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風(fēng)積沙土路基橋涵施工降水技術(shù)

文檔作者：袁玉卿，劉松利，邵慧君，蘭旭濤，許海銘文檔來源：河南大學(xué)土木建筑學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年10月13日
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Specia1 Stor)，本刊特稿RM CM
風(fēng)積沙土
路基橋涵施工降水技術(shù)
Dewatering Technology瓿-)r C,o lsUa_lction ofBridges and Ctflve~ Oil W ind-blown Soil
袁玉卿，劉松利，邵慧君，蘭旭濤，許海銘
河南大學(xué)土木建筑學(xué)院，河南開封475004
0 引言
風(fēng)積沙土沿黃河兩岸分布， 地
下水位較高， 塑性指數(shù)小， 滲透性
較好， 含水量較大。橋涵的基礎(chǔ)部
分或全部處于地下水位線以下， 為
保證干法作業(yè)， 應(yīng)做好降水處理。
否則在挖方施工中側(cè)壁地下水向坑
內(nèi)滲流， 易形成流沙， 隨著基坑下
挖， 沙土隨水流蝕， 邊坡不斷滑
塌， 掩埋基坑。在水流不斷時(shí)， 地
基稍有擾動(dòng)， 即軟化流動(dòng)， 基底承
載力將達(dá)不到設(shè)計(jì)要求， 基礎(chǔ)無法
施工。井點(diǎn)降水排水量大、降水
深， 適用于地下水位高、土方開挖
較深的工程， 在房屋建筑、水利及
公路工程中均有應(yīng)用 。
王景龍l6 對(duì)鄭州至開封城市通
道箱涵井點(diǎn)法降水進(jìn)行了探索。
郭煜【7 以京張高速公路二期工程官
廳湖特大橋主橋?yàn)槔?論述了多級(jí)
RM CM 本刊特稿
表1各類井點(diǎn)適用范圍
Special Story
麟懶
一級(jí)輕型井點(diǎn) O1-50 0．1-50
多級(jí)輕型井點(diǎn) 0．1～50 01～50
輕型井點(diǎn) 噴射井點(diǎn) O
．
1～ 5O 0．1～ 50
電滲井點(diǎn) 鋤1 <(】．1
管井井點(diǎn) 20～2o0 20～2(x】
管井 深井井點(diǎn)
1O～ 250 10～ 250
表2 qJ~IB／L變化的取值
》 囊鬟 o O-2 04 O．6_1．0
髏 1 0 l I2 I．16 1．18
圖1 井點(diǎn)降水原理
輕型井點(diǎn)降水的方案設(shè)計(jì)及施工方
法。曹忠明等 以江都至海安高速
公路為例， 主要介紹在砂性土路基
施工中， 利用井點(diǎn)降水來降低土的
天然含水量， 加快施工進(jìn)度， 降低
施工成本。酈迎新等[9 在橋梁墩臺(tái)
基坑施工時(shí)采用井點(diǎn)降水加放坡開
挖， 順利完成了墩臺(tái)施工， 取得了
較好的經(jīng)濟(jì)效益。
風(fēng)積沙土層含水量較大， 地下
水補(bǔ)給充分， 水位較淺， 高壓縮
性，承載力低。本文結(jié)合鄭汴物流
通道新建工程， 探討風(fēng)積沙土路基
橋涵施工井點(diǎn)降水法， 為同類工程
施工提供借鑒。
1．1 基本原理
井點(diǎn)降水法即在基坑周圍埋設(shè)
一定數(shù)量的濾水管， 利用抽水設(shè)備
持續(xù)抽取地下水， 在井點(diǎn)周圍形成
一個(gè)穩(wěn)定的漏斗狀水面， 使地下水
位降至基坑底以下。井點(diǎn)降水工作
原理如圖1所示。在基坑開挖過程
中保持不問斷抽水， 使基坑開挖等
工作均在無水狀態(tài)下進(jìn)行。井點(diǎn)降
水可有效地防止流沙， 使邊坡得到
穩(wěn)定， 有利于機(jī)械化施工， 保證工
程質(zhì)量與安全。
1_2 井點(diǎn)分類和選擇
井點(diǎn)分輕型井點(diǎn)和管井兩大
類， 見表1。施工中應(yīng)根據(jù)土體的
滲透性、降水深度、機(jī)械設(shè)備及材
料情況， 經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后確定。
1．3 輕型井點(diǎn)降水的計(jì)算理論
(1)進(jìn)行井點(diǎn)系統(tǒng)的高程布置
時(shí)， 井管的埋設(shè)深度壞包括濾管)
Hw H +h+iL+， (1)
式中： -一井管的埋設(shè)深度(m)；
r 一井管埋設(shè)面至基坑底
的距離(m)；
— — 基坑軸線上降低后的
地下水位至基坑底的距離， 一般不
，j＼于0．5m：
卜水力坡度；
— — 井點(diǎn)管中心至最不利
點(diǎn)的水平距離(m1；
卜一濾管長度(hl1。
(2) 基坑涌水量計(jì)算。無壓
完全井涌水量的計(jì)算公式為
o： ： 魚 ( 叢二 (2)
～ lgR —lgx0
式中： 井點(diǎn)降水系統(tǒng)的總涌水
量(n1j·d )；
一滲透系數(shù)(Hl·d- )；
— _含水層厚度(m)；
R— — 抽水影響半徑(m1；
卜水位降低值(m1；
r 一基坑假想半徑(m 。
無壓非完全井環(huán)形井點(diǎn)系統(tǒng)涌
水量為
D ：!： ( 二 (3)
～ lgR ～lgx0
式中：Q 無壓非完全井點(diǎn)降水
系統(tǒng)的總涌水量5B,~， 可劃分為若干單元計(jì)算。
(5)單根井點(diǎn)涌水量。單根
井點(diǎn)涌水量
q=65 dl ,Ix (8)
式中： 濾管直徑㈣。
(6) 井點(diǎn)管數(shù)量的確定。井
點(diǎn)管數(shù)量
1．1 Q／q (9)
式中1．1為考慮井點(diǎn)堵塞等因素的井
點(diǎn)系數(shù)。
(7) 井點(diǎn)管間距的確定。井
點(diǎn)管間距
D = (10)
— l
式中：三一．一總管的長度㈣。
2 井點(diǎn)施工基本方法
2．1 安裝程序
根據(jù)現(xiàn)場施工情況， 總結(jié)了井
點(diǎn)降水安裝程序， 見圖2。
2_2 井點(diǎn)降水施工準(zhǔn)備
2．2．1 成孑L
對(duì)于一般的風(fēng)積沙土路基， 以
鋼管作井點(diǎn)管， 采用打入法和高壓
水沖法即可下管。當(dāng)選用塑料管作
為井點(diǎn)時(shí)， 采用人工抽沙法進(jìn)行井
點(diǎn)管的埋設(shè)。在風(fēng)積沙土地層中，
用套管沖槍水沖、振動(dòng)水沖等方
法， 均難以達(dá)到理想的施工效果。
人工抽沙成孔的施工方法為： 采用
直徑為10～ 15 ClTI的壓水器， 進(jìn)水口
連接硬塑料管密封， 另一端連接長
1．0～ 1．5 1TI的同直徑鋼管； 在井點(diǎn)管
位置設(shè)置直徑30 crn預(yù)留有流水口的
鐵皮護(hù)筒， 用粘土將沉淀池與回水
渠封閉， 粘土埋深不小于15 cm ；
用水泵向沉淀池補(bǔ)充水， 保持護(hù)筒
內(nèi)水位比地下水位高0．8 m以上，
將抽水端鋼管插入護(hù)筒內(nèi)沙地層，
壓水井抽吸時(shí)將插入鋼管內(nèi)的沙土
抽起， 壓水井活塞復(fù)位時(shí)將鋼管提
起， 如此反復(fù)抽吸， 逐漸下沉成
孔。高壓水沖成孔的方法為： 用直
徑50~70 mm的鍍鋅鋼管制作成高
壓水槍沖孔， 三人協(xié)作， 先插入水
槍， 待水槍下沉到要求的深度時(shí)(在
橡膠管上作出標(biāo)記)拔出水槍，快速
插入井點(diǎn)管。
2．2．2 井點(diǎn)管的埋設(shè)
在風(fēng)積沙土路基施工中， 井點(diǎn)
井點(diǎn)溝槽放線定位
安裝抽水設(shè)備
試抽與檢查
圖2 井點(diǎn)降水安裝程序
Specia1 Story本刊特稿RM CM
管的埋設(shè)要視土質(zhì)情況而定， 當(dāng)土
質(zhì)為粉砂土或者夾雜粘土?xí)r， 水沖
成孔后應(yīng)立即埋設(shè)井點(diǎn)管， 并在井
點(diǎn)管與孔壁之間立即用粗砂和碎石
灌實(shí)， 距地表1 1TI深度內(nèi)用粘土填
塞密實(shí)， 以防漏氣。當(dāng)土質(zhì)為中砂
和粗砂時(shí)， 水沖或其他方法成孔
后， 立即埋設(shè)井點(diǎn)管， 只需在距
地面0．5 m深度內(nèi)用粘土填塞密實(shí)
即可。
2．2．3 管路安裝與檢查
用透明膠管將井點(diǎn)管與總管連
接好， 用薄膜把接口纏緊， 再用鉛
絲綁好， 防止管路漏氣而降低整個(gè)
管路的真空度。然后安裝集水箱、
排水箱、真空泵和離心泵， 離心水
泵軸心標(biāo)高宜與總管平行或略低于
總管。檢查集水總管與井點(diǎn)管連接
的連接管的各個(gè)接頭在試抽水時(shí)是
否有漏氣現(xiàn)象， 若漏氣則應(yīng)重新連
接。井點(diǎn)降水一經(jīng)開始， 就要不間
斷進(jìn)行， 否則井點(diǎn)濾管易被堵塞， 因
此應(yīng)該有備用真空泵及離心泵，供電
線路及配電裝置均為兩套。
2．3 井點(diǎn)降水注意事項(xiàng)
使用井點(diǎn)降水時(shí)， 一般應(yīng)連續(xù)
抽水， 時(shí)抽時(shí)停易堵塞濾網(wǎng)。同時(shí)，
由于中途停抽， 地下水回升， 也可
能引起邊坡塌方等事故。抽水過程
中， 應(yīng)調(diào)節(jié)離心泵的出水閥以控制
水量， 使抽吸排水保持均勻， 正常
的出水規(guī)律是“先大后小， 先混后
清” 。真空泵的真空度是判斷井點(diǎn)
系統(tǒng)工作情況是否良好的標(biāo)準(zhǔn)。
若抽出的地下水始終混濁， 水
安裝高壓水泵
井點(diǎn)管與總管連接
正式投入降水程序
成孔、安裝、埋設(shè)井點(diǎn)管
布置安裝總管
中含砂量較多， 基坑附近地表沉降較
大。原因可能是井點(diǎn)濾網(wǎng)破損， 井點(diǎn)
濾網(wǎng)孔徑和砂濾料粒較大，失去過濾
作用， 土層中大量泥砂隨地下水被抽
出。預(yù)防措施是下井點(diǎn)管必須嚴(yán)格
檢查濾網(wǎng)， 發(fā)現(xiàn)破損或包扎不嚴(yán)密
應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)， 井點(diǎn)濾網(wǎng)和砂濾料應(yīng)
根據(jù)土質(zhì)條件選用。對(duì)始終抽出濁
水的井點(diǎn)， 必須停止使用。
3．1 工程概況
鄭州至開封物流通道工程是中
原城市群中規(guī)劃的“三橫六縱” 中
的一條重要橫向公路， 工程起點(diǎn)位
于鄭州市鄭東新區(qū)的商鼎路與京港
澳高速公路分離式立交東側(cè)， 終點(diǎn)
位于開封市金明大道與宋城路交叉
口轉(zhuǎn)盤處， 路線全長44．661 km， 其
中鄭州境內(nèi)長32．063 km， 開封境內(nèi)
長12．598 km。工程沿線區(qū)域?yàn)猷嵵?
與開封一體化發(fā)展的戰(zhàn)略性發(fā)展地
段一鄭汴產(chǎn)業(yè)帶。隨著大鄭東新
區(qū)和鄭汴一體化快速發(fā)展， 該區(qū)域
沿線將成為現(xiàn)代化城市新區(qū)。
經(jīng)實(shí)地勘察， 場區(qū)水文地質(zhì)條
件簡單， 地下水均屬孔隙潛水， 補(bǔ)
給方式主要為大氣降水滲入及側(cè)向
徑流補(bǔ)給， 排泄方式主要為人工取
水和側(cè)向徑流排泄。不同于沙漠地
區(qū)風(fēng)積沙的重要一點(diǎn)是由于黃河高
懸于地面流過， 水位受季節(jié)影Ⅱ向明
顯， 穩(wěn)定性差， 地下水位平均埋深
為1．5 111_。土層變化較大但基本以粉
砂土為主， 中間局部夾有黃褐色低
RM CM 本刊特稿Speci 1 St。ry
圖3 輕型井點(diǎn)降水單排布置
液限粘土。
道路沿線路線跨越七支排、西
干渠、馬家河北支、馬家河、二干
渠、運(yùn)糧河等， 所跨河流寬度均不
大， 最大河寬不足100m。本工程排
水系統(tǒng)采用雨、污分流制， 管渠采
用開槽施工， 地下水位較高， 而全
線開挖深度2～6 m， 管渠施工時(shí)需
考慮降水。
32 井點(diǎn)系統(tǒng)的布置
根據(jù)本工程地質(zhì)情況和平面形
狀， 選用輕型井點(diǎn)的不同布置方
式。單排布置適用于基坑(槽) 寬
度小于6 ITI且降水深度不超過5 m的
情況。井點(diǎn)管應(yīng)布置在地下水的上
游～ 側(cè)， 兩端延伸長度不宜小于坑
(槽) 的寬度， 見圖3。雙排布置
適用于基坑深度大于6 m或土質(zhì)不
良的情況， 見圖4。
對(duì)于開挖較深的或大面積基坑
可采用二級(jí)井點(diǎn)降水(圖5) ， 或
者環(huán)繞布置方式(圖6)。
3．3 輕型井點(diǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
計(jì)算以某段涵洞施工為例，
基坑底寬10 m， 長44 m，基坑深5．0
m， 挖土邊坡1：0．5。參照地質(zhì)勘探
報(bào)告， 滲透系數(shù)K取4 m ·d- 。地下
水位標(biāo)高為一1．5 in。采用輕型井點(diǎn)
降水法降低地下水位， 需要將地下
水位降至基坑底以下50Cnl。
根據(jù)涵洞段地質(zhì)情況和平面形
狀， 輕型井點(diǎn)選用環(huán)形布置， 表層
沙層挖去約o．5 m， 則基坑上口平
面尺寸為49 m×15 m， 布置環(huán)形井
圖4 輕型井點(diǎn)降水兩排布置 圖5 輕型二級(jí)井點(diǎn)降水布置
點(diǎn)， 總管足巨基坑邊緣1 m。經(jīng)過計(jì)
算， 總管長度為136m， 水位降低值
為4．0 m， 井點(diǎn)管埋設(shè)深度為6．5 IYl。
因此選用7m長的井點(diǎn)管， 直徑為50
lTlln， 濾管長1．0 1TI。井點(diǎn)管外露地
面0．2m， 埋入土中6．81TI， 大于計(jì)算
所需降水深度的最小值(6．5 m)， 符
合深度要求。按無壓非完整井環(huán)形
井點(diǎn)系統(tǒng)計(jì)算涌水量和單個(gè)井點(diǎn)涌
水量， 根據(jù)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)確定井點(diǎn)間
距為1．5 m， 共布置井點(diǎn)管9o~L~。濾
管長1．om， 鉆有直徑為lO1TIITI的透
水孔， 用細(xì)濾網(wǎng)和棕櫚包裹。排水
總管采用D100鋼管。抽水設(shè)備根據(jù)
計(jì)算所需真空度、揚(yáng)程及流量參數(shù)
進(jìn)行選取。
34 輕型井點(diǎn)施工
3．4．1 成孑L
井點(diǎn)管安裝有水沖法、鉆孔法
和套管法， 根據(jù)本工程地質(zhì)情況，
選用水沖法成孔， 因?yàn)橛盟疀_法施
工不會(huì)出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象。根據(jù)測量控
制點(diǎn)， 測量放線確定井點(diǎn)位置， 首
先在井位挖一個(gè)小土坑， 大約深
500 mm， 以便于沖擊孔時(shí)集水、
灌砂及排泄多余水。圖7、圖8所示
為水沖法成孔， 沖孑L時(shí)將高壓水
泵出水管用高壓膠管與孔連接，
并插在井點(diǎn)的位置上， 水壓控制在
0．3～0．7 MPa， 高壓水經(jīng)過沖孔管頭
部的噴水小孔， 以高速的射流沖擊
刷洗土壤， 同時(shí)使；中孔管上下左右
轉(zhuǎn)動(dòng)， 邊沖邊下沉直至潛水含水層
底， 從而逐漸在土中形成直徑約為
3501Tkrn的孔洞。
3．4_2 井點(diǎn)管的埋設(shè)
井孔形成后， 拔出沖孔管， 將
井點(diǎn)管慢慢插入井孔中央， 井點(diǎn)管
上端應(yīng)用木塞塞住， 以防砂石或其
他雜物進(jìn)入， 并使其露出地面200
mm， 然后倒入粒徑5～ 30ITIITI的石
子， 使孔底以上高~_5oo mm， 再
沿井點(diǎn)管四周均勻投放2～4 lnln粒
Special Story本刊特稿
目6 輕型井點(diǎn)降水環(huán)繞布置
圣中粗砂， 砂石濾層的厚度應(yīng)在80
nln左右， 以提高透水性， 填砂厚
蔓要均勻， 速度要快， 填砂中途不
導(dǎo)中斷， 以防孔壁塌土， 見圖9。
上部1．0 m深度內(nèi)用粘土填實(shí)， 以
方漏氣。
；．5 抽水
經(jīng)檢查， 井點(diǎn)設(shè)備不漏氣且抽
J

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