深井與輕型井點(diǎn)降水在黃河砂卵地層基坑中的應(yīng)用

曹輝 叢培 賀冠青

摘 要：烏瑪高速A7標(biāo)段位于寧夏中衛(wèi)黃河橋段，地下水豐富，地層為砂卵層，自穩(wěn)能力差。當(dāng)深基坑降水范圍超過6 m時(shí)，采用一級(jí)輕型井點(diǎn)降水或單一的深井降水效果不佳。為保證承臺(tái)基坑開挖安全及施工方便，本文綜合考慮深井與輕型井點(diǎn)降水相結(jié)合的方法在黃河砂卵地層基坑開挖施工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：深基坑降水;放坡開挖;深井井點(diǎn);輕型井點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TU753文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）31-0121-03

Application of Deep Well and Light Well Point Dewatering

in Foundation Pit of Yellow River Sand and Egg Stratum

CAO Hui CONG Pei HE Guanqing

（The First Engineering Co. Ltd. of China Railway Wuju Group，Changsha Hunan 410117）

Abstract： The A7 section of Wuma Expressway is located in the Yellow River Bridge section of Zhongwei， Ningxia. The underground water is rich and the stratum is sand and egg layer， so the self stability ability is poor. When the dewatering range of the deep foundation pit is more than 6 m， the effect of the first-class light well point dewatering or single deep well dewatering is not good. In order to ensure the foundation pit excavation safety and construction convenience， this paper comprehensively considered the application of deep well and light well point dewatering method in the Yellow River sand gravel stratum foundation pit excavation construction.

Keywords： deep foundation pit precipitation;slope excavation;sham tseng well point;light well point

黃河流域橋墩施工因其基礎(chǔ)埋深較大，在施工區(qū)地下水位較高且有產(chǎn)生流沙等危險(xiǎn)時(shí)，要考慮降低地下水位[1-2]。井點(diǎn)降水是地下水位埋深較淺地區(qū)基礎(chǔ)工程施工的重要措施之一，它能克服流沙現(xiàn)象，穩(wěn)定基坑邊坡，降低承壓水位，防止坑底隆起和加速土的固結(jié)，使位于天然地下水位以下的基礎(chǔ)工程能在較干燥的施工環(huán)境中進(jìn)行。井點(diǎn)降水方法有輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電流井點(diǎn)、管井法以及深井泵法等[3-5]。

在基坑深度較深、地下水補(bǔ)給性強(qiáng)時(shí)，輕型井點(diǎn)法雖在深基坑降水中應(yīng)用廣泛，但在基坑開挖要求降低水位深度在5～6 m時(shí)應(yīng)慎選用，僅采用一級(jí)輕型井點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)水位降不下去的情況，容易造成施工工期的延誤，且降水效果難以保證，采用放坡開挖二級(jí)輕型井點(diǎn)結(jié)合四周深井降水可以解決這一問題[6-7]。本文以烏瑪高速黃河流域橋墩基坑開挖降水為例，采用二級(jí)輕型井點(diǎn)和四周深井井點(diǎn)降水的施工方法，成功在地下水最為豐富的黃河流域地區(qū)橋墩基坑施工取得了良好的降水效果。

1 工程概況

烏海至瑪沁公路（寧夏境內(nèi)）青銅峽至中衛(wèi)段工程第A7標(biāo)段的鎮(zhèn)羅黃河特大橋?yàn)楸緲?biāo)段重難點(diǎn)工程，該橋全長(zhǎng)1 289 m，上部結(jié)構(gòu)采用鋼-混組合梁，下部結(jié)構(gòu)采用花瓶墩，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。其中8#～13#墩位于黃河水中，6#、7#及14#～17#墩位于黃河堤岸，本文主要論述7#墩基坑的降水施工。

橋址區(qū)場(chǎng)地地貌單元為黃河河床及漫灘，地勢(shì)開闊，地形稍有起伏，橋軸線地面高程為1 201.3～1 208.9 m，相對(duì)高差約7.6 m。地下水類型為黃河孔隙滲水，水位隨黃河水位變化而變化，施工期間測(cè)得水位標(biāo)高為1 205.349 m。由工程地質(zhì)勘探可知，橋址區(qū)地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主要由第四系全新統(tǒng)沖洪積層和上更新統(tǒng)沖洪積組成，地質(zhì)情況分述如下。

①粉質(zhì)黏土，黃褐色，土質(zhì)均勻，層厚0.8～2.5 m，層底標(biāo)高為1 204.029～1 201.529 m。

②細(xì)砂，零星分布于橋址區(qū)地表、粉質(zhì)黏土與卵石之間，層厚1.4～1.5 m，層底標(biāo)高為1 201.529～1 200.129 m。

③卵石，青灰色，層厚4.6～5.8 m，層底標(biāo)高為1 200.129～1 194.329 m。

④卵石，青灰色，層厚8.6～22.9 m，層底標(biāo)高為1 194.329～1 171.429 m。

2 基坑開挖降水設(shè)計(jì)

2.1 基坑開挖

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，7#墩承臺(tái)底標(biāo)高為1 198.829 m，地面標(biāo)高為1 206.029 m，開挖深度約7 m，分兩級(jí)邊坡開挖，基底預(yù)留0.8 m操作空間，坡度1∶1，中間平臺(tái)1 m;綜合考慮地質(zhì)水文條件、降水范圍以及基坑深度等因素，編制了7#墩承臺(tái)整體降水方案如下。

首先，在基坑頂部四周埋設(shè)一定數(shù)量的深井管井進(jìn)行初步大范圍降水，利用真空原理不斷抽出地下水，使地下水位降低到基坑設(shè)計(jì)標(biāo)高以下，從而解決地下水大量涌入坑內(nèi)的問題，同時(shí)防治流沙現(xiàn)象也是降水的主要目的。然后，采用兩級(jí)放坡開挖，并在平臺(tái)內(nèi)側(cè)采用輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)施工對(duì)基坑下部的粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、卵石層進(jìn)行降水，7#墩整體降水方案如圖1所示。

2.2 管井井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)

2.2.1 基坑總涌水量計(jì)算。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)構(gòu)造、水文特點(diǎn)以及土層滲透系數(shù)等因素，可采用群井無壓完整井計(jì)算方法計(jì)算基坑涌水量[8-9]，計(jì)算公式如式（1）所示：

其中，[Q]表示基坑涌水量，m3/d;[K]表示滲透系數(shù)，m/d，取10 m/d;[H0]表示含水層厚度，m;[X0 ]表示假想半徑，m;[S]表示降水深度值，取[S]=7.0 m。

由于開挖基坑不規(guī)則，可將其等效為半徑為[X0 ]的圓形井，其基坑等效半徑計(jì)算如式（2）所示。

其中，[A]表示基坑井點(diǎn)管所包圍的平面面積，取[A]=39.5×21.5=850 m2，將其帶入式（2）可得出[X0 ]為16.5 m。

當(dāng)含水層厚度不明確時(shí)，可根據(jù)表1的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

由1表可知，[SS+L]=7/（7+1）=0.86，可求[H0]=1.84[S+L]=1.84×（7+1）=14.7 m。

當(dāng)基坑井點(diǎn)系統(tǒng)抽水后，地下水受到影響而形成降落曲線，降落曲線穩(wěn)定時(shí)的影響半徑即為計(jì)算用的抽水影響半徑[R]，該影響半徑一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)決定，也可按照式（3）進(jìn)行計(jì)算。

由式（3）可得出[R]為165.5 m。

結(jié)合式（1）、式（2）和式（3）可求出基坑總涌水量為2 142 m2/d。

2.2.2 井點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算。工程上通常用基坑總涌水量除以單井出水量，再綜合考慮富余系數(shù)來確定井點(diǎn)數(shù)及間距，可按式（4）、（5）和（6）計(jì)算。

其中，[q]表示單井抽水量;[d]表示濾管內(nèi)徑，取深井井點(diǎn)濾管內(nèi)徑[d1]=0.3 m，輕型井點(diǎn)濾管內(nèi)徑[d2]=0.04 m;[n]表示井點(diǎn)深井?dāng)?shù)量;[C]表示基坑開挖周長(zhǎng);[b]表示各井點(diǎn)間距。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知，基坑輕型井點(diǎn)單根出水量17.6 m3/d，最多所需井點(diǎn)數(shù)量為122根，輕型井點(diǎn)間距為1.0 m，沿基坑一級(jí)邊坡處等間距環(huán)形布置。

2.3 井點(diǎn)施工方案

2.3.1 施工流程。管井井點(diǎn)放線定位→挖井口、安護(hù)筒→沖孔→清孔→回填井底砂墊層→安裝管井井點(diǎn)管→水位觀測(cè)→降水井成孔→管井周邊降水→基坑放坡開挖至一級(jí)邊坡→布置輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)→繼續(xù)開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高→承臺(tái)及墩身施工→基坑回填→降水完成拔泵→封井。

2.3.2 重點(diǎn)施工步驟。①深井井位放線測(cè)量井位后，埋設(shè)鋼護(hù)筒以防止孔坍塌，并且在鋼護(hù)筒與孔壁之間用黏土填充縫隙以防止漏水;②深井降水系統(tǒng)完成后開始基坑四周降水，待降水完成后開始基坑開挖，放坡開挖至一級(jí)邊坡位置，為保證疏干邊坡內(nèi)的上層滯水，預(yù)留1 m平臺(tái)布置輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng);③待完成輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)布置后，基坑繼續(xù)放坡開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，7#墩基坑開挖完畢;④基坑開挖后，做好降水運(yùn)行控制保證水位在坑底以下合適深度，加強(qiáng)對(duì)基坑水位和周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)。

3 基坑降水實(shí)施效果

通過采取深井與輕型井點(diǎn)降水相結(jié)合施工，制定施工項(xiàng)目方案，對(duì)基坑涌水量、單井出水量、井?dāng)?shù)、井間距等要素進(jìn)行有效的計(jì)算，從而為施工項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，降水后土面逐漸堅(jiān)硬，邊坡日趨穩(wěn)定，為基礎(chǔ)施工創(chuàng)造了良好的地基環(huán)境，有效保障了工程治理。

4 結(jié)論

①黃河特大橋基坑降水實(shí)踐證明基坑降水方案的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件，開挖深基坑時(shí)，可聯(lián)合使用多種降水方法，以達(dá)到最佳布置，取得最好的降水效果。

②采用二級(jí)輕型井點(diǎn)配合四周深井降水施工法，不僅可以通過四周深井進(jìn)行大范圍降水，而且能提升邊坡的穩(wěn)定性，大大減少土方開挖量。

③在寧夏黃河流域砂卵地層采用井點(diǎn)降水法代替鋼板樁防護(hù)，可取得很好的經(jīng)濟(jì)效益：本橋3#墩～7#墩設(shè)計(jì)均為鋼板樁防護(hù)，單墩鋼板樁費(fèi)用為490 751元，井點(diǎn)降水單墩費(fèi)用為120 000元，節(jié)省370 751元。

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