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1、含承压水设隔水帷幕粘性土地层中深基坑管井加真空降水施工工法1.前言前言在我国长江三角洲地区，广泛沉积了巨厚的第四级松散地层，其中普遍发育有多层 厚度稳定的承压含水层和含水量较高的软土层。同时长三角地区又是我国经济发展较 快地区，目前地铁车站中深、大基坑施工已涉及这些层，基坑底板已进入到承压含水层。 承压含水层对基坑开挖的威胁越来越大，施工降水的难度也日益加大，尤其在软土发育 的长三角地区，基坑开挖与降水引起的土体变形对环境的影响成为人们关注的焦点。 无锡地铁 1 号线大学城站，影响工程施工的地下水主要是浅层孔隙潜水和孔隙微 承压水及埋深较深的第承压水。做好大学城站施工期间，尤其是开挖过程中降水
2、工作， 避免坑底突涌，防止坑壁土体坍塌，保证施工安全和减少基坑开挖对周围环境的影响， 具有十分重要的意义。 中铁一局集团在施工中采用承压水设隔水帷幕粘性土层中降水管井加真空的降水 方式，对粘性土层中基坑开挖范围内潜水进行降低水位，承压水降低水头的办法，保证 基坑施工安全，减小降水引起地面沉降方面效果明显，技术先进，故有明显的社会效益 和经济效益。 2.工法特点工法特点2.1 在粘性土中采用降水管井加真空，降水效果显著。 2.2 将水位监测孔的数据处理和信息反馈技术应用于施工，利用监控量测指导施工，动 态修正施工方法，确保施工安全、快速。 2.3 降降压井布置在坑内，施工作业占地面积小、方便、经
3、济合理。 3.适用范适用范围围粘性土地层，渗透系数 6.1010-8 cm/s,3.1810-5cm/s）车站基坑开挖施工降水需要。4.工工艺艺原理原理采用“隔水帷幕”的方式，基坑采用地下连续墙钢支撑的围护结构方式。地下连续墙 使潜水含水层坑内外失去水力联系，坑内降水对坑外影响较小，甚至无影响。而围护结构对 坑内潜水层增加了一个封闭的不透水边界。在这种工况下，疏干井布置在坑内，成均匀分布， 由于坑内外地下水失去了水力联系，坑内水位降低后，侧向补给为零（如果围护结构不漏水）， 坑底会有一部分水补给，坑底主要为粘土和粉质粘土层，补给量很小。疏干井一般超过开挖 面 35m,而不超过隔水帷幕深度。在承
4、压含水层对基坑开挖造成影响地段，设置降压井降 低承压水水头。5.施工工施工工艺艺流程及操作要点流程及操作要点5.1 施工工施工工艺艺流程流程 施工准备降水井管井成孔清孔、下井管 围填砂砾、填泥封孔洗井、下泵试抽水加真空、预抽水降水运行封井5.2 操作要点操作要点5.2.1 降水管井施工降水管井施工 降水管井的数量、分部、深度根据基坑形状、大小和降水深度要求等因素确定。管井钻 进采用第四系松散地层回转钻进。钻进过程中为防止井壁坍塌，掉块、漏水以及钻进高压含 水、气层时可能产生的喷涌等井壁失稳事故，采用泥浆护壁，保持井内液体压力与地层侧压 力（包括土体和水压力）平衡。回转钻进法施工（成井施工工艺流
5、程参见图 5.2.1-1，洗井示意 参见图 5.2.1-2），施工中的具体要求有如下几点：图图 5.2.1-1 管井施工工管井施工工艺艺流程流程图图空压机 排水管 泥浆池 井管 进气管 阀门 图图 5.2.1-2 空空压压机洗井机洗井结结构示意构示意图图1、井管应无缺损、裂缝，弯曲等缺陷，管端面与管轴线垂直，保证井管连接后垂直。 2、井管应有足够的抗压、抗拉、抗弯强度，以保证井管能承受井壁地层和滤料的侧向压力。 3、井管管井应满足抽水设备的要求； 4、井壁应光滑、圆整，以保证抽水设备顺利安装和洗井施工； 5、过滤器应有较大空隙率，以尽可能增加管井的出水量； 6、井管材质应无毒，对地下水无污染；
6、 7、井管应安装在井正中，以保证滤料厚度均匀，井管安装应设置找中器； 8、井管应坐落在原状土层上，不能悬空，避免井管下沉； 9、井管连接应圆直、牢固，井管偏斜度小于 1，安装位置偏差小于300mm；钻机就位，对中整平钻进成孔、泥浆护壁终孔验收，下井管井管、过滤器验收围填砂砾、填泥封孔洗井、试抽水井管、过滤器制作10、井管底部应封底。 5.2.2 围围填砂填砂砾砾 将滤料投入到过滤管与井壁之间环状间隙中的工序。填砂砾直接影响管井质量，施 工质量不好直接导致管井报废。 滤料数量按下式计算：V0.785(D2-d2)L* 式中 V-滤料数量；D 填砾段井径；d 过滤管外径；L 填砾段长度； 超径系数
7、 由于井管较浅采用静水填砾法，填砾时从管口返出的泥浆应导流回井内，防止井内泥浆 面下降过大造成井壁坍塌。填料时沿井管四周均匀连续填入，随填随测。5.2.3 洗井施工洗井施工 洗井是成井工艺中一项非常重要的工序。洗井的目的主要有以下几个方面： 1、清除井内泥浆和附着于井壁上的泥皮； 2、抽出渗入到含水层中的泥浆和细小颗粒，使过滤器周围形成渗透性良好的圆环 带，增大管井出水量3、降低井水含砂量。采用活塞和空压机联合洗井，以活塞洗井为主，空压机洗井为辅的洗井方法。为防止 活塞被卡于井内，活塞的外径应小于井管内径 0.51.0cm。活塞洗井使井内水位震荡，反复 进行直至出水变清。洗井过程中活塞不得在孔
8、内停留，以免水中砂子沉淀，将活塞卡主。 洗井应反复进行直至水清。 5.2.4 试验试验抽水抽水 为检测管井的出水性能，必须对稳定流状态下的抽水能力进行试验。 测量静止水位 检查抽水设备，测量水量 含砂量测定 5.2.5 加真空加真空预预降水降水降水井经验收完毕，在开挖前 20 天对疏干井进行加载真空负压开始运行，以保证开挖范围内土方的干开挖。加载负压真空抽水时，每 4 口井配备 1 台真空泵，每口井单用一台潜水泵，要求潜水泵的抽水能力应满足单井的最大出水量，预抽水期间真空管路的真空度大于-0.06MPa，潜水泵和真空泵同时开启，抽水安装示意图见图 5.2.5-1。真空泵 排水沟 真空表 真空管
9、 排水管 电缆线 潜水泵 井口密封 泵线 图图 5.2.5-1 真空真空负压负压疏干井抽水示意疏干井抽水示意图图5.2.6 降水运行降水运行 由于基坑开挖是分段、分层由浅入深逐步进行的，对降水来说也不需要将地下水位一次降至基坑设计开挖深度。对由于降低基坑下部承压水含水层水位能较敏感的引起周围地面 变形，引起周围重要建筑物沉降。为保护基坑开挖安全易为保护环境，施工时，应尽可能少 的抽取地下水。对不同抽水量的情况下，精确计算降水目的含水层的水位降，使基坑开挖施 工得到安全保证的基础上，尽可能把由于降水引起对环境的影响降到最低限度。 5.2.6.1 周边环境监测 根据基坑周边环境复杂程度，如地下管线
10、、重要标志性建筑等进行监测指导施工。降水 过程中监测项目主要包含如下几种： 周边地表沉降 临近建、构筑物沉降和倾斜观测 周边地下管线的垂直和水平位移监测 坑外浅层地下水水位监测 基坑坑底土体回弹 坑外孔隙水压力及分层沉降监测 5.3 劳动劳动力力组织组织（ （见见表表 5.3）。）。表表 5.3 劳劳 动动 力力 组组 织织 情情 况况 表表 序号序号单项单项工程工程所需人数所需人数工作工作职责职责1项目负责人1统一指挥，负责协调，降水资料收集及 数据分析，负责地下水位实时监控2技术人员2负责现场指导作业3管井施工12管井钻孔、下井管， 围填砂砾，洗井4电工3负责施工现场降水电路布置，负责降
11、水设备、电路系统检查工作 承压降水期间 24 小时值班，确保供电 系统正常 电源切换时位于双向闸刀位置，接到 发电机工的指令，迅速切换电源5发电机工2承压降水期间 24 小时值班，确保停电 时能够立即以最快速度启动发电机组， 及时供电 平时做好发电机组的保养维修工作6降水人员4负责水位观测，原始数据采集 24 小时值班，保护抽水设备 挖土期间保护降水井，防止降水井破坏 降水期间负责现场巡逻，密切注意用 电情况，一旦停电立即通知发电机工 和电工 电源切换时位于各降压启动箱和分电 箱位置，根据启动箱指示灯状态或电 表状态随时对各降水井进行开启合 计 24 人6.材料与材料与设备设备本工法无需特别说
12、明的材料，采用的机具设备见表 6。表表 6 机机 具具 设设 备备 表表 序号序号设备设备名称名称设备设备型号型号单单位位数数 量量用途用途1成井钻机GPS-10 型台1钻井施工2泥浆泵3PNL台1提供循环泥浆3电焊机ZXF台1井管连接4空压机ZV台1洗井5潜水泵QDX3-25-0.75台9抽水6潜水泵QX3-35-1.1台7抽水7真空泵2S-185台4形成负压8测绳30m根2测井深7.质质量控制量控制7.1 工程工程质质量控制量控制标标准准 7.1.1 管井施工质量执行建筑地基基础工程施工质量验收规范。管井施工允许偏差按 表 7.1.1 执行。表表7.1.1 降降水水施施工工质质量量检检验验
13、标标准准 允允许许偏差（偏差（mm） ） 序号序号项项 目目 单单位位数数值值检验检验方法方法1排水沟坡度12目测：坑内不积水2井管垂直度1插管时目测 3井管（点）间距（与设计比）150用钢尺量4井管（点）插入深度（与设计 相比）200水准仪5过滤砂砾料填灌（与计算值 比）5检查回填料用量井点真空度：轻型井点kPa60真空度表7.2 质质量保量保证证措施措施7.2.1 设备进场前应进行检修和维护保养，确保进场设备的完好，保障设备能正常运行。 并经项目部验收合格后方可使用。7.2.2 配备必要的机修器具、零配件和消耗性材料，做好运行阶段的日常保养，确保主机设备在施工期间的正常运行能力，保障施工顺
14、利进行。并及时做好设备运转、保养、维修工作记录表。7.2.3 施工前，项目部各类管理人员须做好向作业层全体人员的技术、质量、安全和文明施工交底工作，使参加施工的每一个人都知道应该做什麽，怎样去做好。尽量调动每一个人的积极性，争取实施施工中的全面、全员、全过程的质量控制。7.2.4 规范施工记录：降水资料由技术人员和现场负责人统一收集、整理、存放，并按要 求及时报总承包方和监理验收。各项记录应规范和完整，为竣工资料汇总准备好基础资料。7.2.5 认真验收，确保材料质量：自购的井管、滤料和焊条等材料均应按规定实施进场质量验收，及时填写进场材料验收记录。对验收不合格的产品应予退货，撤离现场或隔离放置
15、，并做好不合格标记。只有经验收合格的材料才能投入使用，并挂牌加以标识。7.2.6 应在保障降水施工计划用电量的基础上注意供电正常与否，若发生计划停电或线路临时修理停电情况时，应及时预先通知，预防降水中途突然停止作业，影响基坑开挖的后果。7.2.7 对生产作业中发现的工程质量问题，质量员应及时组织有关当事人进行不合格评审，判定其性质，分析其原因，制订整改措施，及时加以落实，并对结果进行验证记录。同时针对不合格原因制订纠正、预防措施，防止同类质量问题再次发生。7.2.8 定时巡视降排水运行情况，及时发现和处理系统运行的故障和隐患。7.2.9 按要求观测水位和频次，及时了解开挖过程中的水量变化情况，
16、并根据水位变化情况，调整水泵地段和开泵数量，尽量减少地下水的排放量。8.安全措施安全措施8.1 认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实 际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参 加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。8.2 施工现场按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布 置，并完善布置各种安全标识。 8.3 电力开关柜及动力配电箱要上锁，要做好防雨防砸等防护工作。其放置地点要安全、 平稳，周围无杂物堆放。8.4 氧气瓶与乙炔瓶隔离存放，严格保证氧气瓶不沾染油脂、乙炔发生器有防止回火的安全装置。 8.5 施工现场的临时用电严格按照施工现场临时用电安全技术规范的有关规范规定执行。 8.6 基坑管涌、流砂现象处理措施：当基坑内出现较严重的管涌或流砂时，立即停止基 坑开挖及降水，必要时采取
