土墙时，由于井点降水降低了护岸挡土墙墙后的地下水位，也同时降低了河道东侧民房部位的地下水位,而可能引起民房的不均匀沉降，甚至导致房屋墙体开裂等现象发生，影响到房屋的质量及其住户的安全与正常生活。为解决这一矛盾，项目部拟定了轻型井点降水结合井点回灌的方案，在准备充足的条件下组织突击施工，既保证了该户房屋的质量及居民的正常生活与安全，又使得河道整治工程施工顺利进行，取得了较好的效果。2、原理和方法（1）轻型井点降水轻型井点是沿基坑四周每隔一定距离埋入井点管（直径38--51mm，长5--7m的钢管）至蓄水层内，由井点管、过滤管、集水总管、主管、阀门等组成管路系统，并由抽水设备启动，在井点系统中形成真空，并在井点周围一定范围形成一个真空区，真空区通过砂井扩展到一定范围。在真空力的作用下，井点附近的地下水通过砂井，经过滤器被强制性吸入井点系统内，抽水设备将地下水从井点系统内不停抽出，使井点附近的地下水位得到降低，从而使原有地下水降至坑底以下。在作业过程中，井点附近的地下水位与真空区外的地下水位之间，存在一个水头差，在该水头差作用下，真空区外的地下水是以重力方式流动的。所以常把轻型井点降水称真空强制抽水法，更确切地说应是真空—重力抽水法。只有在这两个力作用下，基坑地下水才会降低，并形成一定范围的降水的漏斗抛物线。（2）井点回灌回灌井点施工原理是在降水区与临近建筑物直径的土层埋置一道回灌井点，采用补充地下水的办法，向土层灌入足够数量的水，使降水井点的影响半径不超过回灌井点的范围，以形成一道隔水屏幕，阻止回灌井点外侧建筑物下的地下水流失，使原有建筑物的地下水位保持不变或降低较少，这样就能防止因降水而造成的地面沉降，或至少可以减少沉降值。3、方案设计3．1施工降水方案⑴井点降水管布设经实地测量该户房屋沿河道方向长12m，南、北两端距拟建护岸挡土墙底板后缘分别为5.8m、9.7m，为使井点降水管尽可能离民房远一些，将该段井点降水管布设在挡土墙底板外侧0.5m处，同时仅考虑将地下水位降到挡土墙底板底层下0.5m即可。本段河道设计河底高程为▽3.5m，挡土墙底板底面▽2.5m，地下水计划降至▽2.0m，河道中心与降水井点管相距4～5m，计算如下：井点内水位：▽2.0m-5×0.1=▽1.5m，井点管管底布置在▽0.5m，滤水管顶▽1.5m。现状地面高程在▽6.8m左右，在边坡上施打，井点支管选用6.0m长。为便于突击施工，施工工段长定为60m，井点管成一排布置，间距布置成1.5m，计布置40眼井。⑵该段地质情况本段工程附近的钻孔为D433孔号，该孔钻深仅5.6m，未到底，可参见其前后钻孔D436(北侧)、D431(南侧)，即主要依据2——2工程地质剖面图，该处地质由上而下依次为1、2、3、6、7、8层，其地质主要参数如下表：地层平均层厚（米）层间高程（米）土层分类渗透系数Kcm/s（m//d）11.2▽7.10m～▽▽5.900m人工堆土1.5×10--4(0.1296))22.9▽5.90m～▽▽3.000m灰黄、灰色轻粉粉质砂壤土土、粉土2.2×10--4(0.19)32.0▽3.00m～▽▽1.00m灰色粉土、轻粉粉质砂壤土土6.3×10--4(0.544)63.8▽1.00m～▽▽-2.880m灰黄夹灰白色重重粉质砂壤壤土、粉质质粘土—73.4▽-2.80m～～▽-6.220m灰黄夹灰白色重重粉质砂壤壤土、粉质质粘土—8＞6.75未见底紫红色粉质粘土土—考虑到施工期地下水位要比测量时（▽6.10m）略低，近似取▽5.90m(即1层土层底的标高)。⑶涌水量计算本区第2、3层均以轻粉质砂壤土、粉土为主，根据室内垂直渗透试验果，2、3层中为中等渗透性，它们共同组成场地上部松散岩内孔隙水，4、5、6、8层土为其相对隔水底板，第3层底▽1.0m，考虑到井点布置、土层的不准确性，也为计算方便，将不透水层顶面放在▽1.0m本例按无压完整井计算，计算简图如下：无压完整井计算意简图无压完整井计算意简图涌水量计算方法参见水利电力出版社出版、武汉水利电力学院编《水力学计算手册》。无压完整井涌水量：q=1.36式中:k—渗透系数(厘米/秒)H—含水层厚度(米)H=5.9m-1.0m=4.9mh0—井中水深(米)h0=0.5m r0—井的半径(米)r0=0.15mR—影响半径(米)R=3000sk加权平均，式中单位m/s。k=(2.9×2.2×10-6＋2.0×6.3×10-6)÷(2.9＋2.0)=3.87×10-6m/sR=3000s=3000×4.9=28.92mq=1.36=1.36=0.000055m3/s本施工段长60m，计布置一排40眼井，上面计算中是考虑四面进水，实际情况是两侧进水，进水量不到上面计算的一半，因此，井点的总涌水量近似计算如下：Q=0.000055m3/s×40×0.5×3600s/h=3.96m3/h=95.04m3/d3．2井点回灌方案回灌井点系统由水源、水箱、流量表、闸阀、总管、回灌井管组成。其工作方式恰好与降水井点系统相反，将水灌入井点后，水从井点周围土层渗透，在土层中形成一个和降水井点相反相成的倒转降落漏斗。本工程既有降水，又有开挖，再加之回灌，情况比较复杂，计算有一定的困难，主要以实验为主。（1）回灌井的平面布置考虑到施工时要一边排水，又要一边回灌，因此回灌井点管与排水井点管之间距离不能太近，因本工程场地又十分狭窄，此距离又不能太大，经综合考虑，回灌井点管与排水井点管的间距定为6m，紧靠民房布置，回灌井井距亦采用1.5m，同样计布置40眼井。（2）回灌井的结构回灌井的结构与排水井点基本相同，但考虑到回灌井应略高于排水井，回灌井底高拟高于降水井点管底1.5m，回灌井点管管底布置在▽2.0m，滤水管顶▽3.0m，井点支管选用5.0m长。（3）回灌井的水源为保证回灌井有一定的注水压力（一般不低于0.5个大气压），用钢管、木板搭建一距地面5米高的临时水塔，以设置高位水箱。降水初期直接用自来水注入水箱，降水井正常运行后用水泵将降水井点集水箱里的水抽提到水箱内，保持水箱内正常水位。（4）观测井及沉降观测点在民房附近设置2～3个水位观测井，同时在民房四周墙壁上设6～8个沉降观测点，降水前测得观测井内初始水位以及沉降观测点的初始标高值，降水期间固定专人定时观测，并作好观测记录。4、降水及回灌井点施工和使用4.1井点施工工艺程序放线定位—>铺设总管—>冲孔—>安装井点管、填砂砾滤料、上部填粘土密封—>用弯联管将井点管与总管连通—>安装抽水设备与总管连通—>安装集水箱和排水管—>开动真空泵排气、再开动离心泵抽水—>测量观测井中地下水位变化。4.2井点管埋设井点埋设可根据土质情况、场地和施工条件，选择适用的成孔机具和方法，常用方法是用高压水冲刷土体，用冲管扰动土体助冲，将土层冲成圆孔后埋设井点管。所有井点管在地面以下0.5～1m的深度内用粘土填实，以防漏气。井点管埋设完毕后接通总管与抽水设备，接头要严密，并进行试抽水，检查有无漏气、淤塞等情况，出水是否正常，如有异常情况，检修好后方可使用。4.3降水井点使用井点使用时应保持连续不断地抽水，一般在抽水3～5天后水位降落漏斗基本趋于稳定。正常出水规律是“先大后小，先混后清”。如不上水，或水一直较混，或出现清后又混等现象，应立即检查纠正。要经常观测井点系统的真空度，一般不低于55.3～66.7kpa，如真空度不够，通常是由于管路漏气，应及时修好。井点管淤塞可通过听管内水流声；手扶管壁感动振；夏季时期用手摸管子冷热、潮干等简便方法进行检查。如井点管淤塞太多，严重影响降水效果时，应逐个用高压水冲洗井点管或拔出重新埋设。4.4回灌井点使用（1）回灌井点必须在降水井点启动或在降水的同时向土中灌水，且不得中断，当其有一方因故停止工作时，另一方应停止工作，恢复工作亦应同时进行。（2）回灌水量应根据地下水位的变化及时调整，尽可能保持抽灌平衡，既要防止灌水量过大而渗入基坑影响施工，又要防止灌水量过少使地下水失控而影响回灌效果。为此要根据观测井内的水位变化情况及时调整抽水量或灌水量，使原有建（构）筑物下的地下水位保持一定的深度，从而达到控制沉降的目的，避免裂缝的产生。（3）要经常检查回灌水的污浊度及水质情况，避免产生孔眼堵塞现象，同时也必须及时校核灌水压力及灌水量，当产生孔眼堵塞时应立即进行井点冲洗。确保用清水回灌，以保持回灌水量。（4）做好回灌井点设置后的冲洗工作，冲洗方法一般是往回灌井点大量注水后，迅速进行抽水，尽可能地加大地基内的水力梯度，这样既可除去地基内的细粒成分，又可提高其灌水能力。4.5回灌井试验为验证回灌效果,项目部选择了与拟施工段地质条件相近的石桥河边进行了回灌试验。简要过程是：3月22～23日将降水及回灌设备各一套布设完成（按设计的排距、井距，详见回灌试验布置图），24日将设备调试到位，上午10：00测得观测井1和2的原始水位分别为▽4.35m、▽4.15m；10：45开始抽水，经过一段时间的观测，在3月25日上午6：40两个井水位停止下降，稳定在▽3.4m、▽3.0m，基坑内干燥。8：15开始回灌，两观测井内的水位随后上升，10：00开始水位停止上升，稳定在▽4.15m、▽4.05m，同时基坑内干燥可行人。经过7个小时的持续观测，水位仍无变化后停机。水位观测记录见回灌试验观测井水位表。回灌试验观测井水位表观测时间观测井1（南▽▽7.22m）观测井2（北▽▽7.36m）备注绳长水位高程绳长水位高程00:002.87▽4.353.18▽4.1810:453.84▽4.383.2▽4.1610：45开始抽水11:453.49▽3.733.97▽3.3912:503.55▽3.674.05▽3.3114:053.61▽3.614.13▽3.2315:093.64▽3.584.17▽3.1916:183.65▽3.574.19▽3.1717:113.68▽3.544.19▽3.1719:393.70▽3.524.24▽3.1222:553.75▽3.474.27▽3.09::243.81▽3.414.32▽3.044:003.81▽3.414.35▽3.016:423.82▽3.44.39▽2.978:203.53▽3.694.28▽3.088:15开始回回灌9:003.25▽3.973.51▽3.859:553.15▽4.073.34▽4.0211:003.10▽4.123.37▽3.9912:003.11▽4.113.31▽4.0513:003.08▽4.143.31▽4.0514:003.08▽4.143.31▽4.0515:003.07▽4.153.32▽4.0416:003.07▽4.153.32▽4.0417:003.07▽4.153.32▽4.04经过本次约30小时的回灌实验，发现井点回灌确实能阻止回灌井外侧地下水流失，使回灌井外侧地基下的水位降低较少，为回灌井在本工程中的应用提供了实践依据。5、效果分析该工段于2008年4月2