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浅谈井点降水在水利工程中的应用

发表时间：2021/5/19 来源：《基层建设》2020年第35期作者：徐展柴文光

[导读] 摘要：随着社会的不断发展，水利工程作为一项民生工程，在政府的不断重视下，取得了很大的进步。

        江苏恒基路桥有限公司江苏常州 213002
        摘要：随着社会的不断发展，水利工程作为一项民生工程，在政府的不断重视下，取得了很大的进步。众所周知，水利工程在施工过程中所涉及的地址情况较为复杂，处在高水位下的建筑物不在少数，对水利工程的整体质量极为不利，因此，降水工程在水利工程中的应用尤为重要，将地下水位降至开挖面下0.5m以上也是安全施工的前提。本文针对水利工程中井点降水的应用，进行分析，进而为工程整体质量和施工安全提供一定基础保证。
        关键词：水利工程井点降水
        一、工程概况
        1、工程概况
        长江泰兴段沿岸生态廊道工程中涉及拆建的穿堤排涝站有包港排涝站、解圩排涝站、头桥排涝站及四圩排涝站共4座，涉及拆建的涵洞有包港涵洞、解圩涵洞、头桥涵洞及四圩涵洞共4座。
        本工程为钢筋混凝土结构，泵室部分共三孔，其中两边孔各布置一台600ZLDB-70轴流泵，叶片安装角度为0°，单机流量为1.00 m3/s，配套电机功率为110KW，中孔为设置自流孔的胸墙单孔闸，闸门采用2.0×2.0m（宽×高）铸铁闸门，配套QLW-50KN-SD手电两用两用螺杆式启闭机，泵站底板面高程-1.00m，泵室顶高程为3.60m，泵室顺水流方向长12.5m，垂直水流方向长9.0m，进水口处依次设一8m长进水池及10m长浆砌石护底；涵洞部分为1孔2.0×2.0m箱涵，出水口（长江侧）设一扇2.0×2.0m（宽×高）铸铁闸门，配套QLW-50KN-SD手电两用两用螺杆式启闭机，涵洞底板顶高程为-1.00m，涵洞总长37m，出水口为4m长八字墙出水
        2、工程地质概况
        场地勘探深度内的地层为第四系全新统冲积相及更新统河湖相夹海陆过渡相沉积层，地层主要岩性为粉质黏土、粉砂、淤泥，淤泥质粉质黏土夹砂、粉质黏土夹砂，粉砂、细砂、粗砂等。依据分布规律和物理力学性质，将勘探深度内地层分为7个工程地质层及亚层，各层特征及工程地质性质分述如下：

        3、地下水情况
        拟建场地地下水类型为赋存于浅部填土及粘性土中的潜水，受大气降水及地表水的渗透补给，水位随季节变化。实测场地水位埋深2.20m～2.50m，水位标高为1.93～1.73m。
        不良地质现象
        拟建场地范围内已查明浜底一般深标高为0.5m.
        2层：淤泥质重粉质壤土（Q4al）。局部夹稍密状砂壤土薄层（局部互层）。灰色，灰黑色。流塑～软塑状。味略臭。局部见螺壳。稍有光泽，无摇震反应，干强度及韧性中等。层底标高-9.24～1.45m，层厚0.70～11.20m。场地基本分布，局部缺失。
        3层：重粉质砂壤土（Q4al）。根据其强度，将其分为3个亚层：
        3-1层：重粉质砂壤土。局部夹流塑状～软塑状壤土微薄层，局部黏性大。灰色，灰黑色。多呈稍密状，局部稍密～中密状。无光泽，摇震反应迅速，干强度及韧性低。层底标高-12.63～-2.04m，层厚1.10～10.20m。场地分布范围较广，局部地段缺失。
        3-1A层：重粉质壤土。灰色。流塑～软塑状。稍有光泽，无摇震反应，干强度及韧性中等。该层为3-1层重粉质砂壤土中夹层，层底标高-10.35～-3.62m，层厚约1.50～9.00m。局部分布。
        3-2层：重粉质砂壤土。局部夹流塑状～软塑状壤土微薄层。灰色。稍密～中密状。无光泽，摇震反应迅速，干强度及韧性低。层底标高-16.91～-7.64m，层厚1.50～13.00m。局部分布。土方开挖及桩基施工时要加以注意。
        该工程各部基坑开挖深度如下：

        二、降水方案
        2.1井点位置布置
        1、井点平面布置图

        本项目进行降水施工，旨在疏干基坑，保证坑内土体固结，以减少因挖土对坑内土体产生扰动，提高被动侧土的强度。在不影响基坑外地下水位变化的前提下，为基坑创造良好的干施工环境。本工程的围护结构采用的是大放坡，该工法不具有防渗功能。基底土层分布地下水不利于边坡的稳定和环保要求。根据我公司的降水施工经验，对重粉质砂壤土土层，仅采用重力式排水法降水，在短时期内土体难以疏干，因此本工程提出组合方式进行降水，即采用“真空轻型井点联合深井井点”的降水方法。基坑内地下水位下降深度应控制在开挖面以下1.00m左右。在超深开挖区，采用轻型井点进行局部的降水。按照土方开挖的施工顺序，降水施工也分为两个施工阶段，管井井点降水和真空轻型井点降水。
        2.2深井井点降水工程
        设计管井数量17个，管井埋设深度15 m，井距15m左右，管井采用外径φ360mm，内径φ300mm的UPVC管，井管每节6m，除上部4m为井壁管外，其余均为滤水管。沉井时钻孔断面直径φ400～500mm，中心垂直按设外径为φ360mm井管套管。成井后，下泵抽水。管井井点降水主要的目的是维持基坑坑底干燥，增加基底的稳定，并辅助轻型井点疏干基坑。因此，在支撑和土方开挖施工过程中不能破坏、阻死管井井点，中途不得无故终止抽水工作。每口井均按装自动控制仪，自动控制仪实时架空地下水位深度，当地下水水位上升到控制深度时，自动控制仪将自动接通电源进行降水。
        2.2.1施工准备
        1、材料
        UPVC套管(滤管)、滤网、2—4mm砂砾混合料，不得采用中砂，严禁使用细砂，以防堵塞滤管网眼、潜水钻机、泥浆车、泥浆泵、清水泵、潜水泵等。
        2、作业条件
        ①现场三通一平已完成。
        ②地质勘测资料齐全，根据地下水位埋深、土层分布和基坑放坡系数，确定井点位置、数量和降水深度。
        2.2.2工艺流程
        井点测量定位→挖井口→安护筒→钻机就位→钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填井管与孔壁间的砾石过滤层→洗井→井管内下设水泵、安装抽水控制电路→试抽水→降水井正常工作→降水完毕拔井管→封井
        2.2.3深井井点施工工艺
        1、测放井位：按井位设计平面图，井的位置布置在基坑台阶上，离开坡口0.7m,若由于障碍物等因素造成井位不能到位时，可适当移位，但最大移位控制在2m以内。
        2、钻机就位：钻进平稳牢固，勾头、磨盘和孔位应在一条垂线上。
        3、钻孔：清水钻井，钻头直径380mm，成孔直径≥400mm，钻孔泥浆比重控制在1.2左右，垂直度控制在1%以内。
        4、清孔：钻机钻至设计深度后，用比重小于1.1的泥浆进行清孔，保证孔内泥浆比重处于1.08~1.1之间。
        5、下井管：下井管前，应当对孔深进行测量，孔深达到设计要求方能下管，且管底应用铁板封焊，管身设找中器，要求垂直逐节焊接，管顶应外露地面30cm左右。
        6、填滤砂：先用塑料布封住管口，软管连接自来水后装入管井内，动水投砂，填砂过程中井内溢出的泥浆用泵抽送泥浆池。
        7、洗井：填料结束，立即洗井，用压力水反冲，要求破坏孔壁泥皮，洗通井周渗透层。
        8、安泵抽水：洗井结束，移机立即安泵，泵放到井底，然后将泵上抬1m左右。刚开始抽出的水混浊，并且含有少量砂，后慢慢变成成清水。每口井井内都装设抽水自动控制仪，保证在每口井内水位上升到设计深度时，自动控制仪将自动进行抽水，并将水位下降至设计深度。
        9、抽水运转：整套井点机组需安装真空表，注意真空度变化情况，出水应先浊后清。
        10、水泵安装后，对水泵本身和控制系统做一次全面细致的检查，合格后进行试抽水，满足要求后转入正常工作。
        11、拆除设备，降水达到要求的时间后，拆除井点设备。
        2.3真空轻型井点降水施工
        在基坑内，项目部拟埋设4套真空轻型井点进行降水。井点管约120根，井点间距1.5m，埋设深度6m，埋设完毕后即进行抽水。平均每套井点抽水10天后，可进行土方开挖。当挖土施工到井边时拆除轻型井点。轻型井点埋设施工可与支撑沟槽开挖施工同步进行。轻型井点抽水，安排在支撑砼养护期间进行，可不占用决对工期。设置4套真空轻型井点的主要目的是加快降水的速率，提高降水的效果。
        2.3.1施工准备
        1、施工机具
        ①滤管：Φ38～55，壁厚3.0mm无缝钢管或镀锌管，长2.Om左右，一端用厚为4.0mm钢板焊接牢固，在该端1.5m的范围内，在管壁上设置Φ15mm的小圆孔，孔距为25mm，外包两层滤网，滤网采用编织布，外再包一层网眼较大的尼龙丝网，每隔50～60mm用10号铅丝绑扎一道，滤管另一端与井点管进行连接。
        ②井点管：Φ38～55，壁厚为3.0mm无缝钢管或镀锌管。
        ③连接管：透明管或胶皮管，与井点管和总管连接，采用8号铅丝绑扎，应扎紧以防漏气。
        ④总管：Φ75～102钢管，壁厚为4.0mm，用法兰盘加橡胶垫圈连接，防止漏气、漏水。
        ⑤抽水没备：根据设汁配备离心泵、真空泵或射流泵，以及机组配件和水箱。
        ⑥移动机具：自制移动式井架(采用旧设备振冲机架)、牵引力为6t的绞车。
        ⑦凿孔冲击管：Φ219×8的钢管，其长度为12m。
        ⑧水枪：Φ50×5无缝钢管，下端焊接一个Φ16的枪头喷嘴，上端弯成大约直角，应当伸出冲击管外，且与高压胶管进行连接。
        ⑨蛇形高压胶管：压力应达到1.50MPa以上。
        ⑩高压水泵：100TSW—7高压离心泵，配备一个压力表，作下井管之用。
        2、材料
        粗砂，现场不得采用中砂，严禁使用细砂，防止堵塞滤管网眼，影响整体降水效果。
        3、技术准备
        ①详细查阅工程地质勘察报告，了解工程地质情况，分析降水过程中可能出现的技术问题，采取的措施。
        ②凿孔没备与抽水设备检查。
        4、场地平整
        为节约施工过程中的机械费用，本项目拟采用采用碎石桩振冲设备自制简易井架，因此，在设备机械进场前，必须对场地进行平整。
        2.3.2施工工艺
        基坑围护桩施工→埋设管井井点、试抽水→基坑围护施工完毕→管井井点抽水运行→支撑沟槽开挖同时埋设轻型井点→水位下降至→基坑土方开挖→土方开挖碰到轻型井点时即可拆除→管井井点维持降水到基坑砼底板施工完毕→拆除井管
        2.3.3井点安装
        1、安装程序
        井点放线定位→安装高压水泵→凿孔安装埋设井点管→布置安装总管→井点管与总管连接→安装抽水设备→试抽与检查→正式投入降水程序。
        2、井点管埋设
        ①根据建设单位提供的测量控制点，测量放线确定井点位置，然后在井位先挖一个小土坑，深0.5m，以便于冲击钻孔时集水，并用水沟将土坑与集水坑连接到一起，以便排除多余的积水。
        ②用绞车将简易井架移到井点位置，将套管水枪对准井点位置，启动高压水泵，水压控制在0.4~0.8MPa，在水枪高压水射流冲击下套管开始下沉，并不断地升降套管与水枪。一般含砂的粘土，套管落距控制在1000mm之内，在射水与套管冲切作用下，大约在10～15min时间之内，井点管可下沉10m左右，若遇到较厚的粘土层时，沉管时间要适当延长，此时可采取增加高压水泵的压力的方式，加快沉管的速度。冲击孔的成孔直径应达到300～350mm，保证管壁与井点管之间有一定间隙，以便于填充砂石，冲孔深度应比滤管设计安置深度低500mm以上，以防止冲击套管提升拔出时部分土塌落，并使滤管底部存有足够的砂石。
        凿孔冲击管上下移动时应保持垂直，这样才能使井点降水井壁保持垂直，若在凿孔时遇到较大的石块和砖块，会出现倾斜现象，此时成孔的孔径也应保持上下一致。
        井孔冲击成型后，应拔出冲击管，通过单滑轮，用绳索提起井点管插入井孔，井点管的上端应用木塞塞住，以防砂石或其他杂物进入，并在井点管与孔壁之间填灌砂石滤层。该砂石滤层的填充质量直接影响轻型井点降水的效果，应注意以下几点：
        a砂石必须采用粗砂，防止堵塞滤管的网眼。
        b滤管应放置在两个井孔之间，砂石滤层的厚度应控制在60～100mm，提高整体的透水性，也可以防止土粒渗入滤管，导致堵塞滤管的网眼。填砂的厚度应当均匀，速度要快，且填砂过程中不得中断，防止孔壁塌土。
        c砂石滤层的填充高度，至少要超过滤管顶以上1m，一般应填至原地下水位线以上，以保证土层水流上下畅通。
        d填砂到位后，井口以下1.0m范围内应用粘土封口并压实，防止整体漏气而降低降水的效果。
        3、将Φ15～30mm的胶管插人井点管下端来进行注水清洗，直到流出清水为止。应逐根逐次进行清洗，尽量避免出现“死井”的情况。
        4、管路安装
        先沿井点管线的外侧，按划分好的路线铺设集水毛管，并用胶垫螺栓把干管相连，主干管与水箱水泵相连，然后拔出井点管线上端的木塞，用胶管与主管相连，再用10#铅丝绑扎到位，防止管路不严漏气而降低整个管路的降水效果。主管线路的水流坡度按坡向泵房5％的坡度，然后用砖将主干管垫好。并根据天气情况，做好降水防冻保温工作。
        5、检查管路
        安装到位后，应立即进行试抽水，以检查集水干管与井点管相连处的胶管的各个接头在是否有漏气现象。一旦出现漏气的情况，应重新连接各个管线，或用油腻子堵塞，重新拧紧法兰盘螺栓和胶管的铅丝，直到不漏气方可结束。在正式进行抽水之前，必须进行试抽水，以检查抽水设备的运转是否正常，管路是否存在漏气现象。为了更直观的观测到降水深度是否达到施工组织设计所要求的降水深度，在基坑的中心可以设置一个观测井点。可以通过观测井点适时的测量水位。
        在试抽时，需要检查整个管网的真空度，达到550mmHg，方可正式投入抽水。
        6、抽水
        轻型井点管网全部安装完毕后进行试抽。当抽水设备运转一切正常后，整个抽水管路无漏气现象，可以投入正常抽水作业。开机7d后将形成地下降水漏斗，并趋于稳定，土方工程可在降水10d后开挖。
        2.3.4注意事项
        1、土方挖掘运输车道不设置井点，防止运输过程中破坏井点降水。
        2、抽水应连续进行，尤其是抽水的开始阶段，时停时抽，容易导致井点管滤网阻塞，影响整体降水的效果。同时若在降水过程中长时间停止抽水，容易造成地下水位上升，从而引起土方边坡塌方等危险事故。
        3、轻型井点降水的管线应进行日常检查，其出水规律应遵循“先大后小，先混后清”的规律。一旦出现异常情况，应及时进行检查。
        4、在抽水过程中，应经常检查和调节离心泵的出水阀门以控制流水量，当地下水位降到所要求的水位后，要减少出水阀门的出水量，尽量使抽吸与排水保持均匀，达到细水长流。
        5、真空度是轻型井点降水的主要技术指数，施工现场应安排专人经常观测，若抽水过程中发现真空度不符合要求时，应立即安排人员检查整个抽水系统是否存在漏气部位，并及时解决存在问题。
        6、在抽水过程中，尤其是抽水的开始阶段，应检查有无井点管淤塞的死井。可采取管内水流声、管子表面是否潮湿等方法进行检查。若“死井”数量超过了10％，将严重影响整体的降水效果，此时应及时采取相应措施，用高压水反复冲洗的方法进行处理，保证整体降水效果。
        7、如遇较厚的粘土层时，沉管的速度会变慢。若超过一般沉管的时间时，可适当的增大水泵压力，但水泵压力最大不宜超过1.5MPa。
        8、主干管流水坡度应设置为流向水泵方向。
        9、降水过程中，若遇到低温天气时，应做好主干管保温，防止受冻。
        10、开挖到位后的基坑上口应挖好水沟，以防止雨水流入基坑内部。
        11、井点位置应距坑边2.0m以上，以防止设置井点时影响基坑边坡土体的稳定性。水泵抽出的水应按施工方案设置的明沟排出，离基坑越远越好，以防止渗下回流，影响降水效果。
        三、质量要求
        1、基坑周围井点应对称，同时抽水，使水位差控制在要求限度内。
        2、井管安放应力求垂直并位于井孔中间，井管顶部应比自然地面高0.3m。
        3、井管与土壁之间填充的滤料应一次完成，从井底填到井口下1.Om左右，上部采用不含砂石的粘土封口。
        4、每台水泵应当设置一个单独的控制开关。主电源线路要沿深井排水管路设置。
        5、大口井成孔孔径应大于滤管外径30cm以上，以确保滤管外围的过滤层厚度。滤管在井孔中位置的偏移量不得大于滤管壁厚。
        四、安全要求
        1、加强水位观测，使靠近建筑物的深井水位与附近水位之差保持不大于1.0m，防止周围建筑物出现不均匀沉降。
        2、施工现场应采用两路供电线路或配备发电设备，正式抽水后不得出现停电、停泵现象。
        3、应定期检查施工现场电缆密封的可靠性，以防止电缆磨损后水渗入电缆芯内，影响降水设备的正常运转。潜水泵的电缆不得有接头、破损，以防漏电。
        4、在降水期间，必须设有专职电工进行24h值班，且专职电工应当持证操作。
        五、环保措施
        1、施工过程中，产生的泥浆应及时清理并做妥善处理，严禁随地排放。
        2、施工期间应当加强对环境噪声的监测，指定专人负责实施对噪声的监测，监测设备应在进场前进行校准、检定合格，保证监测设备处在有效期内。测量方法、条件、频度、目标、指标，测点的确定等需符合有关国家噪声管理规定。对噪声超标有关因素及时进行调整，发现不符合，采取纠正与预防措施，并做好记录。
        3、泥浆车及车轮携带物应及时进行清洗，洗车污水应经沉淀后排出。
        六、井口封堵
        降水达到要求的时间后，拆除井点设备，深井套管内填筑中粗砂，用振动棒捣振密实。填原地面以下2m处。浇筑C25混凝土，混凝土建筑1m，清除多余的UPVC套管再填筑素土人工夯实。坝基内部分深井套管内填筑中粗砂填至井口1.5m处，用振动棒捣振密实。浇筑C25混凝土，混凝土建筑1m，清除高出地面0.5m的UPVC套管。再填筑土与基坑回填同步实施。
        结束语：
        本文通过参与对长江泰兴段沿岸生态廊道工程井点降水的施工过程，对深井井点和轻型井点降水施工工艺的应用，分析了井点降水在水利工程基坑开挖过程中的应用，保证后续施工的基坑的稳定性和安全性。随着政府部门不断地兴建水利工程项目，井点降水的使用也必定会越来越广泛。通过长江泰兴段沿岸生态廊道工程井点降水施工工艺的分析，希望对今后类似的井点降水工程，提供有力的借鉴和指导作用。
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