CN107489159A - 深厚淤泥质软土层真空管井降水施工结构及其施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了工程施工领域中的深厚淤泥质软土层真空管井降水施工结构及其施工方法，该结构包括降水井，降水井内侧的上端套有钢管实管，钢管实管外侧填有粘性土，降水井的下端套有钢管滤管，钢管滤管的外侧填有中粗砂滤料，降水井的顶端密封，降水井的底端填充砂石形成过滤层，降水井内设有潜水泵，潜水泵与真空泵连接，真空泵的末端设有排水管；该方法包括施工前放样、钻孔施工、井管加工并放管、降水施工以及降水管井封闭等步骤。本发明有效降低淤泥层含水率，通过真空降水后，淤泥含水率降低至20%左右。

Description

深厚淤泥质软土层真空管井降水施工结构及其施工工法

技术领域

本发明涉及工程施工领域，具体的说，是涉及一种深厚淤泥质软土层明挖基坑真空管井降水施工结构及其施工工法。

背景技术

在众多建设地铁的沿海或内陆城市中，广泛存在海陆交互沉积层地层，具体表现为广泛存在淤泥质软土层，淤泥质土层具有含水率高、触变性、流变性、高压缩性、低强度、低透水性及不均匀性等特点，在该类土层中深基坑的开挖往往会受淤泥质软土以上诸类不良特点影响，大型设备难以大规模投入，难以采取直接挖装等方式开挖，施工效率较低，且施工风险较高。

上述缺陷，值得解决。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种深厚淤泥质软土层真空管井降水施工结构及其施工工法。

本发明技术方案如下所述：

一方面，深厚淤泥质软土层真空管井降水施工结构，其特征在于，包括降水井，所述降水井内侧的上端套有钢管实管，所述钢管实管外侧填有粘性土，所述降水井的下端套有钢管滤管，所述钢管滤管的外侧填有中粗砂滤料，所述降水井的顶端密封，所述降水井的底端填充砂石形成过滤层；

所述降水井内设有潜水泵，所述潜水泵通过真空排水管/真空抽气管与真空泵连接，所述真空泵的末端设有排水管，所述排水管延伸到地面上开设的排水沟内。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述真空泵和所述潜水泵均通过电缆线与电源连接。

所述钢管实管和所述钢管滤管均为直径为273mm、壁厚≥3.0mm的钢管。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述钢管滤管的外侧包扎有80目的滤网。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述钢管滤管的高度为9m。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述真空排水管/真空抽气管为高压软管。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述潜水泵伸入距所述降水井底端1m处。

另一方面，深厚淤泥质软土层真空管井降水施工工法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、施工前放样出降水井中心位置；

步骤2、钻孔施工；

步骤3、对井管进行加工，并对井管进行下放，井管下放完成后填入碎石；

步骤4、洗井，碎石过滤层填充完成后立即下泵，进行洗井作业；

步骤5、降水施工，采用油浸潜水泵进行降水施工，连接好排水管及电源线路进行试抽水，试抽水后进行正式运行；

步骤6、降水管井封闭，在基础混凝土垫层施工前加工防水钢套管，钢套筒高度不小于混凝土底板与垫层厚度之和，在套筒外侧焊接钢板裙边止水带和缓膨型止水胶，降水完成后停止降水时，取出降水泵再填充封闭管井。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤2具体包括：

（1）成孔施工准备：先平整场地，钻孔机就位，利用全站仪进行校正，保证钻机垂直、平稳、牢固；

（2）钻机就位及成孔

将拼装好的钻机拖拉就位后，调整机架，使钻头中心对准桩中心，并与钻架上的起吊滑轮在同一铅垂线上；

钻进时开始轻压、慢转速，逐渐转入正常，钻进过程中，从地面向钻管内注入一定压力的泥浆水，泥浆水压送至孔底后，与钻孔产生的泥渣搅拌混合，然后经由钻管与孔壁之间的空腔上升并排出地面，混有泥渣的泥浆水经沉淀、过滤后再重复利用，重新注入钻管内，废渣排到泥浆池内；

（3）清孔：钻孔达到设计深度后，进行清孔处理；

清孔时，用清水清孔，持续30min后，用测绳测出孔深，看泥渣是否清除干净，若不干净，继续清孔使其满足沉渣厚度小于100mm。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤3中，选用直径为273mm、壁厚≥3.0mmm的钢管实管和钢管滤管，钢管滤管外采用80目滤网对层紧密包扎，底端设过滤层0.5m。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤3中，井管下放过程中前孔内填20cm厚3～15碎石铺底；井管下放时吊直，两人于孔口扶住井管缓慢下放；下放完成后使井管口高出地面30cm。

根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤4中，采用潜水泵抽水洗井，将井泵下放至距离井管底1m位置，用清水回灌碎石滤料内，抽出的水经过三级沉淀后排入市政管网中，直至井水清洁无浑浊。

根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤5中，井外设置一台真空泵，通过高压软管进行连接，并对管口采用铁板焊接密封；启动真空泵抽干井内空气，使井管内处于真空状态，直至井管内低于外界1个大气压为止；土内空隙水在大气压及土体重力作用下由高压向低压流动，流入井管内，在距井底1m处安装一台水泵将地下水抽出使地下水位降低。

在第一次试抽水时，记录抽水的时间与单井出水量，然后测定动水位的深度，观测停抽后的水位恢复情况，当水位上升幅度相对较快时，断定洗井有明显效果，该井可作为正式降水井使用；否则，重新洗井，直到满足要求为止。

根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤6中，在施工基础混凝土垫层时，将防水钢套管预埋于混凝土垫层中，将降水泵穿过防水钢套管进行降水。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明适用于沿海或河流陆海口存在三角洲等海陆交互沉积层地层的地区，广泛存在淤泥质软土层的地铁、市政大型深基坑工程；本发明可以有效降低淤泥层含水率，通过开挖情况判定基本满足土方开挖需要。同时进场后对比土样含水率检测，其中淤泥天然含水率约在50%左右，通过真空降水后，淤泥含水率降低至20%左右。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明降水井的剖面图。

图3为本发明降水井的断面图。

图4为本发明工艺流程图。

在图中，11、真空泵；12、潜水泵；13、电缆线；14、真空排水管/真空抽气管；15、排水管；21、粘性土；22、中粗砂滤料；23、过滤层；24、地面；25、排水沟；31、钢管实管；32、钢管滤管。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1-3所示，一种深厚淤泥质软土层真空管井降水施工结构，包括降水井，降水井内侧的上端套有钢管实管31，钢管实管31外侧填有粘性土21，降水井的下端套有钢管滤管32，钢管滤管32的外侧填有中粗砂滤料22，钢管滤管32的外侧包扎有80目的滤网。

钢管实管31和钢管滤管32均为直径为273mm、壁厚≥3.0mm的钢管。在本实施例中，钢管滤管32的高度为9m。

降水井的顶端密封，降水井的底端填充砂石形成过滤层23。

降水井内设有潜水泵12，潜水泵12伸入距降水井底端1m处。潜水泵12通过真空排水管/真空抽气管14与真空泵11连接，真空排水管/真空抽气管14为高压软管。真空泵11和潜水泵12均通过电缆线13与电源连接。

真空泵11的末端设有排水管15，排水管15延伸到地面24上开设的排水沟25内。

相较于普通深井渗水降水方式，真空管井降水采用钢花管材质并对管井口进行密封封堵，在深井井点系统上增设真空泵抽气集水系统，井管除钢花管滤管外均严密封闭以保持真空度，并与真空泵吸气管相连，吸气管和各个管路接头同样保证良好密封不漏气。将井管埋置于深于基坑单层开挖面3～4m至基底以下4m处。

如图4所示，一种深厚淤泥质软土层真空管井降水施工工法，包括以下步骤：

一、定井位

根据设计图纸定出井位，在施工中，可根据以下条件对降水井位置进行调整：

1）降水井总数不少于设计总数；

2）井位应避开纵横梁位、线路中线、柱位、钢支撑等位置，且距离围护结构不小于6m左右，避免开挖反压土体时管井遭破坏。

二、测量放样

施工前，按设计要求，放样出降水井中心位置。选井位时，避开钢支撑位置、梁柱交叉位置。

三、钻孔施工

1）成孔施工准备

选用直径为φ600的回旋钻机，钻孔机就位前，先平整场地，利用全站仪进行校正，保证钻机垂直、平稳、牢固。

2）钻机就位及成孔

将拼装好的钻机拖拉就位后，调整机架，使钻头中心对准桩中心，并与钻架上的起吊滑轮在同一铅垂线上，钻机对中误差小于20mm。钻机底座平整，稳固，确保在钻进中不发生倾斜和位移。

钻进时根据土层情况加压，开始轻压、慢转速，逐渐转入正常。钻进过程中，从地面向钻管内注入一定压力的泥浆水，泥浆水压送至孔底后，与钻孔产生的泥渣搅拌混合，然后经由钻管与孔壁之间的空腔上升并排出地面，混有泥渣的泥浆水经沉淀、过滤后可再重复利用，重新注入钻管内，废渣排到泥浆池内。孔底标高与该孔位基坑底以下4m标高一致。

3）清孔

钻孔达到设计深度后进行清孔处理，清孔用清水正循环方式清孔。持续30min后，用测绳测出孔深，看泥渣是否清除干净，若不干净，继续清孔使其满足沉渣厚度小于100mm。清孔后泥浆比重控制在1.05～1.08之间。

四、井管加工、下放

井管下放前孔内填20cm厚3～15碎石铺底，下管时所有深井的底部按标高严格控制。井管下放时充分吊直，两人于孔口扶住井管缓慢下放，避免碰撞井壁，下放完成后使井管口高出地面30cm。

井管下放完成后，将3～15mm级配碎石徐徐填入，填充时，碎石从井口四周均匀填充，并保持连续，避免填料速度过快或不均造成井管偏移。洗井后滤料下沉及时补充，洗井完成后，井顶30cm范围内用黏土回填夯实。

五、洗井

碎石过滤层填充完成后立即下泵，进行洗井作业。采用潜水泵抽水洗井，将井泵下放至距离井管底1m位置，洗井过程中安排专人控制水泵开关，并用清水回灌碎石滤料内，抽出的水经过三级沉淀后方可排入市政管网中，直至井水清洁无浑浊。洗井过程中观测水位及出水量变化情况。

六、降水施工

采用QY15-36-3型油浸潜水泵（其功率0.75～3kw，扬程36m，电压380V）进行降水施工，安装泵体要稳，泵轴垂直，连接好排水管及电源线路进行试抽水。

正式运行之前进行试运行：

（1）降水开始前，所有抽水井统一编号。

（2）试运行之前，检查抽水设备、抽水与排水系统能否满足降水要求。

（3）每口井在第一次试抽水时，记录抽水的时间与单井出水量，然后测定动水位的深度，观测停抽后的水位恢复情况，当水位上升幅度相对较快时，断定洗井有明显效果，该井可作为正式降水井使用；否则，重新洗井，直到满足要求为止。

抽出来的水经过三级沉淀后排入市政管网中，避免抽出的水就地回渗，影响降水效果，坑内的降雨积水立即排出坑外，尽量减少大气降水和坑内积水的入渗。

七、降水管井封闭

在基础混凝土垫层施工前加工防水钢套管。钢套筒高度不小于混凝土底板与垫层厚度之和，在套筒外侧焊接钢板裙边止水带和缓膨型止水胶。在施工基础混凝土垫层时，将防水钢套管预埋于混凝土垫层中，将降水泵穿过防水钢套管进行降水。

降水完成后可以停止降水时，取出降水泵再填充封闭管井。降水井底部采用级配砂石进行回填，井管内采用混凝土回填至管井上部钢套筒止水内环处，底部用10mm厚钢板与管井满焊，对钢套筒止水内环采用聚合物防水砂浆和单组份聚氨酯密封胶进行封堵。

应用实例及效益分析

1、应用实例

深圳地铁10号线益田停车场结构为东西向布置，长度555.7m，标准段宽度50.75m，深21.7m，支护工程安全等级为一级。基坑采用明挖顺筑法施工，主体围护结构主要选用1200mm地下连续墙+三道钢筋混凝土桁架支撑。

益田停车场出入线和牵出线总占地长度为605.7米，基坑宽度为7.8米～29.0米，围护结构设计200幅地连墙+砼支撑（部分钢支撑），基坑开挖深度15.1～21.8m。其地质情况从上至下分别为：素填土、淤泥、淤泥质黏性土、卵石、砂土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩。

2、直接效益分析

（1）在益田停车场原设计中，降水深井采用冲击钻/旋挖桩成孔，管井采用直径400mm钢 筋笼外包滤网，成孔后下放，并在四周回填碎石滤料。其降水井设计共137口，平均井深 24.4m，主要工程如下：

序号	材料	单位	数量	备注
					1	回填碎石	m³	758	3-15粒径
2	钢筋	㎡	63.6	1.6mm孔
					3	降水井成孔	m	2928	冲击钻成孔0.8m

根据管井主要钢筋、滤料成本及降水井成孔费用，停车场降水井费用成本约390万元。

如采用此种工法，冲击钻成孔效率综合按4m/天考虑（小部分入强风化），单口井成孔时间约6天，如投入10台冲击钻，降水井作业工期约120天。

（2）本发明工法采用直径280mm，壁厚3mm钢花管，成孔采用车载正循环钻，成孔后下放钢花管，周边填砂。

以益田停车场为例，降水井设计共137口，平均井深24.4m，主要工程如下：

序号	材料	单位	数量	备注
					1	回填砂	m³	647
2	钢花管	m	2928	直径280mm
					3	降水井成孔	m	2928	循环钻成孔

根据主要管井主要钢花管、滤料成本及降水井成孔费用，停车场降水井费用成本约224万元。

如采用此种工法，循环钻成孔效率综合按2口/天考虑，如投入2台循环钻，降水井作业工期约35天。

采用真空管井降水可节省材料、设备、人工等直接成本166万元，同时因成孔速度快，可大大缩短降水井施工时间。

3、间接效益分析

根据地勘资料，淤泥和淤泥质黏土含水率为58%和44.4%，渗透系数约为0.001m/d，在自然状况下几乎不透水，淤泥和淤泥质黏土平均厚度14m，依靠重力渗透至降水井降水效果较差，不能满足基坑开挖的要求。

因各土层渗透系数差别较大，管井下部主要是淤泥质黏土和砂层，采用真空降水工法后，一是对管壁外侧的土体形成负压，提高渗透性能；二是下部砂层、粉质黏土等土层透水性相对较好，可对砂层上部的淤泥质黏土形成负压，部分有效板结。根据开挖出淤泥质土取样试验可知，真空降水井产生的负压可有效提高淤泥质土渗透效率，在开挖前15～20天左右时间开始降水，对单井抽水时观测可得知井水位下降较快，单井出水量84.6m³/d。

根据开挖期间对淤泥质土取样检测，真空降水可有效降低淤泥质土含水率5%～15%，使部分淤泥质土呈现半固结状态，有效提升基坑开挖施工设备开挖效率，降低基坑开挖风险。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.深厚淤泥质软土层真空管井降水施工结构，其特征在于，包括降水井，所述降水井内侧的上端套有钢管实管，所述钢管实管外侧填有粘性土，所述降水井的下端套有钢管滤管，所述钢管滤管的外侧填有中粗砂滤料，所述降水井的顶端密封，所述降水井的底端填充砂石形成过滤层；

所述降水井内设有潜水泵，所述潜水泵通过真空排水管/真空抽气管与真空泵连接，所述真空泵的末端设有排水管，所述排水管延伸到地面上开设的排水沟内。

2.根据权利要求1所述的深厚淤泥质软土层真空管井降水施工结构，其特征在于，所述真空泵和所述潜水泵均通过电缆线与电源连接。

3.根据权利要求1所述的深厚淤泥质软土层真空管井降水施工结构，其特征在于，所述钢管滤管的外侧包扎有滤网。

4.根据权利要求1所述的深厚淤泥质软土层真空管井降水施工结构，其特征在于，所述真空排水管/真空抽气管为高压软管。

5.深厚淤泥质软土层真空管井降水施工工法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、施工前放样出降水井中心位置；

步骤2、钻孔施工；

步骤3、对井管进行加工，并对井管进行下放，井管下放完成后填入碎石；

步骤4、洗井，碎石过滤层填充完成后立即下泵，进行洗井作业；

步骤5、降水施工，采用油浸潜水泵进行降水施工，连接好排水管及电源线路进行试抽水，试抽水后进行正式运行；

步骤6、降水管井封闭，在基础混凝土垫层施工前加工防水钢套管，降水完成后停止降水时，取出降水泵再填充封闭管井。

6.根据权利要求5所述的深厚淤泥质软土层真空管井降水施工工法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

（1）成孔施工准备：先平整场地，钻孔机就位，利用全站仪进行校正，保证钻机垂直、平稳、牢固；

（2）钻机就位及成孔

将拼装好的钻机拖拉就位后，调整机架，使钻头中心对准桩中心，并与钻架上的起吊滑轮在同一铅垂线上；

钻进时开始轻压、慢转速，逐渐转入正常，钻进过程中，从地面向钻管内注入一定压力的泥浆水，泥浆水压送至孔底后，与钻孔产生的泥渣搅拌混合，然后经由钻管与孔壁之间的空腔上升并排出地面，混有泥渣的泥浆水经沉淀、过滤后再重复利用，重新注入钻管内，废渣排到泥浆池内；

（3）清孔：钻孔达到设计深度后，进行清孔处理；

清孔时，用清水清孔，持续30min后，用测绳测出孔深，看泥渣是否清除干净，若不干净，继续清孔使其满足沉渣厚度小于100mm。

7.根据权利要求5所述的深厚淤泥质软土层真空管井降水施工工法，其特征在于，所述步骤3中，井管下放过程中前孔内填20cm厚3～15碎石铺底；井管下放时吊直，两人于孔口扶住井管缓慢下放；下放完成后使井管口高出地面30cm。

8.根据权利要求5所述的深厚淤泥质软土层真空管井降水施工工法，其特征在于，在所述步骤4中，采用潜水泵抽水洗井，将井泵下放至距离井管底1m位置，用清水回灌碎石滤料内，抽出的水经过三级沉淀后排入市政管网中，直至井水清洁无浑浊。

9.根据权利要求5所述的深厚淤泥质软土层真空管井降水施工工法，其特征在于，在所述步骤5中，井外设置一台真空泵，通过高压软管进行连接，并对管口采用铁板焊接密封；启动真空泵抽干井内空气，使井管内处于真空状态，直至井管内低于外界1个大气压为止；土内空隙水在大气压及土体重力作用下由高压向低压流动，流入井管内，在距井底1m处安装一台水泵将地下水抽出使地下水位降低。

10.根据权利要求5所述的深厚淤泥质软土层真空管井降水施工工法，其特征在于，在所述步骤6中，在施工基础混凝土垫层时，将防水钢套管预埋于混凝土垫层中，将降水泵穿过防水钢套管进行降水。