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基坑降水工程与回灌

336 2021-09-02 10:10:49

概述

降水工程施工与回灌,是按照降水工程的设计。完成降水工程施工。在降水工程运转过程中,使地下水位达到预定降深要求,从而保证基坑开挖施工的顺利进行。

为了减少地下水对基坑工程的不 良影响,采取的工程措施有两种∶其一是降低地下水位,其二是阻隔堵截地下水进入基坑。前者又依采用的施工方法不同而分为明排(明沟排水)和暗降(各类井点)。习惯上称为工程降水,也称人工降水。而为工程降水采取的工程措施即为降水工程。后者多与基坑边坡围护相结合。形成止水帷幕,隔断或减小与基坑外围地下水的水力联系。

明排多是直接从基坑内集水井中抽取地下水,有时也在基坑四周开挖成排水沟渠。用于降低基坑中地下水位。明排设施施工简单。成本低,管理方便。但仅适用于不致产生流砂等不良地质影响的地基土。

暗降是利用各类并点,从井点中抽出地下水。这种方法类别多。施工较复杂,技术水平要求高,成本较高,但其适用范围广泛。

工程降水采用什么方法,要视场地水文地质条件(如地下水位、渗透性等),基坑围护结构以及周围建(构)筑物环境而定。必须采用工程降水时,除应达到基坑施工要求外,并对周围环境进行降水影响评价。必要时还要考虑采取回灌等措施,以确保四周建(构)筑物的稳定。

施工材料与机械 

1、明排

明排的排水沟和集水井无需专门的施工材料和机械。

当排水周期较长,明沟排水不便时,也可采用水平集水暗管。暗管的选择加工与管井中的过滤器一样,四周也应填筑砾料。暗管材质多为水泥管、塑料管和钢管。管外缠丝的间距与砾料规格要求见表 10.3-1。

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排水沟渠边坡,井壁可采用干砌块石、砖,木板支护,保留一定的孔隙性。水泵;是排水的主要机械。多采用各类离心泵或潜水泵,见表 10.3-2。

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2.井点降水

井点降水是利用带有过滤器的井管,埋入含水层中,从管中抽取地下水,达到降低地下水位、疏于基坑中的地下水。与基坑明沟排水相比,具有如下优越性;

1)基坑开挖施工中不产生地下水的渗流破坏(如流土 、管涌等); 

2)减小水压力,增加坑壁稳定性; 3)便利于施工。

常见的降水井点类型有;轻型井点、喷射井点、电渗井点和管井井点等。

各类井点的降水方法不同,其施工使用的机械材料也不相同,见表 10.3-3。

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(1)主要材料

1)井管材料见表10.3-4。

2)缠丝过滤器的缠丝规格性能见表 10,3-5。

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2)常用抽水水泵见表 10.3-2。

水泵选择可考虑∶基坑出水量、水泵排水量、扬程、允许吸引真空高度、轴功率 、壳体外形尺寸等。

水泵型号宜单一,并须配置 20%~30%的备用泵数量。最少一台。为配合离心泵抽水,须配置真空泵,见表 10.3-8。

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施工方法与工艺 

1.明沟排水

基坑开挖至接近地下水位时,应先在基坑边线外侧开挖排水沟。沟深宜以不形成流砂、潜蚀等不良地质影响为准,一般于基坑底面(开挖面)以下0.3~0.5m。沟底设为0.3%~ 0.5%的坡度,使地下水沿明沟流向集水井。

当基坑开挖至预定深度后,应对排水沟和集水井进行修整完善,在沟底填筑砾料,沟壁不稳时还须进行支护。利用砖石干砌或用透水的砂袋。当排水时间较长,可沿排水沟铺以水平集水管(即过滤器管),见图 10.3-1,按管井有关规定埋于排水沟中,并与集水井相连,便利工地施工管理。集水管材料多为透水混凝土管、钢管和 PVC 塑料管等。

集水井多设置于基坑拐角。除承担排水沟汇水外,还可起到降低周围地下水位的作用。因此,其井壁在保持稳定的情况下,应具有透水滤砂作用,故井壁外侧填以砾料。集水井深一般低于排水沟 1m左右,其容积大小决定于排水沟的来水量和水泵的排水量。宜保证水泵停抽后 30min 内基坑坑底不被地下水淹没。

当施工场地宽大,基坑较浅,不致产生流砂、管涌现象,排水历时长,井点排水不经济时,也可在基坑外围预先开挖明沟进行排水。见图 10.3-1(c)所示。

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2.轻型井点

(1)成井工艺与方法

 1)成孔;常用的成孔方法有;

a.水冲法;利用高压水力冲击土层形成井孔。一种是井点管下端带有水冲成孔管靴(冲孔器),当冲孔深度达到预定孔深时,停止继续下入井管,保持注水,至返水变清时为止。另一种是利用管状冲孔器,直径大于 200mm,冲孔至预定深度,提出冲孔器。在砂层中冲孔时。管螂宜用尖锥型;在粘性十层中冲孔时。管靴宜用锯齿状。冲水压力视土层岩性而定,在易塌孔地层中,压力不宜过大,一般能靠自重下沉即可,常用 400~500kPa。在需要扩孔地段(多为粘性土),压力可提高为 600~700kPa。

水冲法用水多为清水。当塌孔严重时,也可用泥浆做冲孔液。但泥浆液粘度应小于 17"。配制泥浆的粘土应选择优质膨润土。

b,钻孔法;利用钻机的冲击,回转钻进方法形成井孔。详见本节管井井点。

c.夯击法;一种是利用冲击或振动冲击将带有管靴的套管打入土层预定深度,拔出套管形成井孔。另一种是直接在井点管下端安装锥形管靴(管靴外径大于过滤器外径 10mm以上)将井点管打人预定深度。

夯击法为不取土的挤人成孔。使井点周围土层密实度增加,特别对于层理十分发育的不均匀透水性细粒土层,易造成层理扰动,使井点出水能力减弱。

2)成井;常按下列步骤进行;

a.下井管∶在成孔结束前,应按设计要求配制好井管(沉淀管 + 过滤器+井管)。当井管较长时,也可分段编号,按顺序排列,逐根下入。连接要可靠,确保过滤器的位置准确。井管应成直线,避免弯曲,下入孔中应居中。下管时应仔细检查过滤器的包扎质量,并避免碰撞磨损,以免井点漏砂而报废。

当成孔采用泥浆护壁时,应用清水置换稀释。

b.填砾料封孔口;井管下入后,立即向井管周围回填已准备好的砾料,多采用静水孔口手工回填,此法简单,适宜浅井,但应注意掌握回填速度,避免中部架空。必要时也可边填砾边向井管中注水的办法,达到填砾均匀,扩大井点出水量。当填砾至孔口下 1m 左右时,应改换粘土,逐层填人捣实。

c.洗井试抽∶由于井管直径较小,洗井方法常用注入清水一抽水—再注人清水—再抽水的反复工序,直到水清砂净为止。洗井结束后应进行试验抽水,以确定单井点的出水量。

(2)地面抽水系统安装∶地面抽水系统是将各井点通过弯联管,集水总管与抽水设备相连接,组合成统一的抽水系统,见图 10.3-2 所示。安装过程中应注意密封各连接点,逐点检查是否密封或统一安装完毕后,关闭各弯联管上,的阀门.用 120~150kPa 的压力。检查各部是否漏水漏气,以确保抽水正常运行。为保证降深,须在进入水箱竖管上端设置集气缸,并配制真空泵。

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3.喷射井点

(1)成井工艺与方法

1)成孔∶常用的方法有振冲、沉管、钻孔及水冲套管等方法,选择成孔方法时应注意∶ a.满足设计孔深孔径; o.不致降低孔壁透水能力; c.现场施工移动便捷; d.高效经济。

常使用水冲套管法成孔。水冲套管法是利用高压水冲击土层,套管在自重作用下沉入土层,直至预定深度。水压一般在 0.5MPa,当土层为粘性土时,压力可适当增大。达到预定孔深后,向孔内继续注人清水,置换稀释孔内泥浆液。

2)成井∶单管常按下列步骤进行∶

a.下井管∶将配制好的井管(沉淀管+带喷射器的过滤器 +井管),从下至上按顺序下

套管中。下管时应仔细检查滤管包扎质量和喷射器,确保每根内外管的联接密封可靠。并使井管居中。

b.填砾与封孔口;砾料的规格和数量应符合设计要求。填砾应做好记录。对干水冲套管法施工的井点,应特别注意提管速度与填砾速度相适应。采取先提后填或边提边填。防止提管速度过快,造成孔壁坍塌。防止填砾过快,造成井管与套管之间隙充填砾料产生摩擦而同时被提起。

砾料填至距孔口 1m左右时。改换粘土填入,边填边捣实。直至孔口。

c.洗井与试抽;洗井方法同轻型井点。洗井结束后,应进行单井点的试验抽水,采用单井单泵向井管压入高压水流,检查成井质量和单井出水量。

(2)地面抽水系统安装

喷射井点地面抽水系统包括井点管,工作水管,排水总管及抽水设备等。见图 10.3-3所示。

一般安装顺序为∶

1)安装抽水设施(水泵、空压机、水箱等) 

2)工作水管、排水总管。

3)检查安装质量。工作水管试验压力 1MPa,排水总管试验压力 0.15MPa。保证系统无漏水(气)现象。

4)联接井点管。 

5)试抽、调整。 4.管井井点

(1)成井工艺与方法

1)成孔∶利用各类钻机钻探成孔。常见钻探成孔方法见表 10.3-11。

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上述钻探方法中又可根据钻进时使用冲洗液护壁情况分为∶

a.跟管钴进;利用套管自重或加压下人孔内。边钻进边下入套管;保护孔壁不坍塌。钻进时使用清水作冲洗液,减少了孔壁被堵塞的机会,成孔质量好。并有利于提高成井质量但操作复杂,效率较低,成本高。

b.泥浆护壁钻进;钻进时使用具有一定标准的泥浆冲洗液,用以保护孔壁,这种方法成孔效率高,操作简单,成本低,但易堵塞孔壁孔隙,处理不当易造成成井失败。

泥浆配制的原料为;粘土、水、处理剂。粘土为膨润土。多以小于0.002mm 的胶粒和少部分的0.002~0,005mm 的颗粒为主。其矿物成分主要为蒙脱石,其次为高岭石、水云母等。其标准见表10.3-12。

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泥浆用水可就地取用,一般均适用。当出现硬水时,宜加碳酸钠进行软化。如为威水则应加抗盐钙的泥浆处理剂。

泥浆处理剂是为了调节泥浆的性能,以使其适应钻探过程中的特殊需要。如降水成井钻探用泥浆常加入碱类,以调节泥浆的 pH值,溶解有机质.使泥浆中粘粒团分散,提高护壁性能。当钻探成孔结束后,向泥浆中加入六偏磷酸钠(NaPO,)

6.达到稀释泥浆,降低粘度,破坏泥皮,有利于尽快洗井,使孔壁孔隙畅通。在孔壁坍塌严重时,则向泥将中加入有机处理剂,如纤维素类,使泥浆增粘,迅速形成泥皮,固定孔壁。

2)成井∶包括下井管和回填砾料 a.下井管∶按下列步骤进行;

(a)配制井管∶按照设计的单井结构图要求,根据钻探成孔过程中的实际地层情况。首先确定过滤器的长度和位置,然后向下配制沉淀管,向上配制井管。其总长度宜高于地面 0.5m左右,配制好的井管应按从下 至 上的顺序.逐根编号按序排列。

(5)包扎滤网缠丝;除特殊过滤器外,-般均序在滤管外包扎,滤网或缩丝.滤网以目为规格见表10.3-6,孔数即自数。滤网的选择拉与含水层相适应。见表 10.3-13。一般为单层.当目数太小时,也可包扎二层以上。包网方法有横包(根据滤管周长截取滤网长度),竖包(根据滤管长度,截取滤网长度,根据滤网周长,截取滤网宽度)。斜包(按一定角度围绕滤管缠绕)。滤网外以镀锌铁丝绑扎,每 10crn 一道,结头一律向地面倾倒。

(c)探孔深∶一切准备就绪后,进行探测孔深,当与井管长度不符时,一般应重新成孔。

(d)下井管;一般采用钻机、卷扬机提吊下管法,逐根按顺序下入连接。当井管刚度较差,也可采用托盘下管法。下管时注意轻提慢放,仔细检查滤网包扎质量,并使井管居中。当上部孔壁缩径或孔底淤塞,应向孔内注水,缓慢放入,禁止上下提拉和强行冲击。

(b)填砾料与封孔口∶填砾的方法见表 10.3-14,填砾前应将符合规格的砾料运至孔口。砾料的数量可按下式计算;

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洗井方法常根据实际情况,选择二种以上方法配合,以取得更好的效果。洗井的具体要求是∶

洗井前后两次抽水涌水量相差小于15 %。洗井后,井内沉渣不上升或基本不上升。

试抽是在洗井达到要求后,进行单井试验性抽水。以确定单井出水量和降深。

(2)地面抽水系统安装

管井抽水系统安装简便.先在管井外侧修筑排水沟渠或排水总管。排水沟(管)规格由基坑总出水量决定。南方多雨地区还应注意地面降水的汇入水量。管井多以单井单泵抽水,只要将管井中的出水管(或水泵扬水管)通过弯联管接入排水沟(管)即可。当降深较小,单井出水量不大时,也可利用虹吸管将多个管井并联。

当各个井点安装完毕后,应进行整体试抽水,以检查水 、电管网系统是否达到要求。管井抽水有时也采用空气压缩机抽水。其工作效率低(一般仅15% ~25%)。但其不受水位高低限制,不受井孔弯曲影响,可抽出含泥沙的水,用于洗井尤为有效,有时也可用来成孔成井,故也常使用。

空压机抽水注意问题;

1)在井孔内观测动静水位需另下测水管。下入深度应低于混合器下 3~5m。

2)风管、出水管、测水管直径应与井管直径、进孔涌水量、空压机容量等相适应。一般宜按表 10.3-17、表 10.3-18配置。

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3)出水管上端应安装水气分离器。 

4)风管、水管连接应严防漏风、漏水。 

5.电渗排水

电渗排水系统为∶阳极(金属棒)、阴极(井点管)和直流电源设备等。

阳极多采用 φ>20rmm 钢筋 、角钢等。一般用锤击法埋设于预定深度,地面上预留 20~ 40cm,阴极井点管多为轻型井点和喷射井点。当阴极数量少于阳极时,也可采用较大口径的管井。各类井点的成井方法与工艺详见前述。

电渗排水系统的安装详见图 10.3-4 阴阳极分别用直径 10mm 的电线连接成电路,分别接于直流电机(或直流电焊机)的相应电极上。

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6. 降水工程运行管理

(1)应有组织管理机构。

(2)配制相应的备用抽水系统设备与材料。一般可按 10%~20%配备。必要时应有备用工作电源。

(3)对抽水系统设备应加强维修,排除常见故障。排除方法参见表 10.3-19、表 10,3- 20、表10.3-21。

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(4)按照地下水降水工作监测要求,做好各项监测记录。如每个井点的水位、流量、设备运转等。根据水位、水量变化情况,及时采取调整措施。当水位高于降深要求时,宜采用增补降水井点,调整泵体安装深度或更换较大功率设备。当水位过于低于降深要求时,则宜适当调整井点数量。

回灌 

1.概述

大多数基坑场地位于城市地区,为疏干基坑内地下水。而须长期进行抽水。以至造成以基坑为中心的大面积地下水位降落漏斗,从而使周围地面和建(构)筑物产生不均匀沉降,倾斜,开裂及管道断裂等。对周围环境造成不良影响。回灌即借助于工程措施,将水引渗于地下含水层,补给地下水。回灌的目的作用因需要而不同,有的用于增加地下水资源,有的为了改善地下水质。而用于工程降水的回灌则是为了稳定和抬高局部因工程降水而引l起的地下水位降低,防止由于地下水位持续下降造成地面沉降等不良现象。

2.回灌方法及适用条件

(1)地表入渗补给法

1)沟渠补给;在基坑四周形成渗沟渗渠,依靠良好透水层,将水引入自然渗透补给。条件允许时,也可将沟渠改为暗沟渠或暗管下渗。

2)坑井入渗补给;当地表覆盖有薄层(<3m)的弱(不)透水层时,利用浅井深坑揭露下卧透水层,借助于井坑补给地下水。

地表人渗补给法适用于地表或接近地表饱气带有透水性较好的砂砾卵石层,并且饱气带厚度不大,一般小于 10~20m。其优点是施工简单、便于管理、费用低廉。其缺点是占地面积大,单位面积的入渗效率低,而且入渗量总是随时间而渐减少。

(2)井内灌注法

1)自由注人;利用井内水位高于地下水位之间的水压力差,使水通过井壁进入含水层。适用干埋藏较深的潜水含水层或上部具有较厚的弱(不)透水层的深层承压水(压力水头不高)。

2)加压注入,又可分为∶

a,真空灌注;用于地下水位埋藏较深(一般大于 10m),含水层渗透性较好的地区。由于真空压力有限,对管井滤网冲击压较小,但单井回灌量不大。

6.压力灌注;利用机械动力设备(如离心式水泵)进行加压,促使水流较快补给地下水。适用于地下水位埋藏较浅和渗透性较差的含水层。压力灌注对滤网冲击压力较大,故需加大过滤器强度。

3、回灌井的布设

(1)基坑回灌量

一般应等于基坑降水水位降低影响至限定边界时的基坑涌水量。

(2)回灌井数

回灌井数决定于单井回灌量的大小。单井回灌量理论上应与抽水井一样。但实际上相差很大。据国内已有回灌试验资料表明。二者之差随含水层渗透性大小而变化,松散含水层时,单位回灌量是单位出水量的1/3~2/3,粗大颗粒含水层或岩溶裂隙含水层中。单位回灌量可以等于或大于单位出水量。

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真空回灌特别应注意泵座轴、泵管接头 、管路接头 、阀门轴的密封。

浅层渗水沟渠井坑的施工较简单,施工中应注意减少对含水层结构的破坏。坑底可超挖 10~30crm,回填砾卵石,并保证沟渠底部不冲不淤。

5.运行管理

(1)回灌过程中要做好回灌量记录。如发现回灌量减少,应及时停灌进行回扬抽水,以保证回灌效率。

(2)及时处理灌井堵塞问题。堵塞的原因有物理堵塞、化学堵塞和生物化学堵塞。判断堵塞原因,采取相应处理措施。

(3)及时处理灌井滤网破裂问题,进行修补。

(4)做好水位监测,及时协调回灌系统。

(5)回灌水质应清洁卫生,一般宜用基坑抽水排出的地下水。

降水施工中应注意的问题及常见故障处理 

1. 注意问题

(1)降排水工程是岩十工程的内容之—。因此。隧降排水工程必须按岩十工程的要求,具有降排水工程的设计。坚持没有设计不施下隆水工程的原则。降排水设计是建立在水文地质参数正确选择基础上的,由于水文地质参数是随机变量,变异性大,且不同的试验方法会得到不同的测试值,而且往往差异相当大,故在降排水施工中,不仅应理解设计意图和方案,而且也须认识到设计与实际之间的差异,并随时与设计人员保持联系,及时在施工中补充和修改设计。

(2)降水工程的成败关键在于单个井点的成井质量。井点施工系隐蔽工程。必须加强瓶工过程中的质量监督。严格控制成井口径、利深、井微配制、砾料填筑、洗井试抽五道工序,要求做好现场施工记录,坚持现场试抽验收的质量否决制。

(3)降排水工作,由于宏观上的变异性,在施工材料选择、施工机械、操作方法及人员技术水平等方面,具有较大的人为性。且赋以经验为主的特点。因此,对各道工序要求必须严格细致,稍有不慎或某些条件的变化,就会造成井点的失败,即使熟练工人操作,仍有一定数量(10%左右)的不合格井点产生,在施工中应充分注意这一问题。

(4)施工前注意收集已有地下管线网位置的资料,避免对其产生破坏。(5)注意施工现场的水、电、路等与其它工种间的协调。 2.降水工程常见故障与处理(1)钻探成井常见故障与处理详见表 10.3-22。

(2)基坑降水常见异常与处理详见表10.3-23。

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