群井降水在桥梁基坑开挖中的应用Word文件下载.docx
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④提高土体固结度,增加地基抗剪强度。
⑤减少基坑土方开挖的工程量,缩短工期,节省成本,保证了施工的安全。
3、群井降水的原理
群井降水,是按照地层的透水性,或称涌水量的大小来布局群井的数量,以群井抽水的方式,以少制多,截流抽水,促使地下水位下降,达到降水的目的。
群井降水适合于各种形式的地层降水,但因为地层的差异,其抽水方式,井位布局、井位的密度、降水井的大小、埋置深度,抽水机的排水量都会有所不同。
这些要通过地层降水的试验结果来确定。
群井降水的结果,经计算所得的地层水位辐射面,如图1-1所示:
试验证明会形成一个大漏斗形式,以漏斗的边斜面形成地层的水位辐射面。
依据地层的辐射面,来计算出地层涌水量的大小,并依地层水位辐射面,来分布井位的距离和深度,知道地层水位辐射面,也大概了解地层的透水性和涌水量的大小。
地层的渗透性越差,水位辐射面越大,容水量就越大,涌水量就越小。
地层渗透性越好,水位辐射面越小,容水量就越小,涌水量就越大。
4、群井降水试验
为了解施工范围内地层情况、水量的大小,在实施降水前,要先做降水试验,以便对地层情况有基本的了解,如水量的大小、地质的情况是砂层、砾石层、泥层还是卵石层等。
地质的不同,钻井的方式和工艺,以及使用的钻头器具各不相同。
做降水试验可以为降水井的埋深、布局、分布、钻井数量的多少,对抽水机械的排水量提供相关的数据。
另外经过试验可以得出降水效果、降水有效辐射面、地层透水性、地层涌水量和容水量等试验参数。
1、降水试验工艺
降水试验一般在施工范围内有代表性的区域内进行试验,试验时,在取点划定的地方或在将要开挖的基坑旁,取一米直径的圆,呈三角关系钻出三个井来,钻井的深度,要低于开挖工程最低面以下3.0~5.0米。
然后再与三井并列每隔3米,再钻出两个井来,深度与前井同等。
试验降水井井位的分布见图1-2。
1#、2#为抽水井,3#、4#、5#为观测井。
1#、2#在井口各设控制阀门一个,以达到控制抽水量的目的,然后在1#、2#降水井口安装排水量较大的水泵。
每台水泵排水量达到80m3/h以上。
开始抽水时用一台水泵全量抽水,并计时水量,每小时做一次,抽水量可以用水表计量也可以采用其他方式计量。
在抽水的同时,每半小时或一小时测量3#、4#、5#水位下降情况,在测三个观测井水位下降时,三井同时测量,才是准确的测量数据。
观测第三井如果水位一直在下降,这说明抽水量大于地层涌水量,如果水位在抽到一定时间后水位停滞不下降或保持地层水位的高度,这说明水泵抽水量已平衡于本地层水位涌水量,这时可以用两个水泵抽水,加大排水量。
如果观测水位继续下降,当水位降落到基底标高以下1.5~2.0米之处时,用调整阀门的方式,控制抽水量,让水位停留在水位降落线上,再抽上一段时间后,水位恒定不动,然后测量三个井的水位降落程度,用三个观测井测出的数据,计算出地层水位降落的斜面,用斜面计算出降水面积及降水有效地层容积。
如图1-3:
2、地层降水量的计算:
地层降水时,地层所排出的水量,有两个水量,一个是地层降水效果的容水量一个是地层渗透的涌水量。
从开始抽水一直到地层水位下降到水位降落线,控制水位保持稳定,这时所抽出的水量为总水量,总水量是容水量与地层渗透的涌水量之和。
地层降水效果的容水量=总水量-涌水量
容水量是指降水以后,地层水位所形成的漏斗形有效体积内所容纳的水量,称为地层降水效果容水量。
当地层水位稳定以后,继续抽水,让水位保持在水位降落线高度,此时的抽水量就是地层渗透的涌水量(排水量以m3/h计)。
计算地层排水量时,用带有标准尺寸的容器或水池即可,不论一个水泵或两个水泵抽水,每小时测量一次,当排水到水位降落线,并保持稳定时,用每小时所测出的水量相加,或用每小时平均排水量乘时间,所得出的水量为总水量。
实行降水后,因地层降水所形成的水位落差的关系。
水位落差愈大,地层水位压力愈大,涌水量愈大,所以说当水位稳定以后的涌水量,也是有效降水的最大涌水量。
在分析总水量中的涌水量时,因地层水位落差是从零到最大,涌水量也从零到最大,在利用水位稳定后的涌水量为依据计算时,总水量中的涌水量成份只是涌水量最大值的1/2。
容水量=总水量-涌水量最大值1/2。
3、降水试验测试:
降水试验测试的目的主要是得出地层降水辐射面,知道降水辐射面以后,就可以得出地层降水后有效体积,如图1-1形成漏斗形效果图,得出地层降水辐射斜面,也就大概了解了地层的透水性,前面讲过,辐射面越大渗透性越差,辐射面越小渗透性越好。
知道地层降水辐射面后,对以后实行降水过程中的井位布局、分布、降水井的各层深度,有着参考的依据,并可以测出降水量的大小,对排水机具(抽水机)有大概的预计数量。
如何计算降水辐射斜面:
如图1-2做试验降水井的布局,用1#、2#两井抽水,每隔1小时同时测试3#、4#、5#井水降落的情况然后,用三个井的测试数据,画出斜线,如图1-3所示,当3#井水位降落到水位降落线,然后控制排水量,保持水位的稳定,最后测出3#、4#、5#井水位降落面,然后画出斜线,这条线就是降水辐射斜面线,得出辐射线后,就可以计算出降水效果的地层体积,也就是前面说过的漏斗形体积。
降水辐射线还有一个主要用处,利用降水辐射面斜线,可以得出降水有效面积,根据降水有效面积可以在实施降水施工中确定降水井的密度。
降水有效面积的计算是以基底标高为水平直线,与降水辐射面斜线相交,取抽水井中心与基底面相交点为圆心,以辐射线交叉点为半径画圆,这就是降水有效面积。
在实施降水过程中,以降水有效面作依据来布局降水井的密度及平行分布的水井距离。
4、群井的布局
降水井的布局,主要是依据试验结果得出的降水有效面半径,为井与井之间的距离提供数据,但实际设计降水井位置时,尽量小于降水有效面半径,如果距离过大,会影响降水效果,基坑中可能会有少量的渗水。
井位密一些,降水效果就好的多,基坑中不会有渗水。
降水井的布局根据地层渗水情况有多种形式,主要有以下两种:
1、单层分布:
如果经试验,地层降水辐射面较大且地层的透水性也较差,在这种情况下,可以围绕基坑开挖四周做单层群井布局,如图1-4,为了施工方便,布局井的位置一般应距工程开挖边线2米以上。
如果开挖基坑深,井位距工程开挖基础边斜线距离可适当加大。
如果地层渗透性较好,井位也要距工程开挖基础远一些。
单层群井布局,一般适用于挖基较浅、透水性较差、距河道较远的地方,若挖基在4~6米深度,一般都设为单层布局,只是在水流向,增设几个两层降水井截水。
2、两层或多层分布:
若地层的透水性好,或距水源较近或挖基较深,尤其在有水河道中间填土筑岛,土质松软透水性较大的地方,就要考虑降水井以两层或两层以上的层次分布降水,以达到更好的降水效果。
降水井的布局如图1-5,两层或两层以上的群井布局,群井的分布一定要每层井位错开分布,这样的降水效果才好,每一层的距离要小于降水有效面积的半径,群井不要分散,越集中降水效果越好。
5、降水井的埋置深度与密度
1、降水井埋深(Hm)主要取决于基坑深度、降水区内地下水位的水力坡度、降水后水位降落线距离基坑低深度、降水期间地下水位的变化幅度、过滤器的工作部分长度和沉砂管长度、如图1-6。
降水井的埋置深度可以按下了公式确定:
Hm>H1+h+i·
L+Z+Y+T+N(1-1)
式中:
H1基坑深度,一般取,m;
h降水井外露高度,h=0.2~0.5m之间;
i辐射面水力坡度,i=1/8~1/10之间;
L降水井至基坑中心的距离,m;
Z降水期间地下水位的变化幅度,m;
N降水后水面距离基底的高度,N=0.5~1.5m之间;
Y过滤器工作部分长度,m;
T沉砂管长度,m。
2、降水井的密度,主要依据在试验时得出的降水有效面积来决定,例如地层降水有效面积为2米,设井间距离应为4米,但为了保证降水的可靠性,井间距离可适当放小一些,可设置到2.5~3.0米之间,这是实践经验,如果距水源较近,又是回填地层,这种情况布局群井的密度更要大一些,计算井距4米,一般设置在2.0~2.5米效果比较好。
6、工程应用实例
我们在桥梁基础施工过程中运用的基本都是“明挖抽水”这种传统工艺,“明挖抽水"在遇到地下水位高,地层水系丰富,或易坍塌地层,施工起来比较困难,有时一个基坑用10天半月开挖,且排水困难,工程量大,延误工期,所以明挖基础最关键的问题就是如何解决好“基础排水”工作。
现在介绍的群井降水,主要是针对地层排水的一种工艺,它是一种投资少、工效快,省时、省工又安全可靠的排水方式,它不存在地层坍塌的危险。
这项工艺在流沙地层引用,攻克和解决了流砂地层,困扰我们多年的地层排水这一难题。
1)工程概况
塔里木河特大桥工程,桥梁总长2300米,墩台79个,基础为灌注桩,承台位于原地面以下约5~6m流沙层中,地下水丰富,开挖深度较深,开挖难度较大。
2)工程现场图片
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