真空深井降水(深層施工技術(shù))(共11頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上真空深井降水（深層）施工技術(shù)研究與應(yīng)用在上海地區(qū)深基礎(chǔ)（-8m以下）施工中，常采用的降低地下水位的施工方法有：輕型井類多級(jí)分層降水施工法，噴射井類降水施工法及輕型井類與噴射井類相結(jié)合，綜合處理深基礎(chǔ)中的地下水等方法。在滲透系數(shù)50250m/d地區(qū)也采用深井降水施工法。近幾年來，上海市的基建項(xiàng)目基本上是高層建筑，其基礎(chǔ)較深，大多在-1015米之間，基礎(chǔ)施工面積一般在2000左右，由于建設(shè)項(xiàng)目均在市區(qū)，土方開挖不可能采用大開挖，所以都采用鋼筋硂地下連續(xù)坪或硂圍鏟樁等做圍護(hù)結(jié)構(gòu)，且有大量的剛支撐。在這樣的情況下采用上訴降低地下水位的施工方法，要末不能很好的滿足施工要求，就是

2、提高了降水施工成本。如用輕型井類只能采用分層降水施工，其降水效果不理想，施工工期長；施工難度大（分段，交叉施工），運(yùn)行管理不便，對施工進(jìn)度影響較大。用噴射井類成本高，甲方、業(yè)主一般也很難接受。采用深井降水施工法也不理想，因?yàn)樯罹邓跐B透系數(shù)為50250m/d之間比較理想。而上海地區(qū)的舌頭系數(shù)一般在0.050.5m/d，所以采用深井降水將不能起到降水作用。總之采用后來比較成熟完善的降水施工方法，已不能適應(yīng)現(xiàn)在建筑市坊的要求和發(fā)展需要。為滿足建筑市場要求及發(fā)展需要，真空深井降水施工技術(shù)經(jīng)研究應(yīng)用，目前已是處理深層地下水最為理想的方法，尤其是對有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的深基礎(chǔ)降水。這種施工方法已在上海市建筑工程

3、的深基礎(chǔ)施工中廣泛使用。二十冶三公司在承包的上海市四川路上的“多倫大夏”、秦關(guān)大夏”基礎(chǔ)土方工程中，降水施工就是采用了真空深井降水，效果比較理想。真空深井降水施工技術(shù)是在深井降水施工技術(shù)和輕井降水（真空降水）施工技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展形成的，其特點(diǎn)是適用范圍廣，施工方便，性能可靠，運(yùn)行管理簡單，施工成本低。本文將從以下幾個(gè)方面論述真空深井降水施工技術(shù)：1、 真空深井的基本原理。2、 真空深井井類降水的設(shè)計(jì)。3、 真空深井井類降水的施工。4、 真空深井井類運(yùn)行管理。雖然本人從事井類降水工作時(shí)間較長，但對于真空深井降水這類新工藝、新技術(shù)施工至干過兩項(xiàng)工程（多倫多大夏、秦關(guān)大夏降水），在此之前無任何經(jīng)驗(yàn)及

4、參數(shù)資料，只是在后來的施工實(shí)踐中摸索了一些經(jīng)驗(yàn)，對真空深井有了一定的認(rèn)識(shí)，在這種情況下論述真空深井降水施工技術(shù)，在認(rèn)識(shí)一定十分粗淺，不妥之處，敬請指教。1、 真空深井的基本工作原理由于真空深井降水技術(shù)是在深井降水及真空降水技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以在論述真空深井降水工作原理之前，首先要論述真空降水工作原理及深井降水的工作原理。1、 真空降水的主要機(jī)理：真空降水的機(jī)理如圖所示，從圖示中不難看出，由于抽水裝量不斷的工作，在井類過濾器周圍土壤中形成（在一定范圍內(nèi)）真空影響區(qū)，即負(fù)壓區(qū)。地下水在大企業(yè)里下，有高壓向低壓流動(dòng)，流向井類管內(nèi)（通過砂井、過濾器被強(qiáng)制吸入金磊系統(tǒng)），使井類附近的地下水位得到

5、降低。于是井類附近的地下水位與真空區(qū)外的地下水位之間，形成了一個(gè)水頭差，在該水頭差作用下 ，真空區(qū)外的地下水以重力方式流向真空區(qū)，再被強(qiáng)制吸入井類系統(tǒng)，排除地面，周而復(fù)始從而達(dá)到降低地下水位的目的。這里需要說明的是，真空降水洗出的地下水位的深度是有限的，理論上真空度max為760毫米銀柱（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下），相當(dāng)于10.03米水柱，即可吸上-10米以上的地下水。但由于管路壓力損失，接頭處漏氣，土層透氣，設(shè)備等因素，真空度一般在600650mmHg，相當(dāng)于8m水柱左右，所以真空降水所降低的地下水位被限制在-8米左右。2、 深井降水的機(jī)理：“水往低處流”這是在具有地心吸引力的地球上的客觀規(guī)律。深井降水

6、就是利用了這一客觀規(guī)律。在深井周圍的地下水，通過砂井，進(jìn)入深井中，由深井排水泵排至地面，周圍的地下水位與原地下水位之間形成了一個(gè)水位差，原地下水位在該水位差的作用下進(jìn)入深井中，神經(jīng)管排水泵不斷排出，使得深井周圍一定范圍內(nèi)的地下水位不斷下降，從而達(dá)到降低地下水位的目的。根據(jù)這一降水機(jī)理可以看出，靠重力集水則要求被降水的土體滲透系數(shù)要大，即水平垂直滲透力要強(qiáng)，才能使用這種降水方式的要求。這種降水方式在理論上來說，是不受深度的影響，可以降低任何神的的地下水位。在實(shí)際施工中深井泵的排水揚(yáng)程將決定降水深度，所以這種降水方式在深井泵的揚(yáng)程范圍內(nèi)可以降較深的地下水。3、 真空深井的降水機(jī)理及工作（工藝）原理

7、（1） 真空深井的降水機(jī)理如圖所示，真空深井降水技術(shù)就是在深井降水的基礎(chǔ)上加上真空，即給每個(gè)深井井類加上真空度，使深井井類具有真空集水的能力。同真空（輕型井類）降水的機(jī)理一樣，地下水同事收到真空，重力二種動(dòng)力的影響，進(jìn)入神經(jīng)中，排出地面，達(dá)到降水目的。真空深井降水技術(shù)是真空降水(輕型井類）和深井井類降水技術(shù)較為理想的相合，取長補(bǔ)短，簡單適用，可以在滲透系數(shù)較小的土層（0.150m/d）降較深層的地下水（-8米20米），若真空深井加上電滲技術(shù)它將適用于各種滲透系數(shù)的土層降水。（2） 真空深井降水的工作（工藝）原理真空深井降水設(shè)備的組成有：真空泵，深井管（帶過濾器）集水管，潛水排水泵，各種閥，排水

8、管，透明管及自動(dòng)排水控制裝置等組成。如圖所示。工作原理是：啟動(dòng)真空泵，在深井系統(tǒng)中形成真空，通過砂井在井類周圍形成一定范圍的真空區(qū)，在負(fù)壓及重力（水力坡度）作用下，地下水將不斷聚集匯入深井中。當(dāng)深井中的水位升到一定的位置，即真空抽水的最大能力，開啟潛水排水泵，將聚集在深井中的地下水排出，直到潛水排水泵不出水為止，仃止泵運(yùn)轉(zhuǎn)。由于真空泵不停止工作，地下水位將不斷進(jìn)入深井中，如此循環(huán)下去，地下水位將不斷地被排出至地面。真空深井通過負(fù)壓及重力（水力坡度）將地下水急劇吸入深井中，這是真空深井運(yùn)行工作的第一步，而后如何將吸入深井中的地下水位排至地面？這也是真空深井運(yùn)行工作的關(guān)鍵。怒氣按真空深井的排水方式

9、基本上有三種：a、 采用“深井泵”排水b、 采用一般的潛水泵（揚(yáng)程23米左右）排水c、 采用一般的潛水泵串聯(lián)真空泵排水 在真空深井中由泵排水，對于a、b排水方式，基排水泵揚(yáng)程計(jì)算公式為：（圖所示） 式中：H排水泵選用揚(yáng)程（米） h深井長度 Vd真空表讀數(shù) C為補(bǔ)償沿程阻力（管路，閥門）損失量，一般取23米對于c種排水方式揚(yáng)程計(jì)算公式：（詳見第五頁圖示） H=h+C式中表示符號(hào)同式。從上述二式可以看出，對于a、b中真空深井要求排水泵的揚(yáng)程要足夠打。不僅要大于井管長度還要有一部分揚(yáng)程（壓力）來克服外界大氣壓，抵消井管內(nèi)負(fù)壓（真空度），才能將地下水排至地面，而c種真空泵自帶排水泵來完成，所以要求排水

10、泵的排水揚(yáng)程相對而言要小很多，選用一般的潛水泵即可將深井中的地下水排出。比較而言具有點(diǎn)是成本低，安裝方便，運(yùn)行原理簡單，便于維護(hù)、維修。這里應(yīng)說明的是c種真空深井降水的排水方式是我二十冶三公司首先發(fā)明使用的，早在89年我公司施工徐家匯地鐵時(shí)，就設(shè)想采用此方法降水，由于施工前沒有進(jìn)行可行性試驗(yàn)，在最終的施工中沒有采用。而在后來的降水施工中，如“多倫大夏”“秦關(guān)大夏”，在進(jìn)行了可行性試驗(yàn)后，就采用了這種排水方式，實(shí)踐證明這種排水方式性能可靠。下面通過多倫大夏實(shí)例進(jìn)一步說明上訴的方式：多倫大夏基礎(chǔ)施工面積2115，深-11.20米（基礎(chǔ)底標(biāo)高），設(shè)計(jì)井管長15米。若按a、b種真空深井排水方式，則要求

11、 排水泵揚(yáng)程為： 設(shè)Vd=760 C=3米 則 若按c中排水方式，則H=h+C設(shè)C=2米 H=15+2=17米由此可以看出采用串聯(lián)排水，用一般的潛水泵（1723)即可，這種潛水泵我的使用很普遍，便于修理更換。而用大于28m揚(yáng)程的深井泵，已是購量成本高，安裝也不方便，檢修難度大。所以對于1015米的基坑采用串聯(lián)排水最為經(jīng)濟(jì)。三、真空深井降水法設(shè)計(jì) 在真空深井井類設(shè)計(jì)之前與其它井點(diǎn)類降水設(shè)計(jì)之前一樣，需要掌握有關(guān)設(shè)計(jì)資料和數(shù)據(jù)。主要包括：由基礎(chǔ)工程所決定的降水區(qū)域平面圖，剖面圖，以確定是地下水位的降深及井點(diǎn)埋深，井類根數(shù)及集水管的布置形式。認(rèn)真研究水文地質(zhì)資料；土層結(jié)構(gòu)，含水層，隔水層，含水層的含

12、水量及含水層的土顆粒般配，滲透系數(shù)等。掌握了上述資料及參數(shù)后，就可以確定降水區(qū)域內(nèi)的總涌水量，單井出水量進(jìn)而確定井類間距和埋深，并合理選用降水設(shè)備。 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：1. 井類系統(tǒng)的平面布置；包括真空泵的位置，集水總管的走向等。2. 井管的埋深（長度），管徑確定。3. 換際降水區(qū)的引用半徑。4. 基坑總的涌水量計(jì)標(biāo)。5. 單井出水量的計(jì)標(biāo)。6. 單井?dāng)?shù)量與間距的確定。7. 井管過濾器的設(shè)計(jì)。8. 抽水設(shè)備的選擇。1、真空井類系統(tǒng)的平面布置 系統(tǒng)的平面布置，取決于降水工程的特點(diǎn)和場地條件，合理布置真空泵位置及集水總管的走向，排水方向，盡可能減少對其它專業(yè)施工對降水系統(tǒng)破壞性的影響。如多倫大廈井

13、管的平面位置的確定是根據(jù)場地砼灌樁位置及支撐系統(tǒng)圖而確定的，集水總管布置盡可能不設(shè)置在道路上，放在鋼砼連續(xù)坪內(nèi)側(cè)，以減少不必要和重復(fù)工作。對于大面積真空深井降水工程，合理布置集水總管走向，將顯得尤為重要。2、真空深井埋深（長度）管徑確定。 井管長度確定應(yīng)考慮下列因素：降水施工區(qū)域內(nèi)最深挖據(jù)面的深度，降水后穩(wěn)定的地下水距離最深挖據(jù)面的距高，設(shè)計(jì)規(guī)范要求0.5米。封閉降水區(qū)域平面尺寸的大小，降水穩(wěn)定后水力坡度。方便于安裝，井管需露出地面一定的高度，一般為0.5米。 設(shè)井管長度為L（不包括濾管和沉砂管）則：Lh+H+ir+0.5m式中： h露出地面的高度（0.5m） H基坑底深度 r兩井之間距離 i

14、水力坡度（一般取1/101/8，對有圍護(hù)結(jié)構(gòu)基坑取0） 對于上式應(yīng)用有二種情況： a.無圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開挖降水。b.有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開挖降水。 主要是i水力坡度取值不同；對于無圍護(hù)結(jié)構(gòu)降水開挖取值與通常的真空井取值相同。對于有圍護(hù)結(jié)構(gòu)降水開挖取值為零，因?yàn)榫S護(hù)結(jié)構(gòu)通常以為是完全止水的，實(shí)際上好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)也是如此。又因?yàn)樵谏虾５貐^(qū)垂直滲透極小，完全可以認(rèn)為圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)無充足水源，在這種情況下地下水位最終將穩(wěn)定在一條水平線上，即水利坡度為零。 井管管徑的確定 應(yīng)按選用的深井排水泵的直徑而定。一般潛水泵的最大直徑不大于300mm，所以井管管徑一般為400mm左右。3、降水區(qū)域內(nèi)的引用半徑換算 降水區(qū)一般為方形

15、，矩形等。為了符合設(shè)計(jì)計(jì)算的假定條件（大井理論），必須把井類圍起來的不同形狀的降水區(qū)域，用等值的圓形面積來代替，這個(gè)圓的半徑r0為引用計(jì)算半徑，基計(jì)算可按下式確定： a.降水區(qū)域?yàn)檎叫螘r(shí)，引用半徑 ro=A/ 或 ro=0.56a式中： A井點(diǎn)圍起來的實(shí)際面積（m²） a為正方形的邊長（m） b.降水區(qū)域?yàn)榫匦螘r(shí) Ro=2（a+b）/2=a+b/ 且 a/b<3式中：a矩形降水區(qū)域長（m） b矩形降水區(qū)域?qū)挘╩）4、基坑總的涌水量計(jì)算Qw 流入基坑的涌水量計(jì)算是以裘布依集水涌水量方程為理論基礎(chǔ)，見圖。 對于基坑井類降水來講，由于井類怒之或封閉環(huán)形狀，因而把基坑視為一個(gè)“大井”

16、，據(jù)“大井”涌水量的計(jì)算方法也較多，一般常采用福爾赫格依麥爾計(jì)算公式：在上海地區(qū)一般按潛水完整井涌水量計(jì)算 Qw=1.366k（2H-S）S/R-ro式中: K滲透系數(shù)（m/日） S降水深度（m） R影響半徑（m） r 0計(jì)算半徑（m） 這個(gè)計(jì)算公式適用于無圍護(hù)結(jié)構(gòu)（無止水結(jié)構(gòu)）的基坑涌水量計(jì)算，而對于上海市區(qū)有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑含水量（降水應(yīng)抽出的水量）計(jì)算是不適合的，無法應(yīng)用。從以下兩個(gè)重要數(shù)據(jù)可以說明： （1）K值是每日或每秒涌入基坑（視為大井）的涌水量流速，因視圍護(hù)結(jié)構(gòu)全完止水，并且視為完整井，沒有水涌入，K值視為零，所以下式的最終結(jié)果將是零Qw=1.366k（2H-S）S/R-ro=0

17、（2）從上圖中可以看出，R影響半徑等于ro，即式中R-ro=0,此式將無意義。 根據(jù)上述情況，對有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑水量計(jì)算應(yīng)從兩個(gè)方面考慮： a.根據(jù)水文地質(zhì)報(bào)告中給出的已知參數(shù)，計(jì)算基坑中的含水總量。 b.應(yīng)從含水總量中抽(挪)多少水量，才能滿足土方開挖施工要求。 根據(jù)這個(gè)思路有如下計(jì)算公式：基坑含水總量Qz為Qz=VtG1/1+e 或Qz=Vtr1/1+式中: G土顆粒比重(淤泥質(zhì)粘取2.722.73，亞粘土取2.702.71) Vt基坑含水土體體積 天然土體容量t/m³ 含水量（含水率） e 孔隙比又根據(jù)資料介紹，土體在工程施工不產(chǎn)生流沙現(xiàn)象的條件之一是含水量不大于30%，所以基

18、坑應(yīng)挪出的水量為：Qp=VtG1/1+e (-30%) 或Qp=Vt1/1+（-30%） 式中代表符號(hào)同上式。 公式的導(dǎo)出是以土體中30%的含水量作為不發(fā)生流砂現(xiàn)象的條件為依據(jù)，所以計(jì)算的Qp是土體中含水量30%以上部分的水量。但是經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證按上述公式計(jì)算的水量與實(shí)際排水量（已滿足施工要求）相差太大，計(jì)算出水量比實(shí)際水量大10倍以上。經(jīng)分析，原因依據(jù)不充分，因?yàn)榘l(fā)生流砂現(xiàn)象一般是下列各種因素組成的綜合效應(yīng)：水層中的土組成是輕質(zhì)亞粘土，粉細(xì)砂層。水利坡度大于0.5含水量大于30%孔隙率大于43% 所以應(yīng)對上式進(jìn)行評(píng)定 從寶鋼降水經(jīng)驗(yàn)中可以得出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值；在淤泥質(zhì)亞粘土中含水量的降低率一般為1

19、0%20%，而淤泥質(zhì)粘土一般為9%左右。這些數(shù)據(jù)與我在上海展覽中心北館降水試驗(yàn)中得出的數(shù)據(jù)也比較吻合，淤泥質(zhì)亞粘土降水前后的含水量降低率是17%。 降水率=前-后/前*100% 修訂的公式（經(jīng)驗(yàn)公式）如下： Qp=VtG1/1+e* Qp=Vt1/1+* 式中各層土含量的降低率（在淤泥質(zhì)亞粘土取20%，淤泥質(zhì)土中取10%）。 用這個(gè)公式計(jì)算的排水量與實(shí)際抽水量比較接近，與上海同行們的說法比較吻合，他們說每個(gè)真實(shí)深井可降低150200m²降水面積的地下水，與采用上式計(jì)算的排水量而確定的井管根數(shù)接近。所以說此公式有一定的運(yùn)用性。一 單井出水量計(jì)算q采用 阿布拉莫夫公式 q=120rL*4

20、k 基哈德公式 q=2rLk/15 式中：r井類過濾器半徑（m） L井類過濾器長度（m） K土的滲透系數(shù)（m/日） 根據(jù)寶鋼降水經(jīng)驗(yàn)，按上式計(jì)算大大超過實(shí)際出水量。主要原因是k值小，k值小可采用： q=1.25kiDH式中：k土的滲透系數(shù)（m/日）i水力坡度D砂井直徑（m）H含水層厚度（m）6、井類間距與數(shù)量的井管數(shù)量確定 有兩種情況，有圍護(hù)結(jié)構(gòu)，無圍護(hù)機(jī)構(gòu)a有圍護(hù)機(jī)構(gòu)（1）井管數(shù)量n（根）n=QqDQ基礎(chǔ)應(yīng)排出的水量q單井每日排水量/dD排水天數(shù)（2030）（2）井管間距 現(xiàn)場清理情況，根據(jù)樁位圖，支撐系統(tǒng)圖，盡可能均勻分布。 b無圍護(hù)機(jī)構(gòu) （1）井管數(shù)量n根 n=Q/q Q每日涌入基坑的水

21、量/日 q單井每日排水量/日 （2）井管間距a米 a=L/n L基坑周長（米）7、深井過濾器的設(shè)計(jì)確定是 a、過濾器孔隙率的確定單井進(jìn)水量q等于進(jìn)水濾水器的流速與進(jìn)水面積F的乘積q=vF F=RL q=VLRF-進(jìn)水面積R-過濾器直徑L-過濾器的長度-過濾器孔隙率假設(shè)V1m/s 為1525 b、過濾器網(wǎng)的選擇通常選用尼龍過濾網(wǎng)。過濾網(wǎng)的孔眼直徑與土的顆粒組組成有關(guān)，其關(guān)系式 dcd50式中dc過濾網(wǎng)孔徑d50土顆粒粒徑，以土中小于此顆粒粒徑顆粒含量的50為準(zhǔn)。c.濾網(wǎng)的確定。濾砂確定同樣根據(jù)土層的顆粒含量50為準(zhǔn)四、真空深井井點(diǎn)降水施工真空深井施工步驟為：制作真空井點(diǎn)-成孔-洗孔-下井管-填砂

22、-安裝排水泵，封堵井蓋-集水總管接連式抽真空排水。同其他井點(diǎn)一樣，成孔洗孔填過濾砂施工質(zhì)量的好壞是影響井點(diǎn)降水效果極為關(guān)鍵的因素。施工中要嚴(yán)格控制過幾道工序的施工質(zhì)量。1.制作深井井管按降水深度確定井管長度，并計(jì)算過濾器尺寸后，制作要求詳圖（附圖一）2.成孔成孔一般在圍護(hù)結(jié)構(gòu)或樁施工完后，采用鉆機(jī)成孔，成孔直徑D確定按下式：D=d+300mm400mm式中d為井管外徑3.洗孔鉆孔到設(shè)計(jì)深度后，孔中剩下的水泥密度極大，此時(shí)直接沉放井管，過濾器網(wǎng)的孔眼被堵塞，所填的砂可能填不到設(shè)計(jì)標(biāo)高，砂井也將含有大量的泥漿，砂井的濾水效果也很差。如何將泥水的密度減少呢？注入清水不行清水的密度相比之下較小，不能將

23、較重的泥漿排擠出，尤其是底部。一般潛水泵的排密度較大的泥漿也有困難。這是采用反循環(huán)吸泥裝置較為理想其裝置由下列設(shè)備材料組成：（1）3-6空壓機(jī)一臺(tái)（2）空氣（壓縮）輸送管4一根（長度由井深決定）（3）吸泥管中48159mm鋼管一根（長度由井深決定）（4）卡件，吸盤，噴早在1989年9月，反循環(huán)吸泥漿裝置在寶鋼實(shí)驗(yàn)成功，曾用于三公司地下連續(xù)墻清底吸泥，效果很好。具體工作原理為（附圖二）當(dāng)容壓機(jī)工作，將大量的壓縮空氣注入吸泥管內(nèi)，此時(shí)的壓縮空氣與管內(nèi)的泥漿水充分混合，使管內(nèi)的泥漿水比重減少（相對管外的泥漿而言）為r,設(shè)管外的泥漿水為r,則產(chǎn)生比重差r-r=r,，由于這個(gè)比重差r.從而產(chǎn)生一個(gè)水壓頭p=rh(井深)。在這個(gè)水壓頭的作用下，泥漿水得不斷從底部抽到地上（通過吸泥管），往井內(nèi)注入（補(bǔ)充）清水，以達(dá)到減小孔中泥漿水的密度。這是吸泥裝置的主要工作原理，另一方面壓縮空氣對水體也有推動(dòng)作用。4.沉設(shè)井管沉設(shè)井管一般來說比較簡單，若掌握不好也會(huì)有一定