CN110984200B

CN110984200B - 二元地质结构层的基坑降排水的方法

Info

Publication number: CN110984200B
Application number: CN201911385563.6A
Authority: CN
Inventors: 王刚; 景兆凯; 赵建粮; 张俊礼; 王烁; 于丽; 汪源典; 黄静宇; 谢山立; 任胜伟; 荣富强; 王斌
Original assignee: No2 Institute Of Geological & Mineral Resoures Survey Of Henan
Current assignee: No2 Institute Of Geological & Mineral Resoures Survey Of Henan
Priority date: 2019-12-29
Filing date: 2019-12-29
Publication date: 2022-01-07
Anticipated expiration: 2039-12-29
Also published as: CN110984200A

Abstract

本发明公开了一种二元地质结构层的基坑降排水的方法，采用降水管井和/或轻型井点+渗沟复合型基坑降水方法工艺流程：基坑开挖至一定深度→开挖渗沟→安装降水管井和/或轻型井点→砂性土回填渗沟→粘性土封填沟顶→进行连续基坑降水。本发明能够解决基坑位于隔水地层，基坑下部为强透水地层的二元地质结构降排水困难，不易疏干的技术问题。

Description

二元地质结构层的基坑降排水的方法

技术领域

本发明涉及岩土工程施工技术领域，具体涉及一种适用于二元地质结构层的基坑降排水方法。

背景技术

在所建设场地的地下水水位埋深高于基坑开挖深度的基坑建设中，基坑开挖和基础施工期间均需要进行基坑降水。基坑降水的方法很多，目前，常用的主要有大口径管井降水、轻型井点降水、集水明排等方法；但是对于上部是透水性差的粉质粘土，下部是强透水性砂层的特殊的二元结构地质条件的场地，基坑整体涌水量比较大，且上部隔水层的透水性差，土体含水大，疏干非常困难。通过大口径管井可以有效降低下部砂层中地下水的水头高度，疏干砂层中的潜水和微承压水，但受上部隔水地层的隔水、阻水影响，坑内上层滞水或潜水很难流渗入管井内，往往降水持续了很长时间，大口径管井内动水位很低了，甚至出现井内水不够水泵抽的情况，但对基坑内土体却迟迟达不到疏干效果；轻型井点可以一定程度上降低浅部土体含水量，但抽水量、降深范围和降深幅度均有限，对下部砂层中微承压水不能达到降水效果；集水明排是通过集水沟、集水坑将坑内涌水引至不影响基础施工的部位，利用水泵或排水沟渠排到远离基坑的地方；这种方法一般用于基底土层较硬、承载力高（如基岩、坚硬粘性土、碎石土等），且施工对地下水控制要求不太高的工程，由于土层土质较软，集水明排不能达到降水疏干的目的。因此，针对这种复杂的二元结构地质条件，上述各种方法均不能达到理想的降水效果。而且，基坑降水的效率和效果是制约基坑施工进度和安全的主要因素，严重时会影响到工程的整体效益。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种二元地质结构层的基坑降排水的方法，以解决基坑位于隔水地层，基坑下部为强透水地层的二元地质结构降排水困难，不易疏干的技术难题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种二元地质结构层的基坑降排水的方法，包括如下步骤：

1）开挖基坑至自然地下水位上1.0～2.0m处，再沿基坑的四周和内部分段开挖条状渗沟；

2）使所述渗沟穿透上部隔水层和/或弱透水层，进入下部透水层；设置一定数量的降水管井和/或轻型井点，并安装潜水泵和/或真空泵；

3）在所述渗沟中下部填入透水性的细粉砂，并用填入弱透水和/或不透水性粘土封闭渗沟；

4）启动潜水泵和/或真空泵进行降水；

5）待基坑范围内地下水降至基底下至少1.0m，且坑内土体含水率≤18%后进行土方开挖和运输，同步拆除基坑内的降水管井和/或轻型井点。

优选的，在所述步骤1）中，所设条状渗沟的长度为10～15m，其宽度为0.5～0.8m，且渗沟的开挖深度穿过土体上部隔水层和/或弱透水层进入下部砂层1.0～2.0m。

优选的，在所述步骤1）中，基坑开挖深度从上到下贯穿隔水地层和强透水砂层。

优选的，在所述步骤2）中，各降水管井分别以15.0～20.0m的间距设置于所述基坑边界外侧的四周，以及基坑内的渗沟的周围，且降水管井深度至基坑底部以下2.0～3.0m。

优选的，在所述步骤2）中所设降水管井内的滤水管采用内径为300mm无砂混凝土管，且在滤水管外壁上包裹2～3层80～120目的尼龙滤网。

进一步，在所述步骤2）中，所述潜水泵安装在距降水管井的井底2～3m的位置处。

优选的，在所述步骤2）中，各轻型井点以0.8～1.2m的间距设置于所述对应渗沟中，其深度1.0～2.0m。

优选的，在所述步骤2）中，各轻型井点的滤水管采用管径D40mm的PVC管和/或焊缝钢管，并在所述PVC管和/或焊缝钢管的下段1/3的管壁上打孔后，用3～4层100目尼龙网包裹PVC管和/或焊缝钢管。

进一步的，在所述PVC管和/或焊缝钢管打孔的直径为4～6mm，孔间距为150～200mm。

优选的，在所述步骤3）中，粘土封闭层的厚度为1.0～1.5m。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

1. 本发明采用井点（降水管井和/或轻型井点）+渗沟复合型基坑降水方法，其在垂直方向上沟通了隔水层上部的上层滞水和隔水层下部潜水或微承压水的水力联系，可以有效解决隔水层的隔水、阻水等问题抽水量大，大幅度提高了基坑降水的效率和效果，缩短了施工工期。

2.本发明采用轻型和/或管井，改善了基坑内地下水原来地层阻水、透水性差的渗透通道，将上层滞水水平侧渗改变为垂直渗透，使基坑降水的功能达到最大发挥，调高了井点的工作效率和疏干效果。

3.本发明采用渗沟截断了坑外地下水向坑内水平向的补给通道，使一定深度范围的坑外地下水均流入渗沟后被抽排至基坑之外，不会再补给至基坑内；渗沟沟通了隔水地层上部与下部的水力联系，使上部潜水或上层滞水在地下水水头高度降低后可以顺利下渗，达到快速疏干地下水的降水效果。

4.本发明设置了合理的轻型井点和管井的深度，可以在满足基坑疏干效果的前提下，节约了能源，增加了经济效益。

附图说明

图1为本发明基坑开挖初期剖面降水原理图。

图2为本发明基坑开挖中期剖面降水原理图。

图3为本发明基坑开挖末期剖面降水原理图。

图4为图2中A部位局部放大图。

图5为本发明基坑降平面布置图。

图中，1.自然面，2.杂填土层，3.自然地下水位线，4.隔水层，5.弱透水层，6.强透水层，7.潜水泵，8.降水管井，9. 渗沟，10.轻型井点，11.降水后动水位，12.预设基底，131.基坑内边界线，132.基坑外边界线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：一种二元地质结构层的基坑降排水的方法，包括如下步骤：

1）开挖基坑至自然地下水位上1.0～2.0m处，再沿基坑的四周和内部分段开挖长宽深分别为12*0.6*1.5m的条状渗沟9；

2）使渗沟穿透上部隔水层4和/或弱透水层5，进入下部强透水层6；先用2层100目的尼龙滤网将降水管井内的滤水管包裹，优选的滤水管为内径为300mm的无砂混凝土管，在基坑的外基坑外边界线外侧四周和渗沟的周围安装一定数量的降水管井8和与其相配合的潜水泵7，潜水泵7安装在距降水管井8的井底2～3m位置；各降水管井8间距为15.0～20.0m，降水管井8深度至基底下部2.0～3.0m。

轻型井点的滤水管采用管径D40mm的PVC管，在PVC管下段1/3的管壁上打直径为5mm孔，孔的间距为180mm，并用4层100的尼龙网包裹PVC管打孔的部位，将各轻型井点10设置于渗沟9内部，轻型井点10的间距0.8～1.2m，轻型井点10的深度至预设基底12下部1.0～2.0m，并将真空泵安装在轻型井点10的排水口。

3）在渗沟中下部填入透水性好的细粉砂，并用填入厚度为1.0～1.5m不透水的粘土进行封闭渗沟9；

4）启动真空泵进行降水，通过启动真空泵和潜水泵连续抽取基底下和渗沟9内的水，降低地下水和微承压水的水头高度；

5）待基坑范围内地下水降至基底下为1.20m，且坑内土体含水率达到18%以下之后，进行土方开挖和运输，同步拆除基坑内的降水管井8和轻型井点10，并保留渗沟四周的降水管井8进行后期基坑排水。

实施例2，与实施1的不同之处在于，不安装降水管井8。

实施例3，与实施1的不同之处在于，不安装轻型井点10。

效果例1：

项目于2018年10月，卢森堡中心5地块项目位于郑州市郑东新区龙湖中环路与如意西路交叉口西北角，其中2层地下室部分基坑深度可达10.3m。该施工标段的基坑地质断面如图1所示，由上而下依次为杂土层、粉质黏土层、黏土层、粉质黏土层、砂层，其中基底落于粉质黏土层，基底下部是砂层，动水位线在砂层中。本效果例中，电费、成本根据卢森堡中心5地块工程实例计算；土体抗剪强度和承载力值是通过土工试验测得。

原采用单一管井降水方式，布置了28眼降水井，使用单一的管井降水方法持续了60天都不能疏干上部上层滞水和粉质粘土中的潜水，粉土层抗剪强度指标（Ф=16.0°，C=11.0kPa），承载力特征值85kPa，粉质粘土抗剪强度指标（Ф=7.0°，C=15.0kPa），承载力特征值75kPa。因粉土、粉质粘土的含水量大，导致土方挖运施工迟迟不能顺利进行。

最后停止所有降水井运行，场地地下水位也恢复到原始状态，进一步研究论证合理、科学、有效的降水方案。后改用本实施例1井点（管井、轻型井点）+渗沟复合型基坑降水方法后，6天达到降水效果，粉土土体抗剪强度指标（Ф=19.2°，C=13.2kPa），提高20%，承载力特征值110.5kPa，指标提高20%，粉质粘土抗剪强度指标（Ф=9.1°，C=19.3kPa），承载力特征值97.5kPa，提高30%。节约降水工期约45天，每天降水电费4500元，总共节约电费202500元。

总的来说，本发明的复合型基坑降水方法，通过施工工艺相关措施消除了特殊地质条件的制约，达到了快速完成基坑降水的工程效果；可以在很短的时间内达到降水、疏干的效果，大幅度缩减了基坑降水的周期，节约了降水电费和人工台班，有效的保证了工程总体工期目标的顺利完成；同时，疏干效果好，促进基坑内和基坑周边土体在含水量下降后迅速再次固结，而且，土体的抗剪强度和承载力指标提高了20%～30%，有效保证了基坑支护结构的安全。

效果例2

单一采用管井+渗沟方案进行基坑降水，由于地下水是靠自然渗流进入渗沟后被排出基坑以外，降水速度慢，影响整体降水施工进度。卢森堡中心项目1地块采用管井+渗沟方案，2019年9月份实施基坑降水，运行22天后基本达到降水效果（地下动水位低于开挖深度1.0～2.0m）。由于大气污染管控影响，开挖与支护施工全部中停，地下水位恢复至自然状态。后采用采用本发明井点（降水管井和/或轻型井点）+渗沟复合型基坑降水方法后，6～7天即达到了降水效果（地下动水位低于开挖深度1.0～2.0m，且坑内土体含水量降低到18%以下）。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims

1.一种二元地质结构层的基坑降排水方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）开挖基坑深度至自然地下水位以上1.0～2.0m处，再沿基坑的四周和内部分段开挖条状渗沟；所设条状渗沟的长度为10～15m，其宽度为0.5～0.8m，且渗沟的开挖深度穿过土体上部隔水层和/或弱透水层进入下部砂层1.0～2.0m；

2）使所述渗沟穿透上部隔水层和/或弱透水层，进入下部透水层；设置一定数量的降水管井和轻型井点，并安装潜水泵和/或真空泵；各降水管井分别以15.0～20.0m的间距设置于所述基坑边界外侧的四周，以及基坑内的渗沟的周围，且降水管井深度至基坑底部以下2.0～3.0m；各轻型井点以0.8～1.2m的间距设置于对应所述渗沟中，其深度1.0～2.0m；

4）启动潜水泵和/或真空泵进行降水；

5）待基坑范围内地下水位降至基底下至少1.0m，且坑内土体含水率≤18%后进行土方开挖和运输，同步拆除基坑内的降水管井和轻型井点；

在所述步骤2）中，所设降水管井内的滤水管采用内径为300mm无砂混凝土管，且在滤水管外壁上包裹2～3层80～120目的尼龙滤网；

在所述步骤2）中，各轻型井点的滤水管采用管径D40mm的PVC管和/或焊缝钢管，并在所述PVC管和/或焊缝钢管的下段1/3的管壁上打孔后，用3～4层100目尼龙网包裹PVC管和/或焊缝钢管。

2.根据权利要求1所述的二元地质结构层的基坑降排水方法，其特征在于：在所述步骤1）中，基坑开挖深度从上到下贯穿隔水地层和强透水砂层。

3.根据权利要求1所述的二元地质结构层的基坑降排水方法，其特征在于：在所述步骤2）中，所述潜水泵安装在距降水管井的井底2～3m的位置处。

4.根据权利要求1所述的二元地质结构层的基坑降排水方法，其特征在于：在所述PVC管和/或焊缝钢管打孔的直径为4～6mm，孔间距为150～200mm。

5.根据权利要求1所述的二元地质结构层的基坑降排水方法，其特征在于：在所述步骤3）中，粘土封闭层的厚度为1.0～1.5m。