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基坑人工降水技术方法的选择(附带实例说明)

356 2021-08-06 17:01:49

一、地下水的人工处理方法及工程(人工)降水分类

 1.地下水的人工处理方法分类

目前人工处理地下水的方法虽然很多,但可以把它们归结为两大类。

(1)止水法

所谓止水法是将地下水止于开挖基坑之外。它包括如下一些方法;

①沉井、沉箱法∶所谓沉井法是在深基础施工中,为减少开挖的大量土方工程,并保证陡坡开挖边坡的稳定性,常采用沉并基础。它是一种垂直的简形结构物,一般用混凝土和钢筋混凝土制成。

所谓胃沉箱法是一种在地"下水位以下,施工时将压缩空气送入形似有顶盖的沉井的沉箱

内部排开地下水,在沉箱内干土上进行挖土施工,并通过特殊的装置井运土的方法。在沉箱自重加荷重作用下,沉箱逐步下沉,至设计标高后,用混凝土填实工作室,即为沉箱基础。该方法管理复杂,效率低、成本高。

②冻结法;冻结法的实质是用人工方法降低温度,使岩土中水冻结以达到提高岩土的强度和减少其透水性的目的。该方法适用于地下铁道工程,因施工复杂,成本高,一般很少有人采用。

③灌浆法∶所谓灌浆法是用压力通过钻孔将胶结浆液灌入岩土的空隙,并在其中凝固,起到提高岩土强度和降低地下水渗透性的作用。根据灌入浆液不同可有水泥灌浆法、粘土灌浆法、沥青灌浆法、矽化法。

④地下连续墙;连续墙为钢筋混凝土结构物,有一定的入土深度,它一方面起支护作用,另一方面起防止地下水入浸作用。对于软弱土层渗透性小的土层,其止水效果很好。

⑤板桩法;沿基坑四周打人板桩,成为连续而联销的板桩墙,其目的是支撑坑壁和防止地下水渗入坑内。

(2)排水法

所谓排水法是将基坑范围内的地下水排除。

①明沟排水∶在基坑内(或外)设置排水沟、集水坑(或并),用抽水设备把地下水从集水坑(或并)中不断抽走,从而保持基坑的干燥,此法施工简便、设备简单、成本低,从而得到广泛应用

②人工降低地下水位∶人工降低地下水位即是用井点降水的方法。在拟建的工程基坑周围打各种不同类型的井,配置相应抽水设备,不间断地将地下水抽出,从而保证基坑范围内的地下水位降低至设计深度。该方法适用于各种不同几何形状基坑,加之有利于机械化施工,缩短工期,是一种行之有效的方法并得到广泛的应用。

2.工程降水的分类

工程降水按照不同的因素可以有不同的分类。如按基坑平面的几何形状可分为点状降水、条状降水、块状降水;按降水的深度可分为浅降水、中降水,深降水;按地层的渗透性可分为弱渗透、中渗透、强渗透降水。

本文所阐述的降水分类是以工程降水的复杂程度将其分为简单、中等、复杂,详见工程降水分类表 4-1。

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二、人工降水技术方法

地下水的人工处理方法较多,本文主要介绍止水法中的主要几种常用方法,即明排方法、点井方法、自渗井方法、管井方法、大口井方法、辐射井方法。

1.明排降水方法

该方法适用于;

①不易产生流砂、流上、潜蚀、淘空、塌陷等现象的地层;

②基坑地下水一般超出基坑底面不大于2 m;

③降水井场地有限,施工困难或经济不合理;

①隔水层与含水

层界面上的残留水。

该方法布置遵照下列规定∶①在基坑周围设置排水沟及集水坑(井),应与基坑壁保持足够的距离;

②潜埋抽水设备,不影响基坑开挖施工。

明排降水可采用如下结构∶

(1)排水沟为 0.3 m×0.5 m 的梯形或 V 型土明沟,排水管径为 200~500 mmn 的铁或塑料管,离开坡脚 0.3 m 左右,坡度 0.1%~0.5%;

(2)集 水 坑(井)0.50 m ×1.0 m,集水 坑与排水沟集水面均应低于基础底面 0.3~0. 5 m;

(3)抽水设备一般采用潜水泵或离心泵。 2.点井降水方法

点井也称轻型井点。是指口径≤100 mm,单级降水深度小于10 m,使用动力多为真空泵的井,多级的称多级点井。

点井的类型分为垂直点井,水平点开、角度点升、接力点井、多级点井及电渗点井。

(1)垂直点井降水是利用真空泵或射流泵工,作产生的负玉,传导到含水地层,抽吸含水层中水,达到降低地下水位的目的。

(2)水平点井是指在深基坑中,向 含水层水平方向钻孔,并将点井过滤器推进到水平钻孔的端头,采用喷砂器将滤砂填到过滤器周围.接通射流泵抽吸含水层中的地下水。

(3)角度点井降水是因工程需要,按一定角度施工钻孔,达到降水目的。

(4)接力点并(喷射-射流点井),当单级隆水达不到降水深度时。可在下部采用喷射点井设备,上部芯管向工作水箱排水口处,设置一个大型喷射泵,当喷射点井芯管中工作水上升不到地面时,由大型号射流泵抽出,以保证工作循环水的连续工作。

(5)多级点井降水,当一级点井满足不了基坑降水要求时,可设计多级点井。多级点井法也可与喷射点井相结合,目前最高已使用 4 级点井降水。

(6)电渗点井降水,当在粘性土层中其他点井无效或效果不好时,采用电渗与井点配合构成电渗井 点降水方法。这种方法除井点外,还另外埋设金属棒作阳极,以井点管为阴极,通直流电后,水从附近土中流入阴极井点中,而后用抽水设备抽出。

点井降水适用于∶①基坑地层易于发生流砂、管涌、边坡不稳定等不良地质条件的地层;②降水地层属渗诱性较弱的砂土、粘十性地层,渗透系数—般小干 20 m/d。其中 电渗 占井审适用于渗透系数小于 0.1m/d 的地层;③单级降水深度超过 7 m 时,或布设接力、多级、喷射点井或降低点井系统高程进行降水。

3.渗井降水方法

渗井是指无管裸井或无泵的管井及其他井,一般井径大于 200 mm,重力水通过井中填料或无料空井自行下渗至下部含水层或道过其他抽水井抽渗到下部含水层,渗井降水方法可分为引渗自 降和引渗抽降两种;

(1)引渗自降是指下部含水层水位低于上部含水层水位,上部含水层重力水通过钻孔井引导入渗到下部含水层中,其混合水位满足降水设计要求。

(2)引渗抽降是指下部含水层水位高于上部含水层水位,且下部含水层渗透性好于上部,通过管井抽水降下部含水层,使上部含水层通过钻孔引导渗入下部含水层,其混合水位满足降水要求。

渗井的布置应满足下列要求∶①自渗井可在基坑内外布置,其井间距依照含水层的渗透性、影响范围、工期进度等确定,井距一般为 2~10 m;②自渗井深度,应贯入被渗层内-一定深度,其贯入深度 一般不少于 5 m;③自渗井井径一般不小于 100 tm。

自渗井的结构可有自渗管井、自渗钢筋笼井、自渗砂井、自渗空井。

(1)自渗管井成井后应下入滤水管,周围填入滤料,使渗入水顺利通过滤料进入井内。

(2)自渗钢筋笼井的钢筋笼外围应包网,如尼龙网等,其四周投入滤料,使渗入水顺利下渗至含水层。

(3)自渗砂井,成裸井后先换浆,后将冲洗干净的砂、研石投入其中作为渗入水下渗的滤料。

(4)自渗空井采用水泥滤水管护壁挖孔法或沉井法成井,井壁没有过滤器,不填滤料,使渗入水渗入井内。

采用该方法时应特别注意对地下 含水层的污染,若地表或 上部含水层有污染时应禁止使用该方法。

4.管井降水法

管井是指口径 200~500 mm 的各种材质的管井,与供水管并不同,它是以降低水位为目的,过滤器长度长于供水管井。

管井降水是为了保证基础施工,最大限度地降低地下水位而不是抽水量的多少,降水井的使用时间远远短于供水井。因此允许用低质设备材料,降水井不设卫生保护带,只考虑对环境与资源的保护和影响。

管井降水一般符合下列条件∶

(1)第四系孔隙含水层,具有一定厚度,一般应大于 5 m;

(2)对于岩溶含水层或渗透性强的砾卵石层厚度可小于 5 m;

(3)含水层多层或厚大含水层;

(4)渗透系数 K值一般大于 10m/d;

(5)在粉细砂层进行管井降水时,应注意其成井工艺,防止砂渗入管井而使井失效。管井的井深度一般都大于10 m,管径大于 200 mm,井距可根据水文地质条件、降水深度、降水范围及布井方式等因素确定。管井的施工、成井、工艺等方面要求可参照《供水水文地质勘察规范》(GB 27-88)中有关规定。

5.大口井降水方法

大口井降水是指大口井和大口径井,口径一般 1~8 m,深度数十米。

大口井降水方法适用于下列条件∶

(1)第四系含水层,地下水补给丰富,渗透性强的砂砾石层,研卵石层;

(2)地下水位埋藏深度较浅,一般在 15 m 以内,且有厚度大于 3 m 的含水层,当降水设备和施工条件允许时,地下水位可大于 15 m。

(3)布设管井受场地限制,机械化施工有困难时用大口径井。

大口井的结构要求∶

(1)深度一般 4~20 m,常用5~12m;

(2)并径一般直径为 1~8 m,常用 2~6m;

(3)降水井一般均为井壁、井底进水形式;

(4)井壁混凝土厚应大于 8 cm;

(5)大口井刃脚呈圆筒形,其直径应大于井筒直径 2~5 cm。 6.辐射井降水方法

辐射井是指大口 井加水平或有--定角度辐射管的井,辐射管径-一般为 50~150 mm,长度 6~50 m。

辐射井降水一般适用于;①降水范围较大或地面施工困难;②粉土、砂土、圆砾、角研地层;③降水深度 4~ 20r。

辐射井的设计应符合下列要求∶

(1)当含水层较深,宜单层对应均匀设置辐射管的根数,每层宜采用 2~8 根,向降水区方向辐射,最大限度地封闭基坑;含水层较厚时,宜设多层辐射管,每层宜为 2~8 根,含水层较厚且有夹层时,也可设倾斜辐射管;

(2)最下层辐射管距井底应大于1.0mn;

(3)辐射管的长度宜为 20~50 m;

(4)辐射管直径官为5~ 15 cm。

上述各种降水技术方法,都有白 的适用的条件和特点,现将各种方法的适用范围列入表4-2中。

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三、人工降水技术方法选择的依据

人工隆水技术方法的选择是人工降水成败的关键,如何选择技术可行、经济合理、方便施工的降水技术方法,可参考如下几点∶

(1)考虑降水场地的水文地质条件,特别是注意含水层与隔水层的组合与分布,各含水层的水位埋深与补给特征;

(2)含水层的透水性,即渗透系数的大小,以及 含水层的厚度;

(3)基坑开挖的深度及技术要求;

(4)降水场地的施工条件,以及施工的设备能力和技术;

(5)选用的方法做到经济技术合理,做到易施工,省钱又效果好;

(6)根据降水技术要求和水文地质条件,可考虑用单一技术方法,或用不同降水技术方法的组合,充分发挥其通用性和互补性。

(7)可参照常用的降水技术方法和适用范围表 4-2,选择合适的降水方法。

四、实例-… 长春市粘性土人工降水技术方法的选择

长春市人工降水一般都在粉质粘土中进行。由于对粘性土中水的存在和运动规律认识不足,同时又没有严格的降水规范,从而造成一些不必要的损失和浪费。研究、解决粘性土中降水技术方法,无疑对长春市的城市建设有重要意义。

人工降低地下水位的方法较多。每种方法都有其适用条件和范围及优缺点,降水时可采用一种或几种方法,达到降水之目的。在选取降水方法时,最主要的是依据降水目的和地下水的特征和运动规律,此外还要考虑经济、技术条件及施工条件。

1.长春粘性土的空间结构及其分布规律

长春市位于松辽平原东南边缘,市区西南高而微向东北倾斜,伊通河由南向北纵贯市区东部,市区基本上可分为冲洪积波状平原知河漫滩与阶两个地貌单元。冲洪积波状平原主要分布在伊通河以西,绝对标高 210~240 m,地表呈东北--南西的波状起伏,其上发育几条溪谷,溪谷的走向与波峰波谷的延伸方向基本一致。该平原主要由中 上更新世冲洪积黄土状土组成,一般厚度为 10~25 m,最厚可达 35 m,上部为粉质粘土厚 8~10 m,下部为粘土,厚 10~15 m。

斯大林大街以东,新发路以北以及几条大溪谷的中下段,在黄土状粘土之下有砂、砾石层分布,多系中粗砂、砂砾石,厚度一般为 1~3 m。胜利公园、宋家洼子、西广场等处的砾石层较厚,最厚可达5~6m。

另一个地貌单元为伊通河漫滩、阶地,呈条带状分布在河以东,宽一般为 3~4 km,绝对标高为 190~210 m。其地层主要是全新世冲积粉质粘土和砂砾石,总厚度一般为10 m 左右,其上部为黄色粉质粘土厚 2~4 m,局部地段有淤泥、淤泥质粘十;下部为砂砾石。层厚 3~4 rmn,底部为白垩系的泥岩与细砂岩互层。

2.粘性土的水文地质特征

长春市的粘性土大致分为两类。 一类是浅黄色粉质粘十;另一类是棕(褐)红名粘十。粉质粘土层中的地下水,绝大多数以重力水的形式存在于土层的空洞或管道中。由于空洞和管道多数互相连通,为地下水的运动提供了有利的条件。从长春市的实际情况看,粉质粘土构成的潜水含水层,地下水一般埋深2~3 m,单井出水量一般 3~5 m³/h,渗透系数在垂向和水平方向上变化很大,一般情况下,垂向渗透系数大于水平方向渗透系数。

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3.人工降水技术方法的选择

据长春市降水含水层的水文地质特征,同时考虑降水成本、施工条件和技术要求等因素,其降水技术方法选择如下;

冲洪积波状平原区在无砂研石层和淤泥层分布区,采用管井和明排相结合的方法;在有砂砾石层或淤泥层分布,采用渗井、管井和明排相结合的方法;在伊通河漫滩、阶地区多采用渗井、管井和明排相结合的方法,详见图 4-1。

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