轻型井点降水在承台施工中的应用

摘 要：根据工程地质特点及降水措施的使用条件，银川兵沟黄河大桥工程选用一级轻型井点降水措施。以本工程东引桥为例，来介绍轻型井点降水在承台开挖过程中的施工机具和材料、施工工艺和方法以及注意事项。

关键词：轻型井点；基坑降水；施工工艺；

Application of light well point precipitation in cushion cap construction

Zhou yanping

Abstract： According to the engineering geological characteristics and precipitation measures the conditions of use， choose a level of light well point dewatering measures Yinchuan Bing Gou the Yellow River bridge engineering. In the project of East approach as an example， to introduce the light well point dewatering in excavation process of pile cap construction equipment and materials， construction technology and method and the matters needing attention.

Keywords： The light well point； Dewatering of foundation pit； Construction technology；

1 前言

对于在地下水位较高的含水层中进行基坑开挖时，由于坑内外的水位差较大，较易产生流砂、管涌现象，甚至使边坡或坑壁失稳坍塌。在承台开挖前，采用轻型井点降水工艺，将坑内外水位降低，从而达到开挖基坑的目的，是常用且较为有效的施工方法。本文以银川兵沟黄河大桥项目东引桥承台施工为例，阐述轻型井点降水方案设计及具体的施工工程。

2 工程概况

银川兵沟黄河公路大桥是银川市交通局重点工程，位于银川市境内，工程起点接现状贺兰山东路终点，上跨京藏高速后，向东跨越汉延渠、惠农渠和黄河后，终止于宁蒙省界。

本合同单段是该项目的A6合同段，桩号范围K20+273～K22+500。银川兵沟黄河公路大桥东引桥位于黄河东岸，桩号为K20+753～K22+413（40#墩～80#台），地处黄河漫滩地段，地质条件复杂，基本为粉砂层软弱地段，拿我们已经开挖的41#墩为例，0.5m的粉土，5.7m的粉砂层，1.65m的细砂，下面的全部是泥岩。引桥承台基坑开挖3m～5m，基本在砂层里面。工程区域的水位较高，在地面以下1.0m左右，属于砂层潜水，并且受外河水位影响。

3 轻型井点降水工艺简介

3.1 轻型井点降水的设备系统

轻型井点降水的设备系统如图1所示。滤管长度为1.0～1.2m、直径为38～57mm、虑眼面积占滤管面积的20%～50%；井点管长5～7m（不包括滤管）、直径38～57mm；连接管采用胶皮管或透明管；积水总管的直径为100～127mm的钢管、总长4m/节；抽水设备采用真空泵（每台负担100～200mm）、离心水泵、水气分离器。

3.2 轻型井点降水的工艺原

轻型井点降水是在地下水位以下的基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量带过滤器的井点管，据顶部1m～1.5m处回填粘土闭气，上部用软式橡胶管（透明管）连接于积水总管，然后用真空泵组连接，使得地下水被吸至地面而排出。

3.3 轻型井点降水的工艺流程

测量放样井点管的位置→开挖井点管槽（当开挖深度大于4m时）→井点管与滤管组装连接（一般情况下井点管与滤管是同一根管子）→冲孔成井→埋管、灌砂密封→安装总积水管→井管与总集水管连接→安装集水箱和抽水设备→检查试运转→降水工作→工作结束、拆除。

3.4 轻型井点降水的优点

与传统的支护基坑支护工艺相比，轻型井点降水具有以下优点：

（1）降水后土层固结，基底干燥稳定，改善施工条件，提高了土的承载能力，便于用大型机械进行土方施工，提高功效，缩短工期。

（2）改变动水压力方向，防止排水引起的流砂现象。

（3）布置灵活，使用方便，施工速度快，降水效率高。

（4）可反复多次使用，施工费用小，经济效果好。

3.5 轻型井点降水的适用范围

轻型井点降水已被广泛的应用于各项建筑施工中，特别是在沿海、沿河地区，地下高水位软土地基中使用轻型井点降水，能获得很好的技术和经济效果。

由于轻型井点降水抽水机组置于地表，真空在地面产生，所以其降水深度受到真空吸程的限制。一级轻型井点降水的降水深度一般为3～6m，若再深的话就必须采用多级降水才能满足降水需要。轻型井点降水可根据地下水量的大小来布置井点间距，适合在地下水位较高、水量较大的粉砂质粉土、粉质粘土、亚砂及砂上土，在渗透系数为0.1～50m/d的土层中降水效果最好。

4 轻型井点的设计

4.1 轻型井点的布置

4.1.1 轻型井点的平面布置

轻型井点降水的平面布置原理为降水深度不大于5m、基坑宽度小于6m的线状基坑采用单排布置；降水深度不大于5m、基坑宽度大于6m的线状基坑采取双排布置；大面积（基坑宽度大于10m）采取环形布置，且当基坑长宽比小于等于5、降水深度不大于5m、基坑宽度小于2倍抽水半径时，布置成环形，若基坑长宽比大于5m则要分段布置成多个环形。

为使总管接近地下水位，基坑开挖深度超过4m的，将表层土挖除形成井点平台，井点平台距基坑底部不大于4m。所以本工程按照4m深度开挖基坑，基坑底每边预留1m的操作平台，坡度1：0.5，这样可算的基坑上口的尺寸为32.7m*12.25m，所以承台降水按照一级环形布置见图2。

4.1.2 井点管的高程布置

井点管的高程布置也就是井点管的埋设深度的设计，井点管的埋设深度（不包括滤管）要满足下式要求：

H≥H1+h+IL

式中H1---井点埋设面至坑底距离（m）；

h---坑底至降水后地下水位的距离（m）一般取0.5～1m；

I---地下水降落坡度，环形、双排布置时去1/10，单排布置时取1/4；

L---井点管至基坑中心的距离（单排井点为井点管至基坑另一层的水平距离）。

本工程根据水文地质情况H1按照4m计算，h取0.5m，则井点管的埋置深度为H≥4+0.5+1/10*6.1=5.1m（不包括滤管）。因此选用6m的井点管（另外再加1m的滤管）。

4.2 轻型井点的计算

4.2.1 井点系统的涌水量计算

根据水井理论，水井井底达到不透水层为完整井，水井井底没到达透水层为非完整井；地下水承压为承压井，否则为无压井。于是水井分成四类，分别是：无压完整井、无压非完整井、承压完整井、承压非完整井。根据本工程的水文地质情况，降排的是砂层中的潜水，按无压非完整井点系统来计算，如图3所示。计算公式为：

式中 Q---井点系统涌水量（m³/d）；

K---土壤渗透系数（m/d）；

H0---有效含水层厚度（m），可根据下表计算：

表1 有效含水层厚度计算公式

S’/（S’+l）0.20.30.50.8

H01.3（S’+1）1.5（S’+1）1.7（S’+1）1.85（S’+1）

注：表中s’为井管内水位降低深度；l为滤管长度。

S---降水深度（m）；

R---抽水影响半径（m），通常按照下式计算：

---环状井点系统所的假想半径（m），当矩形基坑的长宽比不大于5时，可按照下式计算：

F---环形井点系统所包围的面积（㎡）。

银川兵沟黄河大桥承台施工井点管选用直径40mm的PPR管子，井点管长6m，滤管长度1m，井点管距承台基坑上口1m。根据以上公式可计算出相应数值：

降水施工面积F=34.7×14.25=494.475㎡

假想半径X0= =12.55 m

降水深度S=4.5m，渗透系数按砂层取K=5 m/d

滤管内降水深度S’=S+IL=4.5+0.1*6.125=5.1 m

有效含水层厚度H0=1.85×（5.1+1）=11.285 m

抽水影响半径R=1.95×4.5× =65.91 m

基坑涌水量为Q=1.366×5×

=771 m³/d

4.2.2 井点管数量（n）计算

确定井点管数量需要先确定单根井点管的出水量q（m³/d），这取决于滤管的构造、尺寸及土的渗透系数，按下式计算：

式中d---滤管直径（内径）（m）；

l---滤管长度（m）；

K---土的渗透系数（m/d）。

于是可得 =13.96 m³/d

由此得井点管数量n为：n=1.1Q/q=1.1×771/13.96=61根

式中1.1---备用系数。

4.2.3 井点管间距（D）的计算

井点管间距的计算公式：D=L/n=97.9/61=1.6m

式中 L---总管长度（m）；

n---井点管数量（根）。

井点管间距经计算后，在确定时还应注意以下几点：

（1）井点管间距不能过小，否则彼此干扰大，出水量会显著减小，一般取滤管周长的5倍～10倍，即 5πd～10πd。

（2）在渗透系数小的土中，井距不应完全按计算取值，还要考虑抽水时间，否则井距较大时水位降落时间很长，因此在此类土中井距宜取得较小些。

（3）在基坑（槽）周围拐角和靠近地下水流方向（河边）一边的井点管应适当加密。

（4）井距应与总管上的接头间距相配合（取接头间距的整数倍）。

（5）当采用多级井点排水时，下一级井距应小于上一级井距。

根据综合考虑确定了实际井点管间距后，再确定所需的井点管根数和总管长度。本工程实际取井点管间距1.5m，根数为80根。

4.2.4 轻型井点降水的抽水设备的选择

抽水设备一般都已固定型号，选择的主要设备是真空泵（或射流泵）和离心泵。

真空泵常选用干式真空泵，根据及水总管长度确定型号：总管长度小于100m时可选用W5型，总管长度小于200m可选用W6型。

本工程选用真空泵，配套7.5KW电机，每套设备20根井点管，因此共需要4台设备，延基坑边按照环形布置。

5 具体施工步骤

根据总体的安排，在开挖断面达到布设井点的条件后，开始井点的布置，具体布置如下：

5.1 布置形式

根据基坑开挖范围，井点采用环形布置，在基坑四周均布设间距1.2m井点管，共设4套抽水设备，每套设备系统有120m的井点管，一台抽水泵、一个集水箱，向外排水，全部水汇集约旁边的水沟内，具体布置如图4所示：

5.2 施工设备准备

施工前先对降水配置各种机具材料，具体情况如下：

（1）井点管：选用直径为φ40、长度7m、壁厚为3mm的PPR管，下端1m的滤管，在管壁上钻φ15mm的小圆孔，孔距为25mm，外包两层滤网，滤网采用编织布，外部再包一层网眼较大的尼龙丝网，每隔50～60mm用10号铅丝绑扎一道；

（2）连接管：选用塑料胶管，与井点管和总管连接，采用10号铁丝绑扎，用塑料薄膜缠紧，防止漏气。

（3）总管：选用直径为φ100，壁厚为4mm铸铁管，用法兰盘加橡胶垫圈连接，防止漏气、漏水。

（4）抽水设备：选择真空泵配7.5KW电机以及机组配件和水箱。

（5）水枪：选用φ50×5无缝钢管，下端焊一个φ16的枪头喷嘴，上端弯成大约直角，且伸出冲击管外，与高压胶管连接。

（6）蛇形高压胶管：压力应达到1.5Mpa以上。

（7）高压水泵：100TSW-7高压离心泵，配备一个压力表，作井管之用。

5.3 井点管的埋设

首先排放集水总管，再埋设井点管。用软胶管将井点管与总管连通，然后安装抽水设备，井点管的埋设是一项关键性工作。

人工冲孔 埋管后灌砂并上口密封

井点管与总管连接 整体成型后

井点管采用水冲法埋没，分为冲孔与埋管两个过程，冲孔时先将高压水泵，利用高压胶管与孔连接，并将冲孔管插在井点的位置上，利用高压水，又经主冲孔管头部的喷水小孔，以急速的射流冲刷土壤，同时使冲孔管上下左右转动，边冲边下沉，从而逐渐在土中形成孔洞，井孔形成后，拔出冲孔管，立即埋设井点管，并及时在井点管与孔壁之间用中粗砂灌实，在距地1.0-1.5m的深度内，用粘土填塞密实，以防漏气。

冲孔过程中，孔洞必须保持垂直，冲孔深度比滤管低0.5m左右，以防止拔出冲孔管时部分土回填而触及滤管底部，砂滤层选用中粗砂。井点系统全部安装完毕后，进行抽试，以检查有无漏气现象。当真空度达550mmHg（33.33kPa）进行正式抽水。

6 控制要点

（1）井点在使用前，先进行试抽水，确认无漏水、漏气的等异常现象后，才连续不断抽水。

（2）井点降水使用时，保持连续抽水，若时抽时停，井点滤管易被堵塞。

（3）抽水过程中，应调节离心泵的出水阀以控制水量，使抽吸排水保持均匀，按照正常规律“先大后小，先混后清”进行分辨，按真空泵的真空度来判断井点系统工作情况是否良好。

（4）在抽水过程中，及时检查有无堵塞“死井”。一般采取听、摸、看等方法来检查：

听，有上水声是好井点，无声则可能井点已被堵塞；

摸，手摸管壁感到震动，另外应有冬暖夏凉的感觉，反之则为坏井点；

看，夏天湿、冬天干得井点为好井点。

淤塞的井点管太多，严重影响降水效果时，应逐根用高压水反向冲洗或拔出重新埋设。

（5）抽水时期，必须派有专业人员值班操作和观测，并且作好降水变化情况记录。

（6）地下承台浇筑完成达到回填条件后，方可拆除井点系统，拨管可借助于倒链或杠杆式起重机具。所用孔洞用砂或土堵塞。

（7）每天由专职电工检查备用发电机、供电线路是否完好，早晚各启动一次，一旦系统停电能够保证发电机正常运行。确保降排水设备的正常运转。同时备用真空泵、离心泵等设备要处于完好状态，时刻待命更替故障设备。对常用材料、工具、电线、保险丝等要提前备足。

7 质量标准

（1）井点管间距、埋设深度应符合设计，一组井点管和接头中心，应保持在一条直线上。

（2）井点埋设应无严重漏气、淤塞、出水不畅或死井等情况。

（3）井点冲孔直径≮300mm，深度大于设计深度30cm，垂直度在3%以内。

（4）孔内滤料填砂的细度模数≥3.5，井点顶部填粘土1.0～1.5m，并捣实闭气。

（5）合格的井管达90%以上。

（6）真空泵的真空度达到空度应不低于55.3～66.7kPa。

8 注意事项

（1）土方挖掘运输车道不设置井点，这不影响整体降水效果。

（2）在正式开工前，由电工及时办理用电手续，配备发电机，保证在抽水期间不停电。抽水应连续进行，特别是开始抽水阶段，时停时抽，会导致井点管的滤网阻塞。同时由于中途长时间停止抽水，造成地下水位上升，会引起土方边坡塌方等事故。

（3）轻型井点降水应经常进行检查，其出水规律应“先大后小，先浑后清”。若出现异常情况，应及时进行检查。

（4）在抽水过程中，应经常检查和调节离心泵的出水阀门以控制流水量，当地下水位降到所要求的水位后，要减少出水阀门的出水量，尽量使抽吸与排水保持均匀，达到细水长流。

（5）真空度是轻型井点降水能否顺利进行降水的主要技术指数，现场设专人经常观测。若抽水过程中发现真空度不足，应立即检查整个抽水系统有无漏气环节，并应及时排除。

（6）在抽水过程中，特别是开始抽水时，应检查有无井点管淤塞的死井，可通过管内水流声、管子表面是否潮湿等方法进行检查。如“死井”数量超过10%，则严重影响降水效果，应及时采取措施，采用高压水反复冲洗处理。

（7）在打井点之前应勘测现场，若发现场内有旧基础、隐性墓地等应及早上报。

（8）如粘土层较厚，沉管速度会较慢，如超过常规沉管时间时，可增大水泵压力，但不要超过1.5MPa。

（9）主干管流水坡度流向水泵方向。

（10）如在冬季施工，应做好主干管保温，防止受冻。

（11）基坑周围上部应挖好水沟，防止雨水流入基坑。

（12）井点位置应距坑边0.7～1m，以防止井点设置影响坑边土坡的稳定性。水泵抽出的水应按施工方案设置的明沟排出，离基坑越远越好，以防止渗下回流，影响降水效果。

（13）如场地粘土层较厚，这将影响降水效果，因为粘土的透水性能差，上层水不易渗透下去，采取套管和水枪在井点轴线范围之外打孔，用埋设井点管相同成孔作业方法，井内填满粗砂，形成二至三排砂桩，使地层中上下水贯通。在抽水过程中，由于下部抽水，上层水由于重力作用和抽水产生的负压，上层水系很容易漏下去，将水抽走。

9 总结

轻型井点降水法摒弃了传统工艺施工速度慢，施工成本高，施工工艺复杂，延误工期等缺点。在采用了合理的真空泵轻型井点降水组合法后，很快降低浅层水的地下水位，降低了土体的含水率，提高了土体的抗剪强度和稳定性，防止了流砂、管涌现象、坑底回弹隆起和塌方的发生。不但大大节约了人工费和机械费，而且缩短了工期，为项目节约了大量成本，在建筑施工中取得了良好的经济效益、安全效益和社会效益，为土建处发展做出了应有的贡献。

参考文献：

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[2]李文英.土力学与地基基础[M].北京中国铁道出版社.2006.北京；

[3]张国联，王凤池.土木工程施工[M]. 中国建筑工业出版社.2004.北京；

[4]龚晓南，高有潮.深基坑工程设计施工手册[M].北京中国建筑工业出版社，1998.北京。

作者简介：周艳平（1983.10） 女 工程师 2003年7月大专毕业于石家庄铁道工程职业技术学院铁道工程专业 2015年本科毕业于武汉工程大学土木工程专业

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