大口井降水在深基坑施工中的应用
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【摘要】：介绍天津大道工程地下通道深基坑施工，口井降水施工技术。
随着我国公路事业的飞速发现，道路及桥梁的结构类型也随之多样化起来。其本身的特点也从实用性逐渐转变为使用美观相结合。这样也对我们的施工工艺提出了更高的要求。尤其是一些地下工程的施工，对道路施工来说基本属于较少接触的。地道施工是地下工程比较有代表性的一种类型，其关键在于如何解决对基坑的施工过程中的支护以及降水问题。近年来随着技术的发展，地道基坑的深度增加也随之具有了较大的可实施性。但在施工过程中也同时会遇到地下水位较高，挖槽出水的情况，给施工带来了许多不便。因此基坑支护施工之前的降水工作尤为重要，它直接关系到以后基坑开挖后的边坡安全以及基坑内部的施工条件。
1、工程概况
津沽改线下穿地道与天津大道主线中心桩K28+457.17交角为54度。全长440m，宽30.5m，两侧采用U形槽，下穿天津大道部分采用封闭箱体。
北侧采用U形槽修筑段落为JK3+153.302~JK3+353.302，长200米，挖深从原地表至地下约1.0-7.5米；中部封闭箱体段落为JK3+353.302~JK3+413.302，长60米，平均挖深约7.5~8.0米；南侧U形槽修筑段落为JK3+413.302~JK3+593.302，长180米，挖深从原地表至地下约7.5-2.5米。
2、大口井设置
因基坑开挖较深，基坑内施工持续时间较长，需对基坑附近地下水采取开挖降水管井的措施进行降水。根据当地的基坑开挖后排水能力的实际情况，拟采取大口井降水措施的是基坑开挖深度大于5m的段落，其总长度约240m。
大口井深度计算：大口井的设置采用《实用给水排水工程施工手册》中3.5.2大口井沉设深度计算中公式：H=h+δ+h1+h2+iB
式中：H――大口井深度（m）
h――基坑的深度
δ――井筒封底厚度
h1――抽水泵吸水头高度
h2――井筒内预留回淤高度
i ――降水坡度
B ――大口井间的水平距离
根据基坑底部最深处收水管底部挖深为11m左右计算得出：
H=11+0+1+2+0.2×15=17m
为了保证降水效果的进一步体现，同时考虑到施工时大部分在雨季，在原计算井深的基础上增加1m。根据当地施工的地下水量以及勘查图纸上显示本施工区域内普遍存在沙层的特点，采用口径为Φ700mm的大口井基本能够满足基坑的降水需求。
根据孔间距计算，本工程需采用46口18米深大口井进行基坑降水。详见图1。
图1降水井平面位置图
3、施工工艺
3.1成井施工工艺及流程，见图2。
图2成井施工流程
1）前期准备工作
1 测放井位：根据降水管井平面布置图测放井位，井位测放完毕后应做好井位标记，方便后面施工。如果布设的井点存在地面障碍物，应当设法清除障碍物，以利于打井的进行。若地面障碍物不易清除或受其他施工条件的影响，无法在原布设井位进行打井时，应与工程师及甲方及时沟通并采取其他措施，必要的时候可对井位作适当调整。在开工之前对地下管线等进行排查，避免破坏地下设施。必要时亦可调整井位。
2 埋设护口管：埋设护口管时，护口管底口应插入原状土层中，管外应用粘性土或草辫子封严，防止施工时管外返浆，护口管上部应高出地面0.10m～0.30m。并在一侧设排泥沟、泥浆坑。
3 安装钻机：安装钻机时，为了保证孔的垂直度，机台应安装稳固水平，大钩对准孔中心，大钩、转盘与孔的中心三点成一线，严把开孔关，并且弯曲的钻杆不得下入孔内。
2）成孔施工
施工机械设备选用工程钻机及其配套设备。成孔时采用正循环回转钻进泥浆护壁的成孔工艺。
1 钻进成孔
大口井开孔孔径为φ700mm，成孔时均一径到底；钻进开孔时应吊紧大钩钢丝绳，轻压慢转，以保证开孔钻进的垂直度。成孔施工采用孔内自然造浆，钻进过程中泥浆密度控制在1.10～1.15，当提升钻具或停工时，孔内必须压满泥浆，以防止孔壁坍塌。
2 清孔换浆
钻孔钻进至设计标高后，在提钻前将钻杆提至离孔底0.50m，进行冲孔清除孔内杂物，同时将孔内的泥浆密度逐步调至1.10，孔底沉淤小于30cm，返出的泥浆内不含泥块为止。
3 下井管
下管前应先在孔内填0.5m细砾石作为孔底封口滤料。
井管进场后，应检查无砂混凝土管是否符合规范要求。首先必须测量孔深，并对井管滤水管逐根丈量、记录。
安装滤管时，用交叉成十字形铁丝托在第一节滤管底部，人工通过井口所固定的滑轮缓缓放下铁丝。滤管随铁丝缓缓下沉的同时要求人工用手扶住滤管，防止滤管倾斜碰触井壁。待第一节管下至井口处时安放第二节滤管。两节滤管接口对齐，并在接口外包两层滤网（8~16目），滤网外侧用三根4~5cm竹片均匀布置并用铁丝将竹片与滤管捆牢。以此类推，直至下完最后一节管。最后一节管适当高出地坪，防止回填过程中泥土进入滤管内。
4 埋填滤料
滤料采用级配碎石，并随填随测填料的高度。以了解填入的滤料是否有堵塞的现象。直至滤料下入预定位置为止。为避免砾石堵塞及石料分层，填料要均匀、连续的进行。在降水过程中如果发现滤料下沉，应当及时补充新的滤料。
5 洗井
在提出钻杆前利用井管内的钻杆进行洗井。采用压缩空气的方法进行洗井，即在滤管上口加密封盖板，盖板上装有通到井底的风管和排放泥浆、空气的出水管，并装有阀门。压缩空气经过风管，将泥浆和空气混合，经出水管排出，滤管中的泥浆陆续流进井管，与空气混合后排出井外，直到排出清水为止。
洗井完毕后，可以下泵试抽。试抽成功，代表该井成井完毕，可以投入使用。
图3降水井剖面图
3.2降水运行
1）抽水方法
本次采用潜水泵抽水的方法降低潜水位，每口井单用一台潜水泵，要求潜水泵的抽水能力大于单井的最大出水量。
2）试运行
1 试运行之前，准确测定各井口和地面标高、静止水位，然后开始试运行，以检查抽水设备、抽水与排水系统能否满足降水要求。
2 在降水井在成井施工完成后开始抽水，力争在基坑开挖前，将坑内土体含水量减小到最低限度。
3）降水运行管理
1 在基坑正式开挖时，做到能及时降低基坑中开挖范围内土体的地下水位。
2 降水井抽水时，潜水泵的抽水间隔时间自短至长。抽水井内水抽干后停泵，防止电机烧坏。对于出水量较大的井每天开泵的抽水的次数相应要增多。
3 抽水需要每天24小时派人现场值班。保证24小时连续降水，及时作好施工和抽水记录，详细记载成井时间和抽水时间，测量水位，以便确定挖土时间。电工跟班作业，保证及时换泵，确保降水质量。
3.3施工质量控制要点
1）钻孔作业开始后为保证施工连续性，应提早准备滤料进场。
2）钻孔作业时，如遇到钻孔位置土质不好，难以保证成孔质量时，应用红粘土配制一定数量的泥浆倒入钻孔内，然后再开始钻孔作业。
3）清孔后应尽快安装无砂混凝土滤水管，安装井管必须保证质量，不得出现倾斜、弯曲，安放井管前要对井管进行渗水试验，保证井管渗水效果。
4）成井后，要及时洗井下泵抽水，确保下泵深度达到井底以上 0.8～1.2m。
5）降水过程中如发现井底沉淀过多，应采用压缩空气法再次洗井，以保证降水效果。如在洗井过程中出现泥浆抽吸完后，出水口只排出空气而无清水的现象，表明井壁泥皮尚未剥离，此时需关闭出水管阀门，继续向管内送气，当见到井孔处滤料面层颤动，并有泥浆外溢时，立即打开阀门卸压，如此反复几次就能破坏井壁泥皮，使井管通畅。
6）为保证井壁不被挖土及车辆碾压破坏，最上部1~2节井管应安装两节实心混凝土管，并外露自然地坪500mm，以加强标识，井口做保护及遮盖，以免杂物掉入井内。
7）要求将地下水位降至坑底以下不小于0.5m，至少提前20天开始降水，方可按开挖方案进行大面积开挖。
8）设观测井，降水时准确掌握水位升高或降低的情况。
9）降水开始后要连续抽水，待地下结构物施工完毕，回填土至设计高程后，方准停止降水。并进行降水井回填工作。
4、结束语
经过津沽下穿地道降水施工的实践证明，此种方法具有经济可靠，施工周期短，工艺简单，降水效果明显等优点。除对钻孔与下管过程中对施工工艺相对要求较高外，其余工序均为较简单的施工过程，易于控制。同时从深基坑结构施工过程中的地表降水效果来看，能够充分满足深基坑降水的要求。尤其是施工期间处于雨季，大口井降水仍能够保证基坑边坡以及基底稳定的需求。因此，在深基坑施工过程中，采用大口井降水是一个值得充分推广的方法。
参考文献：
[1]《实用给水排水工程施工手册》作者:金友昌国建筑工业出版社 2006年3月出版
[2]《深井（大口井）井点降水工法》
作者介绍：
谢琼，男 ，1981年5 月，本科，工程师 。
曹征，女，1984年1月，本科，助理工程师。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。