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11降水施工工艺工法
降水施工工艺工法
QB/ZTYJGYGF-FJ-0111-2011
建筑安装工程有限公司魏瑞芳
1前言
1.1工艺工法概况
在地下水位较高的透水土层中进行基坑开挖施工时,由于基坑内外的水位差较大,较易产生流砂、管涌等渗透破坏现象,有时还会影响边坡或坑壁的稳定。
因此,往往需要在开挖之前,采用人工降水方法,将基坑内或基坑内外的水位降低至开挖面以下。
目前广泛运用于房屋建筑、地铁车站等深基坑施工中。
1.2工艺原理
在基坑土方开挖之前,用真空(轻型)井点、喷射井点或管井深入含水层内,用不断抽水方式使地下水位降至坑底以下,同时使土体产生固结以方便土方开挖。
2工艺工法特点
2.1轻型井点降水具有机具设备简单,使用灵活,装拆方便,降水效果好,可提高边坡的稳定,防止流砂现象的发生,降水费用较低等优点。
但需配置一套井点设备。
2.2喷射井点降水设备较简单,排水深度大,可达8~20m,比多层轻型井点降水设备少,基坑土方开挖量少,施工快,费用低。
2.3管井井点降水设备较为简单,排水量大,可代替多组轻型井点作用,水泵设在地面,易于维护等优点。
2.4电渗井点降水除有与一般井点降水相同的优点外,还可用于渗透系数很小的黏土和淤泥中,效果良好;同时与电渗一起产生的电泳作用,能使电极周围土体加密。
3适用范围
本标准适用于轻型井点、喷射井点、管井(深井)井点、电渗井点降水施工。
表1各类降水方法适用范围
井点类型
渗透深度(cm/s)
降水深度(m)
土类
轻型井点及多级
轻型井点
10-2~10-5
3~6
6~12
粉质粘土、粉土、细砂、中细砂
喷射井点
10-3~10-6
8~20
黏土、淤泥质黏土、粉质黏土
管井井点
<10-6
20~40
粉土、砂土、碎石土、岩石
电渗井点
>10-5
>10
含薄层粉砂的粉质黏土、粉土、粉细砂
4主要引用技术标准
《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300)
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202)
《建筑地基基础设计规范》(GB50007)
《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120)
《建筑与市政降水工程技术规范》(JGJ/T111)
5施工方法
5.1轻型井点:
在基坑外围或一侧、两侧埋设井点管深入含水层内,井点管的上端通过连接弯管与集水总管连接,集水总管再与真空泵和离心水泵相连,启动抽水设备,地下水便在真空泵吸力的作用下,经滤水管进入井点管和集水总管,排出空气后,由离心水泵的排水管排出。
5.2喷射井点:
利用井管下部的喷射装置,将高压水(喷射井点)或高压气(喷气井点)从喷射器喷嘴喷出,管内形成负压,使周围含水层中的水流向管中排出。
5.3管井井点:
利用钻孔成井,多采用单井单泵抽取地下水的降水方法。
一般当管井深度大于15m时,也称为深井井点。
5.4电渗井点:
在轻型井点或喷射井点管的内侧加设电极,通以直流电,利用黏土的电渗现象把流向井点的水排出地面。
6工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
图1降水施工工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1施工降水以施工阶段为独立降水单元组织降水,按照工程结构特点,在开始降水时整体起动降水井,将地下原始水位降至基坑工作面下1m(降水设计位置),再有计划的分批、间隔、有序启动降水井降水,稳定降水水位。
6.2.2井点的布置
1轻型井点布置:
应根据基坑的平面形状与大小、土质和水文情况、降水深度等而定。
当基坑或沟槽宽度小于6m,降水深度小于5m时,可采用单排水点,设在地下水上游一侧。
当基坑或沟槽宽度大于6m或土质不良、渗透系数较大时,宜采用双排水点,设在基坑或基槽的两侧。
当基坑面积较大,宜采用环状井点布置。
2喷射井点布置:
与轻型井点基本相同。
3管井井点布置:
采取沿基坑外围四周呈环形布置,或沿基坑(沟槽)两侧或单测呈直线形布置。
井管中心距基坑(沟槽)边缘距离。
当用冲击钻时为0.5~1.5m,当用钻孔法成孔时不小于3m。
井管埋设深度和距离,应根据降水面积和深度及含水层的渗透系数而定。
4电渗井点布置:
同轻型井点沿基坑外围布置。
6.2.3降水井施工关键工序控制点
1专人负责进料,确保井壁管、过滤管(外包80目钢丝网)、围填砂、粘土等材料的质量。
2定位完成后、埋设护孔管,埋设护孔管要求垂直,护孔管尽可能进入原状土层内20~50cm,外围用粘土填实,防止泥浆返出孔外,孔斜误差不超过1%。
3钻进清孔。
选择没有冲击作用力的钻机,防止破坏降水井滤水通道,水来源不足导致降水失败。
钻进前测量好钻具总长,精确计算机上余尺,控制钻进深度,钻进中不宜使用泥浆护壁,影响以后降水井出水效果。
适合注水进入井孔,提高水头。
终孔深度达到后,对孔内自造浆用清水抽换,同时保持孔内液面高度。
4下井管,按设计井深事先将井管排列、组合,下管时所有深井的底部按标高严格控制,并且保持井口标高一致。
井管应平稳入孔,保证环状填砾间隙厚度大于100mm。
井管接口处用过滤网密封,减少降水过程中接口侵入细砂。
5填砾冲孔,下入钻杆至离沉淀管底50cm,井口加上补心进行换浆,逐步调稀泥浆到比重1.08左右时边填边测,一边填一边开小泵量泥浆循环。
填砾达到要求深度后停止。
6止水封孔,为了防止上部泥浆及降水直接渗入砾料内影响成井质量,等填砾结束20分钟后,上部填粘土。
7洗井。
洗井要求采用活塞和空压机联合洗井方法,缺一不可。
要求洗井台班至少2个台班,确保洗井质量,直至井内出清水,基本不含砂,出水量大,井底沉砂不大于20cm。
8下泵试抽:
洗井结束后,待水位恢复可按设计下泵,下入深度宜在滤水管下半部分的位置,以保证足够的降深。
排水管道及电源线路一定要先连接好,试抽3个小时,测定井内水位及观测孔水位变化,安装水表测流量,预估降水试验运行途径,等水位恢复后,积极配合抽水试验。
9抽水试验:
为了确定该场地水文地质参数,根据设计要求,抽水试验必须在井群正式施工前进行,试验选用井位图上降水井作为抽水井,另一降水井暂作为观测井,采用深井潜水泵,井打好后,先各抽1~2天或更长时间,以确保抽水时流量稳定,待水位恢复,抽水开始前应测定孔内和潮水水位变化情况,则抽水试验应选择井内水位波动相对平稳的时段。
开始进行抽水试验,观测前,测量2口井的初始水位,观测水位时间间隔,抽水开始0~10min,每1min观测1次共10次;10~30min,每2min观测1次;,30~100min每5min观测1次;100min以后每50min观测一次。
如48小时仍无法大致完整绘出S-lgt和lgs-lgt曲线,时间还可能继续延长,根据抽水试验得到参数分析,可能存在的水力联系情况,选用合适公式确定相关水文地质参数,根据测得的水文地质参数,再重新进行井群计算,优化降水方案,选配适当流量的抽水泵,制定相应的降水运行方案。
10抽水需要每天24小时派人现场值班,并做好抽水记录,每天报水位、流量。
记录内容包括降水井涌水量Q和水位降深S,并在现场绘制S-T,Q-T,S~Q曲线与基坑开挖深度附近监测资料绘于同一图上,了解其相关关系,以掌握抽水动态,指导降水运行达到最优。
选择有代表性的井及时抽干井内的水观测恢复水位,以准备掌握水位降深,又不过大影响降水正常运行。
抽水运行期间还必须注意观测沉井进展情况,记录沉井标高,注意收集沉井监测资料变化情况。
7劳动力组织
表1劳动力安排表(10口井/天参考用工)
工种
人员数量(人)
工种
人员数量(人)
电工
1
普工
3
机修工
3
8主要机具设备
8.1施工机械
8.1.1管井井点降水:
成孔机械有回转冲击钻机、锅锥钻机;抽水机械有离心泵、深井泵、深井潜水泵、空压机。
8.1.2轻型井点降水:
成孔机械有小型钻机;抽水机械有离心泵、真空泵。
8.1.3喷射井点降水:
成孔机械有钻机;抽水机械有喷射器、高压泵、空压泵、真空泵、离心泵。
8.1.4电渗井点降水:
成孔机械有钻机;抽水机械有离心泵、直流电机。
8.2工具用具
铁锨、撬棍、手推车、扳手、电缆、闸箱等专用、通用工具。
9质量控制
9.1易出现的质量问题
9.1.1基坑内水位下降不均匀、基坑外侧地表变形大。
9.1.2滤管的位置、标高以及滤网和砂滤料规格未按照土层情况选用,渗透能力差。
9.1.3井点受杂物堵塞。
9.2保证措施
9.2.1对降水实施效果进行复核,在降水标高不能满足设计要求的情况下及时确定井水补救措施,尽快落实补救方案,使工程施工顺利进行。
9.2.2施工现场应做好基坑内的明排水准备工作,以防基坑开挖时遇雨能及时将基坑内的积水抽干。
9.2.3在井管四周灌注砂滤料完成后应立即洗井。
洗井时将管井孔壁泥皮破化,并把附近土层内遗留下来的的泥浆及时吸出。
9.2.4在井内安装水泵前,测量井孔的实际深度和井底沉淀物的厚度,如果井深不足或沉淀物过厚,需要对井孔进行冲洗,排除沉渣。
9.2.5降水的设备(主要是潜水泵)在施工前及时做好调试工作,确保降水设备在降水运行阶段运行正常。
工作现场要备足水泵,数量多于井数的2台。
使用的水泵要做好日常保养工作,发现坏泵应立即修复,无法修复的应及时更换。
9.2.6降水工作应与开挖施工密切配合,根据开挖的顺序、开挖的进度等情况及时调整降水的运行数量。
9.2.7降水配电线路设置专门工作线路,实行专线供电。
实行双回路电源,在工地停电时及时转换供电方式,由电网供电变为自发电供电,保证降水工作运转正常。
9.2.8加强施工过程中的水位监测,切实负责;使降水水位的数据采集真实可靠,为采取各种措施提供依据。
在地下水位有特殊变化和有降水影响时,加大降水数据采集频率,及时调整降水参数。
9.2.9电工加强线路安全检查,每天对水泵接线进行一次检查,水泵运转不正常时,电工应现场跟踪检查,排除用电故障。
对供电主线及发电机组每周进行一次检查,保证主供电电缆防护得当,发电机工作正常。
9.2.10对周边建筑物进行监测,当周围地面和建筑物发生较大不均匀沉降、倾斜、开裂或管道断裂时,应立即采取回灌措施。
9.2.11井管口应有保护措施,防止杂物掉入井管内。
10安全措施
10.1主要安全风险分析
机械伤害、触电伤害
10.2保证措施
10.2.1对施工现场的危险源进行有效控制,防止职业危害,建立良好的作业环境。
10.2.2钻(冲)井孔时,应及时排除泥浆,清除弃土,保持地面平整坚硬,防止人员跌伤。
10.2.3吊装或起拔井点管时,应遵守起重设备操作规程,注意避开电缆或照明电线,防止触电。
10.2.4降水井施工阶段安全重点为降水井钻孔安全及防护安全,降水井下井管吊装安全控制。
降水运行阶段的安全控制重点为降水用电安全、做好安全用电的检查防护。
10.2.5井点管和抽水设备的安装必须平稳、牢固,保证降水期间设备的正常运行。
降水过程中对降水井口焊接防护井盖,避免发生不安全事故。
10.2.6现场机械操作人员必须持证上岗,各种机械设备必须由专人负责使用。
11环保措施
11.1在降水前做好对周围环境的调研工作,合理使用井点降水,尽可能减少对环境的影响。
井点运行过程中进行地下水位监测的同时,还应对周围环境进行监测。
包括对坑外地形的变化,临近建筑物的沉降和倾斜等。
11.2产生的泥浆、弃土及时清运,运输时必须覆盖,避免产生扬尘和遗撒。
12应用实例
12.1工程简介
根据工程地质条件、水文地质条件及基坑周边建筑物环境条件,金花路车站基坑降水采用坑内管井降水+观测井+回灌井的综合方案。
通过对本工程的周围环境、工程地质、水文地质进行分析,对本工程有利的地质环境如下:
地层中的中砂夹层(4-7层饱和密实中砂,该层分布地面下34.0m以下,厚度0.60~4.10m),渗透系数较大,采用管井法降水时,降水井可不穿透此层,对基坑中水位的下降有利。
12.2施工情况
降水的步序:
基坑内降水采用坑内分层降水至设计水位、分批运行;主体工程施工完成后,分层恢复至自然水位的施工方案。
围护结构灌注桩、止水帷幕施工完,基坑内降水井及设施施工完毕后,对基坑内分层整体进行降水,将坑内水位降至设计水位。
分批运行基坑内部降水井,调节降水井的抽水时间,保持降水后稳定水位,直到该段车站主体工程施工完成。
主体工程完成后,通过减少抽水井数量,减小抽水强度方法,控制地下水位逐步回升,分层逐步恢复到自然水位。
12.3工程结果评价
单个井点的成井质量高,施工过程中严格控制了成井口径、孔深、井管配置、砾砂填筑、洗井试抽等工序,降水质量合格。
12.4建设效果及施工图片
图2正在抽水作业降水井
图3水位观测孔
图4抽水、降水
图5地面排水管路
图6基坑中降水井结构及降水效果
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