轻型井点降水时如何避免出现死井?

轻型井点降水施工工法 轻型井点降水施工工法 中铁十九局集团轨道交通有限公司第一工程公司 作者:马杰 摘要:轻型井点降水是在基坑外围或一侧、二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泵相连，启动设备，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，由离泵的排 水管排出，使地下水位降低到基坑底以下。并结合上海轨道交通13 号线1B 标金沙江西路站 这一实例，对轻型井点降水工法施工工艺作了具体介绍。 关键词:轻型井点降水 真空泵63007716618521 前言 轻型井点降水目前已被广泛地应用于各类地下工程中，特别是在长江三角洲的软土层 中，用作重要工程的辅助措施，可降低水位，加强土体，改善施工条件，由于机具设备简单、 易于操作，施工成本低，获得良好的经济、环境效益。 一、轻型井点降水施工工法特点 1、机具设备简单、易于操作、使用灵活，装拆方便，降水效果好，便于管理 2、在地墙施工过程中能疏干基土中的水分、促使土体固结，提高地基强度，同时可以 减少槽壁土体侧向位移与沉降，可防止槽壁缩颈， 3、土方开挖过程中能避免地下水的影响，提供比较干的施工条件，基坑内无水，相应 的提高了基底的承载力，提高边坡的稳定，防止滑坡、流砂现象的发生，还可以减少土方量、 大大提高了基坑开挖效率，缩短工期、进而减小基坑变形量，提高工程质量和保证施工安全。 4、在砂质粉土的软土层，地下水较为丰富的地段应用，有明显的施工效果 5、与各种工法的比较如下表: 轻型井点降水 高压旋喷桩 搅拌桩 工法特点(优点) 施工速度快，工艺简单 板结土体强，加固深度较大 板结土体强，加固深度较大 工法特点(缺点) 深度较浅3-6m 施工成本高，施工时间长 施工成本高，施工时间长 适用范围 砂层土中 软土层均可 软土层均可 适用管径 Φ350-Φ600mm Φ5000-Φ12000mm Φ7500--Φ1000mm 成型时间 2--4 天 28 天 28 天 二、轻型井点降水工作原理及适用范围 1、工作原理: 轻型井点降水法是将在拟建工程基坑周围埋设许多一定深度的吸水井点管，井点管底部 设置滤水管插入透水层，上部接软管与集水总管进行连接，周身设置与井点管间距相同的吸 水管口，通过启动真空泵，使井点系统形成真空，井点周围形成真空区，地下水在真空泵的 吸力作用下，使井点附近的地下水通过砂井、滤水管被强制吸入井点管并被排除。这样在井 点附近的地下水与真空区外的地下水之间，形成一个水头差，真空区外的地下水在真空吸力 和重力的作用下，流向井点排出地面，从而达到降低地下水位的目的。 2、适用范围: 粉质砂土及砂质粉土等地层中施工，特别适用于在粉质砂土及砂质粉土较厚的土层。 三、轻型井点降水施工工艺 1、轻型井点施工工艺程序: 井点放线定位--安装高位水泵--凿孔安装埋设井点管--布置安装总管--井点 管与总管连接--安装设备--试抽与检查--正式投入降水程序。 2、井点管埋设 (1)测量放线确定井点位置，然后在井位先挖一个小土坑，深大约500mm，以便于冲击 孔时集水，埋管时灌砂，并用水沟将小坑与集水坑连接，以便于排泄多余水。 (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O.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，按经验，套管落距在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1Om 左右，若遇到较厚的纯粘土时，沉管时间要延长，此时 可采取增加高压水泵的压力，以达到加速沉管的速度。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，此时成孔的直径也应尽量保持上下一致。 井孔冲击成型后，应拔出冲击管，通过单滑轮，用绳索拉起井点管插入，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: ①砂石必须采用粗砂，以防止堵塞滤管的网眼。 ②滤管应放置在井孔的中间，砂石滤层的厚度应在60~100mm 之间，以提高透水性，并 防止土粒渗入滤管堵塞滤管的网眼。填砂厚度要均匀，速度要快，填砂中途不得中断，以防 孔壁塌土。 ③滤砂层的填充高度，至少要超过滤管顶以上1000~1800m，一般应填至原地下水位线 以上，以保证土层水流上下畅通。 ④井点填砂后，井口以下1.0~1.5m 用粘土封口压实，防止漏气而降低降水效果。 图01--凿孔安装埋设井点管 3、冲洗井管 将Φ15~30mm 的胶管插入井点管底部进行注水清洗，直到流出清水为止。应逐根进行 清洗，避免出现“死井”。 4、管路安装 首先沿井点管线外侧，铺设集水管，并用套管把干管连接起来，主干管连接水箱水泵， 然后拔掉井点管上端的木塞，用胶管与主管连接好，再用塑料薄膜密封，防止管路不严漏气 而降低整个管路的真空度。 5、检查管路 检查集水干管与井点管连接的胶管的各个接头在试时是否有漏气现象，发现这种情 况应重新用塑料薄膜密封，直至不漏气为止。在正式运转之前必须进行试抽，以检查抽 水设备运转是否正常，管路是否存在漏气现象。在水泵进水管上安装一个真空表，在水泵的 出水管上安装一个压力表。 图02--检查管路 6、运行与观测 ⑴按施工设计布置观测井，随同钻孔时设置、试抽或试水。一个井点组设置2 个观测井。 井点系统运行前先观测一昼夜每隔4 小时间隔的稳定水位，井点系统运行后，每日观测四次。 ⑵要随时检查观测每根井点管的出水情况，要分析整理纪录，作出时间与地下水位、 真空度与地下水位的变化关系图表，出水量与时间的关系图表，依据观测纪录绘制出水 位降落曲线及动态变化情况。 图03-轻型井点降水的运行 四.施工人员配备情况 施工人员 7 人，具体分工如下表: 序号 人员 数量 职工分工 1 技术员 1 技术管理、质量管理、施工记录、施工分析 2 机械操作员 1 钻机操作 3 电工 1 设备检修并兼职其它工作 4 工人 4 现场施工操作及运行 五.施工的主要配套设备和材料 1、滤管:Φ38~55mm，壁厚3.0mm 无缝钢管或镀锌管，长2.Om 左右，一端用厚为4.0mm 钢板焊死，在此端1.4m 长范围内，在管壁上钻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1O 号铅丝绑扎 一道，滤管另一端与井点管进行联结。 2、井点管:Φ38~55mm，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:Φ75~102mm 钢管，壁厚为4mm，用法兰盘加橡胶垫圈连接，防止漏气、漏水。 5、设备:根据设计配备离心泵、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(采用振冲机架旧设备)、牵引力为6t 的绞车。 7、凿孔冲击管:Φ219×8mm 的钢管，其长度为10m。 8、水枪:Φ50×5mm 无缝钢管，下端焊接一个Φ16mm 的枪头喷嘴，上端弯成大约直角， 且伸出冲击管外，与高压胶管连接。 9、蛇形高压胶管:压力应达到1.50MPa 以上。 10、高压水泵:100TSW 一7 高压离心泵，配备一个压力表，作下井管之用 11、粗砂与碎石:海砂或碎石(直径5-20mm) 六、轻型井点施工质量控制: 1、井点管间距、埋设深度应符合设计要求，一组井点管和接头中心，应保持在一条直 线上。 2、井点埋设应无严重漏气、淤塞、出水不畅或死井等情况。 3、埋入地下的井点管及井点联接总管，均应除锈并刷防锈漆一道;各焊接口处焊渣应 凿掉，并刷防锈漆一道。 4、各组井点系统的真空度应保持在55.3~66.7kPa，压力应保持在0.16MPa。 5、井点成孔后，应立即下井点管并填入豆石滤料，以防塌孔。不能及时下井点管时， 孔口应盖盖板，防止物件掉入井孔内堵孔。 6、井点管埋设后，管口要用木塞堵住，以防异物掉入管内堵塞。 7、井点使用应保持连续，并设备用电源，以避免泥渣沉淀淤管。 8、冬期施工，井点联结总管上要覆盖保温材料，或回填30cm 厚以上干松土，以防冻坏 管 9、质量标准: 原 材 料 砂 符合中粗砂标准(直径0.4-0.6mm) 尼龙网、铜丝网 1-2 层，60-80 目尼龙网或铜丝网 井管 长度误差小于10cm、接头密封良好 工 艺 流 程 井位 严格按设计井距布井放线，井位误差小于10cm 孔深 超深0.1-0.2m 井管下放 居中缓慢下放，孔口进行固定，管位误差小于5cm 填料 沿井管四周均匀填入滤料 洗井 直至水清砂净 降水管道的铺设 注意保护好降水管道，特别是胶管，以免发生漏气现象 试抽 检查水泵电机运转，确保压力达到0.08mPa 及各井的出水量 水位观测 作好初见水位、动水位、稳定水位的观测记录 七、现场管理、安全生产与文明施工措施 1、现场管理及安全的相关措施 ⑴临时用电措施 ①建立健全现场临时用电管理制度，电工值班巡查制度，落实临电管理人员，明确其职 责。 ②搞好临电施工组织设计及安全技术交底，并做好记录。 ③所有电动机具、机械、电气设备必须由专职电工或持证的操作手进行操作和维修，非 电工或操作手不得随意动用机电设备。 ④电工要做好值班及维修日记。 ⑤工地使用的所有电器必须保证质量合格。 ⑵机械管理措施 ①建立健全现场机械管理制度，落实机械管理人员，明确其职责。 ②所有机械必须由专职操作手操作和维修，按操作规程操作。严禁非操作人员随意动用 机械。 ③机械管理人员必须对机手做安全技术交底，并做好记录。 ④所有机械做好使用及维修保养记录，必须每天检查,确保机械设备的安全使用。操作 人员做好交接班记录。 ⑶安全防护措施 ①现场要有健全的安全领导小组和安全管理制度及措施。 ②施工前进行技术安全交底，施工中应分工，统一指挥，设专人负责。 ③施工现场用电严格按照照明安全管理规定，加强电源管理，预防发生电器火灾。 ④操作人员认真执行各工种的安全操作规程及有关规定。 ⑤多工种同时作业时要安排好施工流程，以免互相干扰。 2、文明施工措施 ⑴建立文明施工及环境保护体系。 ⑵文明施工做到组织落实、责任落实、形成网络，定期进行文明施工检查，将文明施工 管理列入生产活动议事日程当中，做到常抓不懈。 ⑶施工人员进场前进行文明安全施工教育及培训，努力提高职工文明施工的意识和自身 素质。 八、效益分析 采用轻型井点降水来改善土体含水量，从而来加固土体，在地下连续墙施工中取得了良 好的经济效益和社会效益，与搅拌桩加固、高压旋喷桩加固相比，每延米节约费用1000 元 以上，在金沙江西路站地墙施工中，采用轻型井点降水与搅拌桩加固相比较，节约费用100 万之多，且轻型井点降水施工不扰动土体，更可有效的控制成槽质量，进而保证地下连续墙 施工质量，为后续的工作带来了更大的效益;在空间上轻型井点降水不需要较大的场地，在 连续墙施工施工几天才进行施工，可节约大量的场地和时间，施工时无环境污染，有利于文 明施工。 九、工程实例: 1、工程概况: 金沙江西路站主体结构位于金沙江西路和高潮路交汇处，呈东西走向布置在金沙江西路 道路下方，车站设计起止里程为K1+596.500~K1+905.504(右线)/ K1+597.595~ K1+905.568(左线)，车站为地下两层岛式站台车站，端头井为双柱三跨两层箱形结构，标准 段为单柱双跨/双柱三跨地下二层箱形结构，车站主体结构外包寸长312.3m、车站净宽20m~ 31.78m，车站顶板覆土3.1~3.8m，车站设6 组出入口3 组风亭，其中4 号出入口和3 号风 亭合建 2、地质情况: 第①层浅部以杂填土为主，第②层分为三个亚层:②1 层灰黄色砂质粉土、②3-1 灰色 砂质粉土、②3-1 灰色砂质粉土，其中②3-1 及②3-2 层顶埋深3.2~4.0 左右，厚度3.00~ 10.00m 左右，土的渗透系数大容易产生塌方;其下是④层淤泥质粘土，车站开挖面大多数 在此层中。第⑤1-1 层土分布较稳定，车站南北端头开挖面处于此层。地下墙墙趾插入⑤2 层灰色砂质粉土及⑤3-1 层灰色粉质粘土中。 3、轻型井点应用情况 针对上海地下水丰富，本工程砂质粉土厚达10m 左右，由于该土层水的渗透系数相当大， 在动水作用下很容易发生蠕变或坍方现象，单纯提高泥浆性能是无法满足成槽护壁要求的， 因此在地下连续墙施工前拟采取轻井点预降水方案。通过井点降水，一方面抬高了泥浆液面 和地下水头的压力差，增加了槽段的稳定，另一方面固结砂质粉土层，保证该层土在成槽中 的稳定。在金沙江西路站地下连续墙施工中，混凝土充盈系数来看为1.04，在开挖后，地 墙的整体质量较好，基本没有鼓包、漏筋现象。 图04--正在的轻型井点降水 图05-开挖出来的地下连续墙墙体 结语: 轻型井点降水作为地基处理的一种辅助施工工艺被广泛应用，也随着降水施工技术的成 熟会在城市地下工程建设中扮演着重要的角色，通过上海地铁13 号线1B 标金沙江西路采用 轻型井点降水作为地下连续墙施工中一种辅助工艺，证明了该工艺的可行性，在针对在较厚 的砂层中施工地下连续墙提供了更广泛的地基处理措施。 参阅文献: 1《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002) 2.上海轨道交通13 号线一期工程金沙江西路站地质资料 3.《基坑降水手册》，中国建筑工业出版社，北京2006