二元结构地层基坑深井降水工法.doc

1 二元结构地层基坑深井降水工法 编制单位中国建筑第三工程局 批准部门中国建筑工程总公司 工法编号GF／203014-96 主要执笔人王国信 陈荆 杨会军 目 录 1 工法原理工法原理........................................................................................................................2 2 工法特点工法特点........................................................................................................................2 3 适用范围适用范围........................................................................................................................2 4 设计要点设计要点........................................................................................................................2 5 降水井施工降水井施工....................................................................................................................3 6 抽水运行抽水运行........................................................................................................................4 7 施工机具施工机具........................................................................................................................4 8 劳动组织劳动组织........................................................................................................................4 9 质量及安全要求质量及安全要求.............................................................................................................4 10 效益分析效益分析......................................................................................................................4 11 工程实例工程实例......................................................................................................................4 2 随着城市高层建筑的发展，深基坑工程越来越多。由于深基坑设计和施工受到地质、 水文、环境、季节、荷载等诸多因素的影响，在二元结构地层条件下，深基坑的主要矛盾 是治理地下水的问题，特别是在地下水位高、承压含水层厚度大、水量丰富的水文地质条 件下，如果对地下水治理不当，在开挖过程中极易产生流砂和管涌，影响场区周围建筑物 和市政公用设施的安全。很明显，一般的降水技术很难达到要求。中建三局建筑技术研究 设计院经过几个工程的实践、探索，逐步形成了一整套深井降水新技术。在地质岩性构成 具有明显的二元结构沉积韵律，承压水位距地表仅 l2 米，层厚达 30 米的武汉国际贸易大 厦采用了此项新技术获得成功。并获中建三局 1995 年度科技进步一等奖，同时作为武汉国 贸主体综合施工技术的一部分获 1995 年中建总公司科技进步一等奖。 1 工法原理 深井降水是在基坑开挖前，根据基坑面积大小、涌水量等因素，预先在坑内、坑外或 坑内外结合，布设一定数量的管井，在管井内安装深井泵，抽取地下水，达到降低基坑内 的地下水位，以利于地下室在干燥条件下顺利施工的工艺方法。 2 工法特点 2．l 降水效果显著。 2．2 施工机具简单多样，便于选择。 2．3 耗资少。 3 适用范围 3．l 本工法适用于涌水量较大，渗透系数较大，长江流域一级阶地上二元结构地层 的基坑降水。 3．2 本工法对大面积、深基坑尤为适用。 4 设计要点 4．l 降水井 4．1．l 管井结构 合理的管井结构，要求达到能使地下水畅通地流入井内，同时尽可能阻止粉细砂流入 井内。 井管推荐使用钢管，其内径应较水泵外径大 50mm。上部为井壁段，中部为滤水段， 下部为沉淀段。深井成孔直径较井管大 300mm 左右。 4．l．2 水泵 根据水泵的放置标高和单井涌水量，确定扬程和流量，选择适宜的泵型。 4．1．3 井的深度 若井深过浅则出水量小，难以满足降深要求，因此，井的深度为所需下降水位值的 23 倍或者采用完整井。 4．1．4 井数 根据渗透系数、基坑面积、要求降低水位值等参数确定。由于岩土工程的不确定因素 较多，深基坑施工的风险性较大，且出事故后往往补救较难，宜在设计时取较大的安全系 数。 4．1．5 管井平面布置 根据基坑面积，形状及周围环境，可在坑内、坑外或坑内外相结合布置管井，原则是 使水位下降漏斗与基坑重合，并使基坑内降水后的水位线尽量水平。 3 4．2 观测井 观测井用于观测在降水过程中地下水位的变化，除在基坑内布置观测井外，为了控制 基坑外的水位变化，在坑外一定范围内亦应布置一定数量的观测井。 对观测井的结构可比降水井的要求略低，但应考虑水跃值尽量小，一般成孔 φ150mm,井 管 φ90mm 的钢管或塑料管，在管壁上钻孔后包尼龙网即可。 4．3 水电设计 深井降水一般出水量较大，应对抽出水的排放系统进行水网设计。 降水工程要求供电不能中断，且各台泵能独立供电，因此，要自成系统，专线供电， 并备随时能启动的备用发电机。 5 5 降水井施工降水井施工 5. 1 工艺流程（见图 5．l） 定位放线 埋护筒 钻机就位 成孔 测井深 放置井管 加水 钻机移位 加水 正式运行 并入排水管网 试抽水 接电源 安装深井泵 洗井 管周填石 4 5. 2 施工要点 5．2．l 推荐采用冲击钻机成孔，清水钻进，其他钻机亦可，但泥浆护壁后形成的孔 壁泥皮会增加洗井的难度。而洗井的质量对水路的畅通，保证涌水量有决定性的作用。 5．2．2 成孔后应立即安装井管，井管下沉过程中用扶正器使井管中心与孔中心重合， 以保证井管周围的填砾厚度一致。 5．2．3 用活塞洗井，直至水路畅通，再安装深井水泵试抽。 5．2．4 待试抽出水清亮后，接入正式水网。 6 抽水运行 6．1 降水井施工完成以后，进入正式抽水运行阶段，此阶段要求保证降水的连续性， 主要措施是 6．1．l 保证供电不能中断，若市电停止供电，备用发电机要在 30 分钟内启动并网。 6．1．2 制定严格的管理制度，每天三班值班，定期测量每口井的流量和水位。 6．1．3 成立抢修小组，保证设备或管线有故障时能及时检修或更换。 6．2 观测 6．2．1 定期观测水位变化，一是掌握水位是否达到要求的降深，以确定下一层土方 可否开挖；二是防止水位超过需要的降深。 6．2．2 预先布置必要的水平位移及沉降观测点，定期观测场区周边的位移及沉降。 7 7 施工机具施工机具 成井施工推荐用 150 型潜水钻探钢绳冲击钻机，观测井用轻型回转钻机。 8 劳动组织 8．l 降水井施工阶段，每台钻机每台班配 4－5 人，包括操作工 3－4 人，电工（电焊 工）l 人。 8．2 降水运行阶段，每班配总值班 1 人，值班人员 2 人，抢修人员 2 人。 9 质量及安全要求 9．l 每口降水井出水稳定后的含砂量达到二万分之一。 9．2 每口降水井的出水量达到设计出水量，否则，该口井作废，并在其附近补井。 9．3 特殊工种人员需持证上岗。 9．4 电器设备应有漏电保护装置。 9．5 夜间作业应有足够的照明，雨季作业应配相应的劳保用品。 10 效益分析 实践证明，采用深井降水新技术，经济效益和社会效益显著。 10.1 经济效益显著 与其它人工降水，封水技术相比，施工工期缩短，成本降低。 10.2 社会效益显著 深井降水新技术的成功应用，解决了深基坑施工中的大面积，大深度，高标准降水难 题，为建筑施工技术的发展起了积极的推进作用。 5 11 工程实例 本工法最早在号称“楚天第一坑”的武汉国际贸易大厦深基坑工程中应用。 武汉国际贸易大厦高 210 米，55 层，地下室 2 层，基坑开挖面积约 4200 平方米，主 楼大面积挖深-15．7 米，二个电梯井挖深-16．8 米。 该工程地处武汉市汉口长江一级阶地上，地表以下 14 米为淤泥质土，粘土等组成的弱 含水层。以下则为粉细砂为主的承压含水层，此层水量丰富，承压水静止水位在地表下 2－3 米，并与长江有水力联系，渗透系数从上至下随砂粒逐渐变粗而增大。 在该工程中，布设 20 眼，深度 4247 米的完整井，同时布设共 18 眼观测井以观测降 水情况，为减小周围沉降危害，拟同时采用回灌技术。 通过抽水试验显示含砂量远小于 1／20000，单井涌水量大于 80m3／h，深井质量达 到国标要求。降水运行阶段，运用严格、科学的管理制度及维护措施，在深基坑施工中， 基坑内地下水位控制在标准要求范围内，使坑内始终保持干燥状态，经对周围建筑物的沉 降观测表明沉降量仅为 2‰左右，保证了地下工程的圆满完成。 本工程是在基坑四周未封水，周边环境复杂的条件下，首次在武汉地区降深达-18 米 的深井降水，取得了成功，解决了软弱土，大面积深井降水的难题，得到了建设方及专家 的高度赞扬，并获得了显著的技术经济效益。