浅谈德阳II500kV变电站深基坑井点降水施工.docx
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浅谈德阳II500kV变电站深基坑井点降水施工.docx
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浅谈德阳II500kV变电站深基坑井点降水施工
浅谈德阳II500kV变电站深基坑井点降水施工
(四川电力送变电建设公司,成都市,610051)
【摘要】在平原地区水位以下含水丰富的土层开挖大面积基坑时,采用一般的明沟排水,常会遇到大量地下涌水,甚至会出现严重的翻浆、冒泥、流砂现象,不但不能使基坑无法继续挖深,还会造成大量水土流失,使边坡失稳或附近地面塌陷,造成安全事故,危及临近建、构筑物的安全与使用。
德阳II500kV变电站采用深井井点降水进行深基础施工,开创了川内变电站深基础井点降水施工的先例。
按照一切从实际出发的原则,通过经济、技术、工艺、安全文明施工等方面比较,采用了深井井点降水施工。
这一措施降低了基坑地下水位,提高了地基强度,保证周边地基稳定性,减少土方开挖量,保证深基础施工顺利的进行。
【关键词】变电站;深基坑;深井井点降水
1绪论
1.1工程概况
德阳II500千伏变电站新建工程拟建于什邡市马井镇双石桥村,场地属川西冲积平原地貌,地层结构自上而下分别为耕植土、粉质粘土、中砂、卵石层,场地内主要为农田,常年种植水稻、油菜等经济农作物。
站区地下水丰富,埋藏浅,水位、水量均不稳定,地下水动态变化较大。
场地地下水为赋存于第四系砂、卵石层中的孔隙水,属于承压水,承压水层厚约40m,渗透系数80~100m/d,主要接受鸭子河侧向补给,受季节影响比较明显,静止水位在-3.8m左右。
农田灌溉蓄水和放水对地下水位也有较大的影响,水位可能上升1.0m~1.5m左右。
1.2井点降水实施背景
根据地质报告和现场开挖勘察,地下水位-3.5m,并且-3.5m以下为砂卵石层。
根据设计要求,雨水泵池和事故油池基础底面均位于地下水位以下,特别是雨水泵池基础埋深-7.5m,基底处于地下水位-4m以下。
经验表明,在这些地下水位以下含水丰富的土层开挖大面积基坑时,采用一般的明沟排水,常会遇到大量地下涌水,甚至会出现严重的翻浆、冒泥、流砂现象,不但不能使基坑无法继续挖深,还会造成大量水土流失,使边坡失稳或附近地面塌陷,造成安全事故,危及临近建筑物、构筑物的安全与使用。
这种情况下,必须采用井点降水来降低地下水位后再施工。
实践证明,井点降水是基础降水作业中一项行之有效、广泛应用的方法。
1.3井点降水实施的意义
井点降水是在基坑开挖前,沿开挖基坑的周边埋设一定数量深于坑底的滤水管或管井,抽取地下水使地下水位降低到基坑工作面0.5~1.0米以下,以便在无水干燥的条件下开挖土方和基础作业。
其意义在于:
(1)避免出现大量涌水,甚至流砂现象,减少土坡体侧向位移与沉降,减少基底土的隆起,保证周边地基稳定性;
(2)由于疏干基土中的水分,改善土的性质,促使土体固结,,提高地基强度;
(3)由于动水压力减小或者消除,提高边坡稳定性,边坡可放陡,大量减少土方开挖量。
德阳II深基坑降水的工程实践表明,节约土方开挖800余方,减少临近基础毛石混凝土换填200余方,仅此一项节约工程成本7~8万元。
(4)改善施工作业条件,实现安全文明施工,提高工效,加快工程进度,节约工程成本,仅用45天,就完成了雨水泵池和事故油池的主体工程。
2、井点降水方案设计
2.1降水方式类比
根据井点降水设备不同,常用的有轻型井点、喷射井点、电渗井点、深井井点等。
应根据现场土的种类、透水层位置、土层的渗透系数、场地及设备条件、施工技术水平等情况,做出技术经济和节能比较后确定井点降水方案。
轻型井点主要用于土质情况良好,降水深度不大,适用于渗透系数0.1~50m/d及土层中含有大量细砂和粉砂的土。
需要的主要设备有井点管、集水总管和真空泵等。
但对真空度、成孔质量要求较高,并且井点管密集。
喷射井点主要用于基坑开挖较深、降水深度大于6米、土渗透系数3-50m/d的砂土。
主要设备有进水总管,回水总管、高压水泵和循环水泵等,设备要求高,工艺较复杂。
电渗井点主要适用于淤泥和淤泥质粘土中,渗透系数小于0.1m/d,如沼泽地区等,技术、设备要求高。
深井井点主要用于渗透系数10-250m/d、地下水丰富、降水深、基坑面积大、降水时间长的工程,主要设备有深井、井管、深井泵等,井距一般15~20m,对成孔质量要求高,降水完毕后井管拔出困难。
2.2降水方式选择
通过降水方式的类比,轻型井点和深井井点适用于现场土层地质情况。
轻型井点是在基坑周围埋设一系列井点管深入含水层内,通过集水总管与真空泵和离心泵相联实施降水。
这对真空度和成孔质量要求较高,对施工技术和工艺要求高;并且井点管间距为1-1.5m,相当密集。
以本工程为例,需成孔70-80个,以2000元/个计,共计14~16万元。
深井井点是在深基坑周围埋置深于基底的井管(井距15~20m),利用潜水泵抽取地下水,虽然对成孔质量要求高,但具有适用范围大、工艺及设备简单、维护方便、对平面布置干扰小等优点。
以本工程为例,需成孔8个,以1.2万元/个计算,共计9.6万元。
结合本工程的实际情况,从经济节约、可操作性强等方面综合考虑,选用深井井点降水进行基础降水作业。
2.3雨水泵池深井井点降水设计
深井井点降水设计主要包括计算井点系统总用水量、确定降水影响半径、选择抽水设备和深井井点的布置等。
就目前整个行业内的理论研究成果来看,以无压完整井的理论较为完善,广泛应用于各种井点降水设计的计算。
2.3.1降水计算基本参数
雨水泵池基础底面尺寸8m×12m,基础底面埋深-7.5m,处于地下水位-4m以下,设计降水深度4.5m。
降水范围(F):
根据岩土工程勘测报告,按理论放坡比确定降水范围,同时应考虑基坑作业面位置;经计算,雨水泵池基坑降水面积为F=17×22=374(㎡);
降水深度(S降):
根据设计开挖基坑深度,降水深度从静止水位向下4.50m左右,即S降=4.5m;
渗透系数(K):
K=80m/d;渗透系数的确定是降水设计中最重要的参数,决定降水方式的选择及涌水量计算;
静止地下水位(h0):
根据地质报告,h0=3.5m;
含水层厚度(H0):
打井深度至静止水位的厚度,井点宜深入透水层6~9米,通常比所需降水的深度深6~8米,本着经济节约的原则,本次设计H0=14.0m;
2.3.2降水计算基本公式
基坑假想半径ro=
降水影响半径R=1.95S降
基坑总涌水量Q=
井管深度H=H0+h0
2.3.3降水设计
经计算,H=17.5m,涌水量Q=8082.03m3/d。
水泵选型:
根据计算结果和设计降深,选择QY型潜水泵,流量60m3/h,扬程不小于30m,每口井设置一台水泵。
单井出水量Q1=60×24=1440m3/d;需要水泵Q÷Q1=6台。
故,设计6口降水井,井深17.5m,井径0.58m,每口井安装一台QY型60m3/d潜水泵抽水,即能满足降水要求。
井管设计:
采用成品φ360混凝土管成井,要求井孔应圆整垂直,井管焊接牢固,安装垂直。
井结构为:
每口井4根井壁集水管,3根滤水管,从下往上,第2、3、5根为滤管,其他为集水管,第1根集水管底部封闭。
管外填砾石作滤水层,细砾石直径3-8mm。
右图为雨水泵池降水现场工人安装滤水管,为保证成孔质量,在滤管外另外加上一层纱窗。
图2-1现场安装井管滤管
井点布置:
沿基坑周围边坡上缘0.5m呈环形布置,井管间距
15~20m。
基坑周围井点对称布置,同时抽水,使水位差控制在要求限度内。
如图2-2布置6口降水井,即能满足降水要求。
2.4事故油池深井井点降水设计
事故油池基底为直径约6m圆形,处于地下水位2m以下,设计降水深度2.5m,设计井深15m,设计井径0.58m,其他计算过程同雨水泵池降水设计。
如图2-3布置2口降水井,每个井内安装水泵一台(流量60立方米/小时),即能满足降水要求。
5500
降水井
图2-3事故油池降水井布置图
(注:
虚线部分为基础,尺寸为D=6m)
2、5基坑开挖放破比设计
根据站区岩土工程勘测报告,粘性土层放坡比为1:
1,砂卵石层放坡比1:
1.6。
照此计算,如雨水泵池的基坑开挖面积将达到1000平方米。
实践证明,深井井点降水实施后2-3天,能明显降低地下水位,待水位稳定后便可进行基坑开挖。
由于土中水分排出后,动水压力减小或者消除,大大提高边坡稳定性,放坡可放陡,减少土方开挖量。
以雨水泵池为例,实际放坡比为:
粘性土层1:
0.5、砂卵石层1:
0.6。
整个施工期间,基坑周围未出现土质疏松等任何异常情况,保证了整个主体工程的顺利完工。
图2-4雨水泵池基坑开挖
下图为雨水泵池现场照片,经过井点降水以后,基坑顺利开挖,保证了施工进度,减小了放坡比,节约了工程成本。
图2-4雨水泵池基坑开挖
2.6施工工序
深井井点降水一般施工工序是:
井点测量定位→钻孔→回填井底砂垫层→吊放沉砂管(下端用钢板封底)→吊放井管→回填井管与孔壁间的砂砾过滤层→洗井→安装深井泵→安装抽水控制电路→试抽水→降水井正常工作→地下水位稳定后进行基础作业→基础作业完毕→(降水完毕拔出井管)→封井。
深井井点降水施工中,一般应在基坑中设立地下水位观察井,如果从施工方便、节约成本的角度出发,可以利用降水深井进行水位估算。
图2-5CZ-22型冲击钻机井管成孔现场
3、深井井点降水质量通病防治
基坑地下水丰富,并且深井泵的排水能力有余,但实际的出水量却很小,导致地下水位不下降或者下降缓慢,甚至达不到设计要求,基坑内涌水,施工困难。
其主要的质量通病和防治方法,是与成井质量和深井泵的安装和使用密切相关的。
3.1井管安装
井管安装应按照基坑确切的水文地质资料,否则会导致滤管的位置、标高以及滤网和砂滤料未按照土层实际情况选用,或滤管埋设的实际位置不在透水性能较好的含水层中。
滤管安装严重错误的,必须重新安装或在适当的位置补打深井。
3.2砾石滤料
井管安装后,及时在井管与土壁间分层填充砾石滤料。
粒径应大于滤网的孔径,一般为3-8mm细砾石。
砂滤料必须符合级配要求,将设计砂砾规格上、下限以外的颗粒筛除,合格率要大于90%,杂质含量不大于3%;不得用装载机直接填料,应用铁锹下料,以防分层不均匀和冲击井管,填滤料要一次连续完成,从底填到井口下1m左右,上部采用不含砂石的粘土封口,便于提高空气压缩机洗井质量。
3.3洗井质量
如果洗井质量不良,砂滤层含泥量过高,孔壁泥皮在洗井过程中尚未被破坏掉,孔壁附近土层在钻孔时遗留下来的泥浆没有除净,结果使地下水向井内渗透不通畅,严重影响单井集水能力。
在井管周围灌砂滤料后,安设水泵前应立即洗滤井,冲出沉渣。
一般采用压缩空气洗井法,其原理是利用管内外产生压力差,将泥水混合物排出,到达洗井的目的。
当井管内泥砂多时,可采用“憋气沸腾”的办法,即采取反复关闭、开启管上的阀门,破坏井壁泥皮。
洗井一般应在8h内完成,直至清洗干净,到达正常出水量为止。
3.4单井排水能力
因为某些土质的原因,会导致深井排水能力未能充分发挥,可以根据含水层条件设置必要长度的滤水管,增大滤层厚度,改善和提高单井排水能力。
另外,由于基坑的周边水文环境不同,在基坑的转角处、地下水流的上游、临近江河等地下水源补给一侧的涌水量较大,应该加密深井间距。
4、结论
深井井点降水适用范围广、排水量大、降水深,井点制作、降水设备及操作工艺、维护均较简单,经济上节约、技术可操作性高。
在德阳II500kV变电站深基坑施工中,采用了合理的技术方案和施工工艺来保证质量管理目标和安全文明施工的实现,通过对这个典型案例的研究,积累了川西平原地区变电站深基础施工的宝贵经验。
参考文献
1、《现行建筑施工规范大全》(缩印本);中国建筑工业出版社
2、彭圣浩,《建筑工程质量通病防治手册》(第三版);中国建筑工业出版社
3、江正荣,《建筑地基与基础施工手册》(第二版);中国建筑工业出版社
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