CN111139852A - 一种富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于超深基坑降水技术领域，公开了一种富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，包括现场勘察，查明现场的地质条件和水文参数；基于地质条件和水文参数设计降水井，获得降水井参数和井位数据；现场测量放样定井位，并在井位点处埋设护口管；利用钻机在井位点进行钻孔，并在钻孔过程中对孔壁进行加固；钻孔至设计深度后，清孔、下井管，并在井管与孔壁之间填充过滤料；将污水泵放入井底对其进行反复抽洗；安装水泵及管路系统，进行抽降水；降水井完成使用目的后，拆卸水泵及管路系统，并进行回填捣实。该方法根据实际施工情况合理规划降水井，能够容纳地下涌水，使得超深基坑内保持干燥，顺利进行深基坑结构施工。

Description

一种富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法

技术领域

本发明属于超深基坑降水技术领域，具体涉及一种富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法。

背景技术

基坑降水是指在开挖基坑时，地下水位高于开挖底面，地下水会不断渗入坑内，为保证基坑能在干燥条件下施工，防止边坡失稳、基础流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降而做的降水防渗漏工作。

随着城市地下空间开发规模扩大，高层建筑及地铁、高铁迅速发展，越来越多的地下设施源源不断地涌现，超大、超深基坑工程越来越多，而部分超深基坑可能会出现在富水砂卵石地层，富水砂卵石地层区域开挖超深基坑地下水处理问题，如大量抽排地下水会导致地基承载力下降，给周围建筑的稳定性构成威胁，如何控制好地下水，减少其对超深基坑开挖和支护结构施工的负面影响，成为富水砂卵石地层超深基坑施工中一个重要而又较难处理的施工环节。

现有的施工技术中常采用钢板桩、水泥搅拌桩或截水帷幕控制地下水，但此类方法只能满足涌水量较小且降水深度较浅的工程，而针对含富水砂卵石地层超深基坑的降水控水方法还没有，而这种地质条件在实际工程中很常见，富水砂卵石地层超深基坑如仅仅采用排桩施工，将无法降水，如采用地下连续墙作为围护结构，则存在施工周期长，经济成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，以解决现有技术存在的上述一个或多个技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，包括以下步骤：

现场勘察，查明现场的地质条件和水文参数；

基于所述地质条件和所述水文参数设计降水井，获得降水井参数和井位数据；

现场测量放样定井位，并在井位点处埋设护口管；

利用钻机在井位点进行钻孔，并在钻孔过程中对孔壁进行加固；

钻孔至设计深度后，清孔、下井管，并在井管与孔壁之间填充过滤料；

将污水泵放入井底对其进行反复抽洗；

安装水泵及管路系统，进行抽降水；

降水井完成使用目的后，拆卸所述水泵及管路系统，并进行回填捣实。

进一步的，所述基于所述地质条件和所述水文参数设计降水井，获得降水井参数和井位的方法包括：

基于所述地质条件和所述水文参数，分别计算获得现场的涌水量、单井出水量、降水井数量以及降水井深度，并根据所述降水井数量布设降水井井位，获得降水井参数和井位数据。

进一步的，所述基于所述地质条件和所述水文参数，计算获得现场的涌水量的方法为：

利用公式(1)计算现场的涌水量：

式中，Q—涌水量，m³/d；K—含水层的渗透系数，m/d；H—含水层厚度，m；S—设计降深，m；R—降水影响半径，m；r₀—等效半径，m；h—动水位至含水层底板深度，m；h_m—潜水含水层厚度与动水位以下的含水层厚度的平均值，

l—有效过滤器长度，m。

进一步的，所述单井出水量由地层汇水能力、井管透水能力以及水泵抽水能力构成；其中：

采用计算公式(2)计算获得所述地层汇水能力：

式中：l—过滤器有效长度，m；r—管井半径，m；K—渗透系数，m/d；

采用计算公式(3)计算获得井管透水能力：

q_井管＝πnV_gD_gL……(3)

式中：q井管—过滤管的允许进水流量，m³/s；n—过滤管进水面层有效孔隙率；V_g—过滤管允许进水流速，供水管井不宜大于0.03m/s；D_g—过滤管外径m；L—过滤管有效进水长度，m；

所述水泵抽水能力由水泵流量乘以24h获得。

进一步的，所述基于所述地质条件和所述水文参数计算获得所述降水井数量的方法为：

采用计算公式(4)计算所述降水井数量：

n＝1.1Q/q……(3)

式中：Q—涌水量，m³/d；q-地层汇水能力、井管透水能力以及水泵抽水能力中的最小值。

进一步的，在井位点处埋设护口管之前，所述方法还包括：

开挖深度不小于3m的探坑，探明地下是否有无管线，若无管线，则在井位点处埋设护口管；若有管线，则查明管线来源并做好管线保护措施，若管线影响降水井位置，则对降水井位置进行调整。

进一步的，在钻孔过程中对孔壁进行加固的方法包括：

从孔口至砂土层中不少于1.5m的范围内采用钢护筒加固，所述钢护筒的顶部高出地面不少于0.3m，所述钢护筒的顶部四周开设若干个溢浆孔；

所述钢护筒以下的孔壁采用化学泥浆加固，所述化学泥浆由粘性土或膨润土与水混合而成，所述泥浆的相对密度为1.10～1.15，粘度为20～25s，酸碱度为pH8～10。

进一步的，所述清孔的方法包括：

提升钻头，然后通过不同的循环方式排除孔底沉淤，并不断注入洁净的化学泥浆水，用以降低桩孔化学泥浆水中的泥渣含量；

清孔结束时测定孔底沉淤，孔底沉淤厚度不大于30cm。

进一步的，所述井管包括实管和设置于所述实管底部并与所述实管连接的滤管，所述滤管为桥式滤管，所述下井管的方法包括：

利用吊车分节吊放，各节井管之间同心并焊接严密，下到设计深度，顶部低于地面20cm，地面采用100×100×2cm钢板盖进行保护。

进一步的，在井管与孔壁之间填充过滤料的方法包括：

采用人工沿井孔四周均匀连续填入，滤料填至井口位置；

其中，滤管部分滤料采用4～7mm的砾石，填充高度超过过滤管上端5m～10m，下部与底端齐平，其余部分使用原状土回填。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果或优点：

本发明所提供的富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法通过实际施工情况和施工要求，对超深基坑内的降水井的结构、位置和数量进行合理规划，所述降水井能够容纳地下涌水，使得超深基坑内保持干燥，能够顺利进行深基坑结构施工；钻井施工的施工量小，且在施工的过程中，可以与超深基坑结构的施工同时进行，不产生相互的干扰，提高了施工的效率。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法的方法流程图；

图2是本发明实施例中降水井的布置示意图；

图3是本发明实施例中桥式滤管的结构示意图；

图4是本发明实施例中桥式滤管的截面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义型实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

如图1所示，本发明实施例提供了一种富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，包括以下步骤：

步骤S1：现场勘察，查明现场的地质条件和水文参数。

为了便于理解，本发明实施例以成都市某轨道交通线的10#联络通道为例进行详细说明，其中，该联络通道拱顶埋深33.52m，隧道底埋深38.314m。

对该联络通道进行现场勘查，获得该联络通道的地质条件和水文参数，具体如表1所示：

表1：联络通道的地质条件和水文参数汇总表

其中，从上之下，各种地质层的厚度具体如下：

人工填土层厚度为0.5～5.8m；粉质黏土层厚为0.4～4.3m；粉细砂层厚为0.6～3.3m；中砂层厚约0.5～2.6m；稍密卵石土层厚0.8～13.2m；中密卵石土层厚1.9～24.2m；密实卵石土层厚较大，勘探钻孔均未揭穿，呈层状分布于基岩之上。

根据成都区域水文地质资料及地下水的赋存条件，地下水主要有两种类型：一是赋存于填土层的上层滞水，二是第四系砂卵石层的孔隙水。根据现场勘探，该联络通道区间范围内地下水静止水位埋深约1.70～8.60m。

完成现场勘查之后，执行步骤S2：基于所述地质条件和所述水文参数设计降水井，获得降水井参数和井位数据。

具体的，本发明实施例中基于所述地质条件和所述水文参数设计降水井，获得降水井参数和井位的方法包括：

基于所述地质条件和所述水文参数，分别计算获得现场的涌水量、单井出水量、降水井数量以及降水井深度，并根据所述降水井数量布设降水井井位，获得降水井参数和井位数据。

其中，利用公式(1)计算现场的涌水量：

式中，Q—涌水量，m³/d；K—含水层的渗透系数，m/d，该联络通道区域取K＝25；H—含水层厚度，m，该联络通道区域取H＝50；S—设计降深，即静止水位至隧道底(下1m)的距离，m；R—降水影响半径，m；r₀—等效半径，m；h—动水位至含水层底板深度，m；h_m—潜水含水层厚度与动水位以下的含水层厚度的平均值，

l—有效过滤器长度，m。

单井出水能力与地层汇水能力、井管透水能力以及水泵抽水能力相关，三者的计算方法具体如下：

利用计算公式(2)计算获得所述地层汇水能力：

式中：l—过滤器有效长度，m；r—管井半径，m；K—渗透系数，m/d；

利用计算公式(3)计算获得井管透水能力：

q_井管＝πnV_gD_gL……(3)

式中：q井管—过滤管的允许进水流量，m³/s；n—过滤管进水面层有效孔隙率；V_g—过滤管允许进水流速，供水管井不宜大于0.03m/s；D_g—过滤管外径m；L—过滤管有效进水长度，宜按过滤管长度的85％计算，m；

所述水泵抽水能力由水泵流量乘以24h获得。

采用计算公式(4)计算所述降水井数量：

n＝1.1Q/q……(3)

式中：Q—涌水量，m3/d；q-地层汇水能力、井管透水能力以及水泵抽水能力中的最小值。

而降水井深度则采用公式(5)进行计算获得：

H_w＝H_w1+H_w2+H_w3+H_w6

H_w2＝ir₀

式中：H_w—降水井深度(m)；H_w1—自地面算起至设计要求的动水位间的深度，m；H_w2—在降水管井分布范围内宜为1/10～1/15，i为水力坡度，取值范围为1/15-1/10，r₀降水管井分布范围的有效半径或降水管井排间距的1/2；H_w3—从H_w2以下算起至最下部过滤器底端的长度，m；H_w6—沉沙管长度，m。

最终获得的降水井参数如表2所示：

表2：降水井参数表

在具体的实施过程中，7口井中有一口为观察井(备用降水井)，为了保证10#联络通道施工过程的安全，在10#联络通道6口降水井(1#、2#、3#、4#、5#、6#)外增加第一梯度降水井4口(7#、8#、9#、10#)，另再在外围增加降水井5口(降水井11#、12#、13#、14#、15#)，共计15口井，如图2所示，进行分阶分序降水，从而保障10#联络通道施工过程的安全。

获得降水井参数和井位数据之后，执行步骤S3：现场测量放样定井位，并在井位点处埋设护口管。

在具体的实施过程中，为了避免施工时破坏地下管线，本发明实施例在井位点处埋设护口管之前，所述方法还包括：

开挖深度不小于3m的探坑，探明地下是否有无管线，若无管线，则在井位点处埋设护口管；若有管线，则查明管线来源并做好管线保护措施，若管线影响降水井位置，则对降水井位置进行调整。

在具体的实施过程中，护口管主要用于防止孔口坍塌，本发明实施例中的护口管底口插入原状土层中，管外用粘性土和草辫子填实封严，防止施工时管外返浆，护口管上部应高出地面0.3m～0.5m。

完成步骤S3之后，执行步骤S4：利用钻机在井位点进行钻孔，并在钻孔过程中对孔壁进行加固。

在具体的实施过程中，对孔壁进行加固的方法有很多，比如采用钢护筒、混凝土护壁等。在进一步的实施方案中，本发明实施例在钻孔过程中对孔壁进行加固的方法具体包括：

从孔口至砂土层中不少于1.5m的范围内采用钢护筒加固，所述钢护筒的顶部高出地面不少于0.3m，所述钢护筒的顶部四周开设若干个溢浆孔；

所述钢护筒以下的孔壁采用化学泥浆加固，所述化学泥浆由粘性土或膨润土与水混合而成，所述泥浆的相对密度为1.10～1.15，粘度为20～25s，酸碱度为pH8～10。

完成步骤S4之后，执行步骤S5：钻孔至设计深度后，清孔、下井管，并在井管与孔壁之间填充过滤料。

在具体的实施过程中，钻孔完成之后应立即进行孔底清理，避免隔时过长，一直化学泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。清孔常用的清孔方式有正循环清孔、泵吸反循环清孔和空气升液反循环清孔，通常随成孔时采用的循环方式而定。本发明实施例中清孔的方法具体包括：

提升钻头，然后通过不同的循环方式排除孔底沉淤，并不断注入洁净的化学泥浆水，用以降低桩孔化学泥浆水中的泥渣含量；

清孔结束时测定孔底沉淤，孔底沉淤厚度不大于30cm。

清孔完成之后下井管。具体的，本发明实施例中的所述井管包括实管和设置于所述实管底部并与所述实管连接的滤管，所述滤管具体采用桥式滤管，如图3和图4所示，所述下井管的方法包括：

利用吊车分节吊放，各节井管之间同心并焊接严密，下到设计深度，顶部低于地面20cm，地面采用100×100×2cm钢板盖进行保护。

井管到达设计深度后，立即在井管周围灌填滤料，本发明实施例采用人工沿井孔四周均匀连续填入，滤料填至井口位置；其中，滤管部分滤料采用4～7mm的砾石，填充高度超过过滤管上端5m～10m，下部与底端齐平，其余部分使用原状土回填。

完成滤料灌填后，执行步骤S6：将污水泵放入井底对其进行反复抽洗，保证渗水效果，洗井过程中观测水位及出水量变化情况。

洗井完成之后，执行步骤S7：安装水泵及管路系统，进行抽降水。

在具体的实施过程中，安装水泵及管理系统之前，要先检查电机和泵体，确认完好无误后方可安装；潜水电机、电缆和接头的绝缘安全可靠，并配有保护开关控制，以确保安全运转；安装过程中保证各连接部位密封可靠；管路上装有闸阀、单向阀，以便于控制、管理。

安装好管路之后，进行试抽，试抽正常后进行正式降水。

完成步骤S7之后，执行步骤S8：降水井完成使用目的后，拆卸所述水泵及管路系统，并进行回填捣实。

具体的，首先切断抽水用电源，拆除井下水泵、电缆、泵管，采用石屑填入井管内，回填高度为至井口2.0m。距井口2.0m以上应采用C15素混凝土回填，并人工捣实。近地表部分按原地貌恢复。混凝土应在回填石屑后间隔3天再回填。

本发明实施例所提供的富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法通过实际施工情况和施工要求，对超深基坑内的降水井的结构、位置和数量进行合理规划，所述降水井能够容纳地下涌水，使得超深基坑内保持干燥，能够顺利进行深基坑结构施工；钻井施工的施工量小，且在施工的过程中，可以与超深基坑结构的施工同时进行，不产生相互的干扰，提高了施工的效率。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

现场勘察，查明现场的地质条件和水文参数；

基于所述地质条件和所述水文参数设计降水井，获得降水井参数和井位数据；

现场测量放样定井位，并在井位点处埋设护口管；

利用钻机在井位点进行钻孔，并在钻孔过程中对孔壁进行加固；

钻孔至设计深度后，清孔、下井管，并在井管与孔壁之间填充过滤料；

将污水泵放入井底对其进行反复抽洗；

安装水泵及管路系统，进行抽降水；

降水井完成使用目的后，拆卸所述水泵及管路系统，并进行回填捣实。

2.根据权利要求1所述的富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，其特征在于，所述基于所述地质条件和所述水文参数设计降水井，获得降水井参数和井位的方法包括：

基于所述地质条件和所述水文参数，分别计算获得现场的涌水量、单井出水量、降水井数量以及降水井深度，并根据所述降水井数量布设降水井井位，获得降水井参数和井位数据。

3.根据权利要求2所述的富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，其特征在于，所述基于所述地质条件和所述水文参数，计算获得现场的涌水量的方法为：

利用公式(1)计算现场的涌水量：

式中，Q—涌水量，m³/d；K—含水层的渗透系数，m/d；H—含水层厚度，m；S—设计降深，m；R—降水影响半径，m；r₀—等效半径，m；h—动水位至含水层底板深度，m；h_m—潜水含水层厚度与动水位以下的含水层厚度的平均值，

l—有效过滤器长度，m。

4.根据权利要求3所述的富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，其特征在于，所述单井出水量由地层汇水能力、井管透水能力以及水泵抽水能力构成；其中：

利用计算公式(2)计算获得所述地层汇水能力：

式中：l—过滤器有效长度，m；r—管井半径，m；K—渗透系数，m/d；

利用计算公式(3)计算获得井管透水能力：

q_井管＝πnV_gD_gL……(3)

式中：q井管—过滤管的允许进水流量，m³/s；n—过滤管进水面层有效孔隙率；V_g—过滤管允许进水流速，供水管井不宜大于0.03m/s；D_g—过滤管外径m；L—过滤管有效进水长度，m；

所述水泵抽水能力由水泵流量乘以24h获得。

5.根据权利要求4所述的富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，其特征在于，所述基于所述地质条件和所述水文参数计算获得所述降水井数量的方法为：

采用计算公式(4)计算所述降水井数量：

n＝1.1Q/q……(3)

式中：Q—涌水量，m³/d；q-地层汇水能力、井管透水能力以及水泵抽水能力中的最小值。

6.根据权利要求1所述的富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，其特征在于，在井位点处埋设护口管之前，所述方法还包括：

开挖深度不小于3m的探坑，探明地下是否有无管线，若无管线，则在井位点处埋设护口管；若有管线，则查明管线来源并做好管线保护措施，若管线影响降水井位置，则对降水井位置进行调整。

7.根据权利要求1所述的富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，其特征在于，在钻孔过程中对孔壁进行加固的方法包括：

从孔口至砂土层中不少于1.5m的范围内采用钢护筒加固，所述钢护筒的顶部高出地面不少于0.3m，所述钢护筒的顶部四周开设若干个溢浆孔；

所述钢护筒以下的孔壁采用化学泥浆加固，所述化学泥浆由粘性土或膨润土与水混合而成，所述泥浆的相对密度为1.10～1.15，粘度为20～25s，酸碱度为pH8～10。

8.根据权利要求1所述的富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，其特征在于，所述清孔的方法包括：

提升钻头，然后通过不同的循环方式排除孔底沉淤，并不断注入洁净的化学泥浆水，用以降低桩孔化学泥浆水中的泥渣含量；

清孔结束时测定孔底沉淤，孔底沉淤厚度不大于30cm。

9.根据权利要求1所述的富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，其特征在于，所述井管包括实管和设置于所述实管底部并与所述实管连接的滤管，所述滤管为桥式滤管，所述下井管的方法包括：

利用吊车分节吊放，各节井管之间同心并焊接严密，下到设计深度，顶部低于地面20cm，地面采用100×100×2cm钢板盖进行保护。

10.根据权利要求9所述的富水砂卵石地层高渗透超深基坑降水施工方法，其特征在于，在井管与孔壁之间填充过滤料的方法包括：

采用人工沿井孔四周均匀连续填入，滤料填至井口位置；

其中，滤管部分滤料采用4～7mm的砾石，填充高度超过过滤管上端5m～10m，下部与底端齐平，其余部分使用原状土回填。

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