深层淤泥地质条件下深基坑超级压吸联合降水施工关键技术.pdf
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1、深层淤泥地质条件下深基坑超级压吸联合降水施工关键技术深层淤泥地质条件下深基坑超级压吸联合降水施工关键技术1 前言1 前言降水工程是基坑土方开挖过程中最重要的一个工序,直接决定着土方开挖顺利与否。佛山市城市轨道交通三号线工程高村站及高村至北滘明挖区间,淤泥层达到了 40 余米,具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、承载力低、抗剪强度低、灵敏度高等特点。本工程降水工程采用超级压吸联合降水,高村站共设置降水井 30 口,高北明挖区间 57 口,降水井深度平均22 米,井底位于底板下 3 米位置,降水位置为开挖面以下 1 米。根据项目特点,结合建筑与市政工程地下水控制技术规范判断降水工程为复杂程度,地下水
2、控制设计施工的安全等级为一级。通过此技术降水得到了业主及业内人士的高度评价,在佛山地铁三号线顺德段得到广泛推广应用。2 工法特点2 工法特点2.1 该技术成井快速高效,施工机具较为简单,劳动强度低,每天成井 1 口;由于采用智能管控后期维护费用更为低廉;设备结构简单,摒弃潜水泵及辅助管线,降水运行受人为、设备影响因素大大减少。2.2 真正意义的真空抽水,整套管路系统密闭,实现不间断抽水,疏干效果大大提高。2.3 适用于各类口径和材质的疏干深井,水中含少量砂等条件下均可适宜,适用性广。2.4 针对淤泥质土、淤泥质粉细砂、淤泥等软土降水效果好,有效的保证了土方开挖过程中基坑内土体干燥。2.5 井内
3、不用放置水泵,只采用真空泵进行抽水,用电量及电缆数量大幅度降低,起到节能减排的作用。3 适用范围3 适用范围3.1 本技术适用于淤泥质土、淤泥质粉细砂、淤泥等软土降水工程施工。3.2 本技术应用过程中,不受季节、环境等因素制约。4 工艺原理4 工艺原理本技术在井管外部设置空气压缩机和真空泵,空气压缩机的风管接入井管中的水中,出水管接入井管中,出水管的进水口伸入水中,风管与出水管连通,连通处稍高于出水管的进水口。启动时空气压缩机产生的压缩空气通过风管进入水管,压缩空气与出水管内的水混合成水汽混合物,出水管内的水充满气泡比重减轻,出口管内水压低于出水管外的水压,即产生压力差。在压力差作用下出水管内
4、的水逐渐上升排出。随着井管内的水不断被排出,井管中的水位相应下降,产生了动水位,当动水位低于含水层的水头高度就形成水头压力差,含水层的水在负压作用下不断涌入井管中。超级压吸联合抽水系统实现了真正意义上的真空抽水。整套管路系统密闭,出水效果大大提高,确保降水效果。在整个降水过程中采用智能控制进行分时送气,通过可编程控制器控制送气系统的送气压力、送气量、送气时间,在确保真空疏干深井内真空度的条件下实现不同降水深度工况下的最佳降水效率。根据佛山特有的地层淤泥质粉细砂、淤泥质土层等地质特点,把传统的井点降水优化为真空负压降水,其原理为采用超级压吸联合抽水系统实施,既是一种集送气系统真空抽水系统为一体的
5、不间断式抽水方式,超级压吸联合抽水系统的方法降低潜水位,经过计算现场采用每 6 口井可配备 1 台真空泵,预抽水期间真空管路的真空度大于-0.06MPa,整个降水过程中采用智能控制进行分时送气,通过可编程控制器控制送气系统的送气压力、送气量、送气时间,在确保真空疏干深井内真空度的条件下实现不同降水深度工况下的最佳降水效率。可以大大提高功效,提高基坑安全,加快施工进度,降低施工费用。送 气 系 统 排 水 沟 送 气 管 排 水 管 井 口 密 封 真 空 抽 水 系 统 图 2降水井井管大样图图 3超级压吸联合抽水系统图5 5 施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程图
6、 4成井施工步序图5.2 施工方法5.2.1 成井设备选型成孔采用正循环钻机,泥浆护壁回转钻进成孔,钻头选用带保径圈的三翼钻头,钻头直径按设计及规范要求选用,根据施工经验,使用这些钻头施工稳定性好,能确保成孔质量,能有效控制成孔中的缩颈现象,为确保工程质量奠定基础。5.2.2 进出场、定位、埋设护孔管现场“三通一平”,钻机进场。钻井井位确定后应放在硬粘土或碎石道渣上。钻机安放稳固、水平、护孔管中心、磨盘中心、大钩应成一垂线。埋设护孔管要求垂直,并打入原状土中 1020cm,外围用粘土填实夯实,井管、砂料到位后才能开钻,钻孔孔斜不超过 1(对转盘采用水平尺校平),要求整个钻孔孔壁圆整光滑,钻进时
7、不允许采用有弯曲的钻杆。5.2.3 钻进清孔钻进中保持泥浆比重在 1.101.15,尽量采用地层自然造浆,整个钻进过程中要求大钩吊紧后徐徐给进(始终处于减压钻进),避免钻具产生一次弯曲,特别是开孔口不能让机上钻杆和水接头产生大幅摆动。每钻进一根钻杆应重复扫孔一次,并清理孔内泥块后再接新钻杆,终孔后应彻底清孔,直到返回泥浆内不含泥块,返出的泥浆含砂量12%后提钻。5.2.4 下井管及滤管按设计井深事先将井管排列、组合,下管时所有深井的底部按标高严格控制,并且保持井口标高一致。井管应平稳入孔,每节井管的两埠要找平,其下端有 45 度坡角,焊接时二节井管应从方向找直,并对称焊接,确保焊接垂直,完整无
8、隙,保证焊接强度,以免脱落。为了保证井管不靠在井壁上和保证填砂厚度,在滤水管上下部各加一组扶正器,保证环状填砂间隙厚度大于 150mm,过滤器应刷洗干净。桥式过滤器缝隙(约 1.52.0mm)均匀,圆孔过滤器孔径约 10-15mm,外包一层 60 目滤网。下管要准确到位,自然落下,稍转动落到位,不可强力压下,以免损坏过滤器结构。图 5 降水井井管大样图图 6 密目网外包示意图5.2.5 填砂将填砂(中粗砂)沿井壁四周均匀徐徐填入,并随填随测填砂顶面的高度,不得超高。水平向填砂厚度不小于 150mm,垂向填砂高度严格按设计图纸进行。5.2.6 洗井降水井采用空压机洗井,当压缩空气通过进气管通到排
9、水管下部时,排水管中变成气水混合物密度小于排水管外的泥水混合物密度,这样管内外产生压力差,排水管外的泥水混合物,在压力差作用下流进排水管内,于是井管内就变成气、水、土三相混合物,其密度随掺气量的增加而降低,三相混合物不断被带出井外,滤料中的泥土成分越来越少,直至清洗干净,含砂率1/1000。洗井完毕后,可以下泵试抽,试抽成功,代表该井成井完毕,可以投入使用。5.2.7 试抽水成井后应进行试抽水。试抽水可以结合洗井工作同时开展。一级基坑降水工程尚应进行群井试抽水,且应在止水帷幕龄期满足设计要求后进行。试抽水应符合以下要求:(1)试抽水应将井内水位降至设计要求的最大目的水位处,抽水泵功率应满足提水
10、量、扬程及降深需要;(2)水泵应安置在目的水位标高以下 1.01.5m 处;(3)试抽水时,井内动水位及井口出水量观测,宜在抽水开始后第 5、10、15、30min各测一次,以后每隔 30min 测一次;(4)试抽水的稳定延时时间宜符合下列要求:粘性土为主潜水含水层不小于 24h;粉土粉砂为主潜水含水层不小于 16h;承压含水层不小于 8h。(5)试抽水进行过程中,应绘制水位降深及出水量历时曲线,成果整理后应及时提供给监理,作为成井验收资料。5.2.8 降水运行管理(1)开挖范围内淤泥质粉细砂及淤泥质土透水性差,为保证疏干效果,降水井应尽量提前 20 天进行真空抽水(真空度大于-0.06MPa
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