CN107724405B - 一种地埋管施工中地基降水施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地埋管施工中地基降水施工方法，它包括管槽开挖及辅助排水渠设置、管槽底部反滤层Ⅰ构建、穿孔集水管安装、集水管上部反滤层Ⅱ构建、雨污合流管及其附属构筑物安装、集水管封堵压浆、管槽覆土回填及地面恢复施工环节。本发明在管槽底部设置辅助排水沟、集水井、双侧反滤层、穿孔集水管，管槽澭水经过反滤层进入集水管并汇流至集水井，在集水井内安装潜污泵将水及时排出，可确保埋管施工在干态环境下作业，保证了埋管施工质量。用于不具备采用井点降水系统（轻型井，喷射井，电渗井，管井等）的施工环境下而满足排水需求的一种施工降水技术，本方法相对简单直接，不繁杂，降水系统设计和施工质量容易保障。

Description

一种地埋管施工中地基降水施工方法

技术领域

本技术发明涉及地埋管施工中为满足管基处理需求而排除管槽澭水的一种方法。尤其是在不具备采用井点降水系统（轻型井，喷射井，电渗井，管井等）的施工环境下而满足排水需求的一种施工降水技术。

背景技术

施工降水是地下工程施工中极其重要的一项工序，合理的施工降水组织设计不但对施工质量与施工造价具有重要的影响，而且还会影响结构的安全性。

施工降水主要目的为：为地下结构施工提供干燥的工作环境；在施工过程中防止水浮力对地下结构安全性造成威胁。

施工降水主要包括排除地下自由水（具有自由水头，能自由流动）、地表水和雨水。其中排除地下自由水是地下工程主要的降水任务。在地埋管大开槽施工时，土壤含水层的渗流通道被切断，地下水将会不断地渗流入沟槽内。为了保证施工正常进行，避免发生泡槽工程灾害，防止边坡坍塌和地基承载力下降，管沟澭水需要及时排除。

传统的施工降水方法包括明沟排水和井点管降水。

（1）明沟排水包括地面截水和槽内排水。地面截水主要是在沟槽周围筑堤截阻地面径流进入基槽内；槽内排水则是在沟槽底周设置排水明渠，采用1-5‰坡度汇流至集水坑内，在集水坑设排水泵排出坑外。明沟排水法对设备需求少，排水工艺简单，应用比较普遍。但是明沟排水时水流对槽底具有一定的刷蚀能力，尤其对于细沙、粉砂类土质、湿陷性土质，当排水量较大时会刷蚀沟槽底标高，造成施工高程不易控制。同时明沟排水不易于创造相对干态的施工坏境，也不易于管沟地基处理。因此明沟排水法往往和其他施工降水方法组合使用，很少单独使用。

（2）井点管降水则适于开挖沟槽较深，地下水位较高，土质较差等施工条件下而采用的降水方法。井点管法主要包括轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点。井点管法适用范围广，降水可靠，应对复杂降水条件时保障性高，是目前通行的主体降水方法。但是井点管法系统组成复杂，以常用的轻型井点管为例，井点系统由滤管、井点管、弯联管、集水总管、各种管件和抽水设备组成，降水设备及材料需求量大。另外各种井点管系统自身施工难度也较大，设备安装也较为繁琐，无论施工还是运行均对组织管理要求较高。其次当前各种井点管水量公式是在含水层等厚、均质、分布广泛、隔水层地板和潜水面水平以及地下水渗流稳定等假定理想条下建立的，与实际工程水文地质条件一般是有差异的，这种差异可能对井点管系统的相关设计计算带来一定的误差。

对于距离山体较近的埋管施工作业，邻近山体的沟槽槽底土质中会有孔隙水涌出，白天将水抽干后，夜间依然会有间隙水汇聚到沟槽中，造成槽底出现淤泥质，如果进行正常地基处理作业，则可形成弹性土，严重影响管道的铺设施工质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种地埋管施工中地基降水施工方法，用于不具备采用井点降水系统（轻型井，喷射井，电渗井，管井等）的施工环境下而满足排水需求的一种施工降水技术。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种地埋管施工中地基降水施工方法，它包括以下步骤：

步骤一、管槽开挖及辅助排水渠设置，开挖管槽并用板桩支护，待管槽达到地基处理设计深度后，在管槽底设置断面尺寸为300×300mm的辅助排水渠，辅助排水渠沿管槽长度方向每间隔40～50m设置一个集水井，集水井规格为0.7×0.7×0.8m，集水井内置钢筋栅笼，栅缝宽度不大于30mm，相邻两个集水井之间辅助排水渠的坡度为0.5%，在钢筋栅笼内放置潜污泵；

步骤二、管槽底部反滤层Ⅰ构建：启动潜污泵排水，待管槽澭水位下降，槽底暴露后，用粒径为8～15mm的粗砂在槽底铺装厚度为100～150mm的第一砂垫层，然后用粒径为15～30mm的砂砾石在第一砂垫层上铺装厚度为100～150mm的第二砂垫层，第一砂垫层和第二砂垫层自下而上由粒径级配关系构成反滤层Ⅰ，反滤层Ⅰ整体厚度不小于200mm；

步骤三、集水管安装：在反滤层Ⅰ上对正辅助排水渠断面轴线的位置安装集水管，集水管在相邻集水井之间为一段；集水管管壁上通体布设集水孔，集水孔孔径为150～250mm，孔眼呈梅花型布置，集水孔开孔总面积不大于集水管表面积的20%；沿管长度方向在集水管管壁外侧设数根帮条，帮条的穿设位置避开集水孔的开孔位置；集水管开孔处管周整体包覆金属包网，金属包网的网丝直径为1.0～1.5mm，网眼尺寸6×6～10×10mm，并按匝距150mm的螺线管绕法用镀锌铁丝对金属包网进行绕缠，既保护了金属包网，又防止金属包网散卷；当管槽内澭水量小时，集水管按节间法开孔，即集水管每隔一定长度开设一组集水孔；

步骤四、集水管上部反滤层Ⅱ构建：集水管安装完成后，用粒径为15～30mm砂砾石在反滤层Ⅰ上铺装厚度为200～300mm的第三砂垫层，然后用粒径为8～15mm的粗砂在第三砂垫层上铺装厚度为150～250mm的第四砂垫层，第三砂垫层和第四砂垫层自上而下由粒径级配关系构成反滤层Ⅱ，反滤层Ⅱ整体厚度不小于400mm；反滤层Ⅰ和反滤层Ⅱ构建完成后，如果管槽槽底高程仍存在超深部分，则用三七土夯填至设计高程；在反滤层Ⅰ、反滤层Ⅱ构建及集水管安装过程中，辅助排水渠以及集水管都会有管槽澭水流出，配备专职施工员观测集水井水位并及时将水排出，保证三七土夯填质量，并使后续雨污合流管安装、管槽覆土回填工作在相对干态环境下实施；

步骤五、雨污合流管及其附属构筑物安装：按《给水排水工程施工手册》安装雨污合流管及其附属构筑物，进行偏差检验及闭水试验并满足规范要求；

步骤六、集水管封堵压浆：雨污合流管投入使用后，为防止其下部地基中埋设的集水管在上部荷载作用下发生扁塌，进而引起雨污合流管基础沉陷，在步骤五偏差度检验及闭水试验合格后，对集水管进行封堵压浆，压浆作业以相邻集水井为一注浆区段分段进行，水泥浆的强度应符合设计规定，设计无具体规定时，强度应不低于30Mpa；

步骤七、管槽覆土回填及地面恢复：集水管封堵压浆结束后，待水泥浆强度成长值不低于设计强度75%时，利用原土对管槽分层压实回填，压实度检验合格后，地面原状恢复。

优选的，所述步骤三中在集水管的外壁上沿轴线方向设置3根直径为120～200mm的帮条，相邻两根帮条之间的圆心角为120°，帮条为塑料杆或钢筋。

优选的，所述步骤六中水泥浆制成品中，掺入适量减水剂前，水灰质量比为0.40～0.45，掺入适量减水剂后，水灰质量比减小到0.35；水泥浆的泌水率不大于3%，拌合后3h泌水率控制在2%，泌水在24h内重新全部被浆吸回；通过试验后，水泥浆中掺入适量膨胀剂，其自由膨胀率应小于10%；水泥浆稠度控制在14～18s之间。

优选的，所述步骤六中制浆所用材料包括：水泥采用硅酸盐水泥或普通水泥，水泥的强度等级不低于42.5，水泥中不得含有任何团块；水采用清洁的饮用水，其中不含有对预应力筋或水泥有害的成分，每升水不得含500mg以上的氯化物离子或任何一种其他有机物。

优选的，所述集水管采用DN200高密度聚乙烯HDPE双壁螺纹管。

本发明主要涉及地埋管开槽施工中施工降水方法。区别于传统的地埋管降水施工方法，本技术关联的核心施工环节有：集水管预制、管沟开挖及边坡支护、集水管反滤层铺装、集水管安装、管沟地基处理、管道及附件安装、集水管封堵压浆、管槽覆土压实回填、地面恢复等。其中与施工降水有关的主要工序有：集水管预制、集水管反滤层铺装、集水管安装、集水管封堵压浆。

本发明与其他施工降水方法相比具有以下特点：

与明沟降水方法相比：管沟澭水在反滤层中形成潜流通过集水管排出，使得管沟相对处于一个干态环境，有利于对沟基进行处理并为其他施工作业的连续性创造条件；集水管反滤层铺装局部改善了沟底的土基环境，消除了明沟水流对沟底的刷蚀作用。尤其对于细沙，粉砂类土质，湿陷性土质，使得管沟沟底标高更易控制。

与井点管降水方法相比：本方法相对简单直接，不繁杂，降水系统设计和施工质量容易保障；集水管管径，开孔率，集水坑间距等可以根据现场涌水量大小灵活调整，对未知水文地质环境适应性强；井点管降水是一种主动降水措施，即在地下工程施工前利用降水井群抽吸所形成的漏斗效应，把施工区地下水位降到设计高程以下，施工降水量相对较大。本方法是一种被动降水措施，立足于渗多少降多少。由降水引起的对地下水文地质环境扰动的范围也小，因而总降水量也较井点管法少；对降水设备及材料的需求量也少，降水施工难度也低。

本发明为施工现场不具备条件采用井点管，隔水帷幕（墙等传统施工降水方法，为满足管槽地基处理需求排除管沟澭水提供了一种方法。

本发明所述步骤二、四在集水管上部和下部构建双侧反滤层Ⅰ、反滤层Ⅱ，反滤层层间系数0.5，反滤层在靠近渗水面一侧砂粒粒径较细，在靠近集水管一侧砂粒粒径较粗，这种逆渗流方向的反粒径设置增加了渗流稳定性；反滤层设置不易发生金属包网和集水管堵塞，提高了集水管透水性能。

本发明按集水管截面圆120º 夹角沿长度方向在金属包网和集水管之间穿设3根Φ12～20mm的塑料或钢筋帮条，以防止金属包网贴管面包覆法所造成的集水管进水面积缩减，提高了集水管的集水能力。

本方法在施工过程中，如果降水会引起附近建筑物或路基沉降，则应在建筑物或路基附近设置回灌井。

附图说明

图1是待埋管沟槽工程沟基结构示意图；

图2是步骤一所述的辅助排水渠、集水井管沟结构示意图；

图3是步骤二所述的第一砂垫层、第二砂垫层铺装示意图；

图4是步骤三所述的集水管安装示意图；

图5是步骤四所述的第三层砂垫层、第四层砂垫层铺装示意图；

图6是步骤五所述的集水管封堵压浆示意图；

图7是集水管结构示意图；

图8是图7中集水管帮条、金属包网安装后的横截面示意图；

图中：1、管槽，2、辅助排水渠，3、集水井，4、钢筋栅笼，5、第一砂垫层，6、第二砂垫层，7、集水管，8、集水孔，9、金属包网，10、帮条，11、第三砂垫层，12、第四砂垫层，13雨污合流管。

具体实施方式

本项埋管施工作业的工程背景是在一段长约6Km的雨污合流排水管道施工。原设计雨污合流管为DN600HDPE双壁波纹管，设计管底埋深2.2m，采用承插式热熔连接。管沟开挖深度3.4m，采用板桩护壁，沟底净宽DN600+0.6m。沟基处理设计要求下层80cm厚度原土分层夯实回填，压实度达到95%以上，中层30cm厚度灰土换填压实，上层粒径为8～15mm的100mm厚度砂垫层。

背景工程施工降水中遇到的现状问题：

雨污合流管部分区段埋设位置距山体较近，山前地下水可能存在山体补给。管槽开挖到设计深度3.4m后，日间抽水晾槽，晾槽无法达到施工要求。夜间停泵时又有渗水量涌出，沟槽涌水深度30～60cm左右，槽底出现淤泥质。正常地基处理无法进行，如果按原设计方式进行槽底地基处理，则可能形成弹性土。

本发明所采取的一种地埋管施工中地基降水施工方法，它包括以下步骤：

步骤一、管槽开挖及辅助排水渠设置，如图1、图2所示，开挖管槽1并用板桩支护，待管槽1达到地基处理设计深度后，在管槽底设置断面尺寸为300×300mm的辅助排水渠2，辅助排水渠2沿管槽1长度方向每间隔40～50m设置一个集水井3，集水井3规格为0.7×0.7×0.8m，集水井3内置钢筋栅笼4，栅缝宽度不大于30mm，相邻两个集水井3之间辅助排水渠2的坡度为0.5%，在钢筋栅笼4内放置潜污泵；

步骤二、管槽底部反滤层Ⅰ构建：如图3所示，启动潜污泵排水，待管槽1澭水位下降，槽底暴露后，用粒径为8～15mm的粗砂在槽底铺装厚度为100～150mm的第一砂垫层5，然后用粒径为15～30mm的砂砾石在第一砂垫层5上铺装厚度为100～150mm的第二砂垫层6，第一砂垫层5和第二砂垫层6自下而上由粒径级配关系构成反滤层Ⅰ，反滤层Ⅰ整体厚度不小于200mm；

步骤三、集水管安装：如图4所示，在反滤层Ⅰ上对正辅助排水渠2断面轴线的位置安装集水管7，集水管7在相邻集水井3之间为一段；如图图7、图8所示，集水管7采用规格为DN200的高密度聚乙烯HDPE双壁螺纹管，集水管7管壁上通体布设集水孔8，集水孔8孔径为150～250mm，孔眼呈梅花型布置，集水孔8开孔总面积不大于集水管7表面积的20%；沿管长度方向在集水管7管壁外侧设3根塑料杆或钢筋作为帮条10，相邻两根帮条10之间的圆心角为120°，帮条10的穿设位置避开集水孔8的开孔位置；集水管7开孔处管周整体包覆金属包网9，金属包网9的网丝直径为1.0～1.5mm，网眼尺寸6×6～10×10mm，并按匝距150mm的螺线管绕法用镀锌铁丝对金属包网9进行绕缠，既保护了金属包网，又防止金属包网散卷；当管槽内澭水量小时，集水管7按节间法开孔，即集水管7每隔一定长度开设一组集水孔8；

步骤四、集水管上部反滤层Ⅱ构建：如图5所示，集水管7安装完成后，用粒径为15～30mm砂砾石在反滤层Ⅰ上铺装厚度为200～300mm的第三砂垫层11，然后用粒径为8～15mm的粗砂在第三砂垫层11上铺装厚度为150～250mm的第四砂垫层12，第三砂垫层11和第四砂垫层12自上而下由粒径级配关系构成反滤层Ⅱ，反滤层Ⅱ整体厚度不小于400mm；反滤层Ⅰ和反滤层Ⅱ构建完成后，如果管槽1槽底高程仍存在超深部分，则用三七土夯填至设计高程；在反滤层Ⅰ、反滤层Ⅱ构建及集水管7安装过程中，辅助排水渠2以及集水管7都会有管槽澭水流出，配备专职施工员观测集水井3水位并及时将水排出，保证三七土夯填质量，并使后续雨污合流管安装、管槽覆土回填工作在相对干态环境下实施；

步骤五、雨污合流管及其附属构筑物安装：如图6所示，按《给水排水工程施工手册》安装雨污合流管13及其附属构筑物，进行偏差检验及闭水试验并满足规范要求；

步骤六、集水管封堵压浆：雨污合流管13投入使用后，为防止其下部地基中埋设的集水管7在上部荷载作用下发生扁塌，进而引起雨污合流管13基础沉陷，在步骤五偏差度检验及闭水试验合格后，对集水管7进行封堵压浆，压浆作业以相邻集水井为一注浆区段分段进行，水泥浆的强度应符合设计规定，设计无具体规定时，强度应不低于30Mpa；

所述步骤六中水泥浆制成品中，掺入适量减水剂前，水灰质量比为0.40～0.45，掺入适量减水剂后，水灰质量比减小到0.35；水泥浆的泌水率不大于3%，拌合后3h泌水率控制在2%，泌水在24h内重新全部被浆吸回；通过试验后，水泥浆中掺入适量膨胀剂，其自由膨胀率应小于10%；水泥浆稠度控制在14～18s之间。制浆所用材料包括：水泥采用硅酸盐水泥或普通水泥，水泥的强度等级不低于42.5，水泥中不得含有任何团块；水采用清洁的饮用水，其中不含有对预应力筋或水泥有害的成分，每升水不得含500mg以上的氯化物离子或任何一种其他有机物。

步骤七、管槽覆土回填及地面恢复：集水管7封堵压浆结束后，待水泥浆强度成长值不低于设计强度75%时，利用原土对管槽1分层压实回填，压实度检验合格后，地面原状恢复。

本方法在施工过程中，如果降水会引起附近建筑物或路基沉降，则应在建筑物或路基附近设置回灌井。

本发明与其他施工降水方法相比具有以下特点：

与明沟降水方法相比：管沟澭水在反滤层中形成潜流通过集水管排出，使得管沟相对处于一个干态环境，有利于对沟基进行处理并为其他施工作业的连续性创造条件；集水管反滤层铺装局部改善了沟底的土基环境，消除了明沟水流对沟底的刷蚀作用。尤其对于细沙，粉砂类土质，湿陷性土质，使得管沟沟底标高更易控制。

与井点管降水方法相比：本方法相对简单直接，不繁杂，降水系统设计和施工质量容易保障；集水管管径，开孔率，集水坑间距等可以根据现场涌水量大小灵活调整，对未知水文地质环境适应性强；井点管降水是一种主动降水措施，即在地下工程施工前利用降水井群抽吸所形成的漏斗效应，把施工区地下水位降到设计高程以下，施工降水量相对较大。本方法是一种被动降水措施，立足于渗多少降多少。由降水引起的对地下水文地质环境扰动的范围也小，因而总降水量也较井点管法少；对降水设备及材料的需求量也少，降水施工难度也低。

Claims (5)

1.一种地埋管施工中地基降水施工方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、管槽开挖及辅助排水渠设置，开挖管槽（1）并用板桩支护，待管槽（1）达到地基处理设计深度后，在管槽底设置断面尺寸为300×300mm的辅助排水渠（2），辅助排水渠（2）沿管槽（1）长度方向每间隔40～50m设置一个集水井（3），集水井（3）规格为0.7×0.7×0.8m，集水井（3）内置钢筋栅笼（4），栅缝宽度不大于30mm，相邻两个集水井（3）之间辅助排水渠（2）的坡度为0.5%，在钢筋栅笼（4）内放置潜污泵；

步骤二、管槽底部反滤层Ⅰ构建：启动潜污泵排水，待管槽（1）澭水位下降，槽底暴露后，用粒径为8～15mm的粗砂在槽底铺装厚度为100～150mm的第一砂垫层（5），然后用粒径为15～30mm的砂砾石在第一砂垫层（5）上铺装厚度为100～150mm的第二砂垫层（6），第一砂垫层（5）和第二砂垫层（6）自下而上由粒径级配关系构成反滤层Ⅰ；

步骤三、集水管安装：在反滤层Ⅰ上正对辅助排水渠（2）长度方向轴线的位置安装集水管（7），集水管（7）在相邻集水井（3）之间为一段；集水管（7）管壁上通体布设集水孔（8），集水孔（8）孔径为150～250mm，孔眼呈梅花型布置，集水孔（8）开孔总面积不大于集水管（7）表面积的20%；集水管（7）开孔处管周整体包覆金属包网（9），金属包网（9）的网丝直径为1.0～1.5mm，网眼尺寸6×6～10×10mm，并按匝距150mm的螺线管绕法用镀锌铁丝对金属包网（9）进行绕缠，既保护了金属包网，又防止金属包网散卷；沿管长度方向在集水管（7）管壁外侧和金属包网（9）之间穿设数根帮条（10），帮条（10）的穿设位置避开集水孔（8）的开孔位置；当管槽内澭水量小时，集水管（7）按节间法开孔，即集水管（7）每隔一定长度开设一组集水孔（8）；

步骤四、集水管上部反滤层Ⅱ构建：集水管（7）安装完成后，用粒径为15～30mm砂砾石在反滤层Ⅰ上铺装厚度为200～300mm的第三砂垫层（11），然后用粒径为8～15mm的粗砂在第三砂垫层（11）上铺装厚度为150～250mm的第四砂垫层（12），第三砂垫层（11）和第四砂垫层（12）自上而下由粒径级配关系构成反滤层Ⅱ，反滤层Ⅱ整体厚度不小于400mm；反滤层Ⅰ和反滤层Ⅱ构建完成后，如果管槽（1）槽底高程仍存在超深部分，则用三七土夯填至设计高程；在反滤层Ⅰ、反滤层Ⅱ构建及集水管（7）安装过程中，辅助排水渠（2）以及集水管（7）都会有管槽澭水流出，配备专职施工员观测集水井（3）水位并及时将水排出，保证三七土夯填质量，并使后续雨污合流管安装、管槽覆土回填工作在相对干态环境下实施；

步骤五、雨污合流管及其附属构筑物安装：按《给水排水工程施工手册》在第四砂垫层（12）的上方安装雨污合流管（13）及其附属构筑物，进行偏差检验及闭水试验并满足规范要求；

步骤六、集水管封堵压浆：雨污合流管（13）投入使用后，为防止其下部地基中埋设的集水管（7）在上部荷载作用下发生扁塌，进而引起雨污合流管（13）基础沉陷，在步骤五偏差度检验及闭水试验合格后，对集水管（7）进行封堵压浆，压浆作业以相邻集水井为一注浆区段分段进行，水泥浆的强度应符合设计规定，设计无具体规定时，强度应不低于30Mpa；

步骤七、管槽覆土回填及地面恢复：集水管（7）封堵压浆结束后，待水泥浆强度成长值不低于设计强度75%时，利用原土对管槽（1）分层压实回填，压实度检验合格后，地面原状恢复。

2.根据权利要求1所述的一种地埋管施工中地基降水施工方法，其特征在于：所述步骤三中在集水管（7）的外壁上沿轴线方向设置3根直径为120～200mm的帮条（10），相邻两根帮条（10）之间的圆心角为120°，帮条（10）为塑料杆或钢筋。

3.根据权利要求1或2所述的一种地埋管施工中地基降水施工方法，其特征在于：在步骤六所述水泥浆的制作过程中，掺入适量减水剂前，水灰质量比为0.40～0.45，掺入适量减水剂后，水灰质量比减小到0.35；水泥浆的泌水率不大于3%，拌合后3h泌水率控制在2%，泌水在24h内重新全部被浆吸回；通过试验后，水泥浆中掺入适量膨胀剂，其自由膨胀率应小于10%；水泥浆稠度控制在14～18s之间。

4.根据权利要求3所述的一种地埋管施工中地基降水施工方法，其特征在于：在步骤六所述水泥浆的制作过程中所用材料包括：水泥采用硅酸盐水泥或普通水泥，水泥的强度等级不低于42.5，水泥中不得含有任何团块；水采用清洁的饮用水，其中不含有对预应力筋或水泥有害的成分，每升水不得含500mg以上的氯离子。

5.根据权利要求4所述的一种地埋管施工中地基降水施工方法，其特征在于：所述集水管（7）采用DN200高密度聚乙烯双壁螺纹管。