土方工程施工排水技术的探讨:土方工程降水设计和排水方案

  在开挖基坑、地槽或其他土方工程施工时,土的含水层常被切断,地下水和地面水会不断地渗入坑内,如不及时排除,不但会使施工条件恶化,造成边坡失稳、基坑流砂、坑底隆起、坑底管涌,还会影响地基的承载力。因此,在土方工程施工中,做好施工排水工作,保持土体干燥是十分重要的。因此,本文主要探讨土方工程施工排水技术及方法。
  施工排水可分为重力降水(如集水井、明渠等)和强制降水(如轻型井点、深井点、电渗井点等)。在土方工程中采用较多的是集水井降水和轻型井点降水。
  1.集水井降水施工方法
  四周的排水沟及集水井应设置在地下水流的上游,并距基础边线0.4m以外。根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力,集水井每隔20~40m设置一个。集水井的直径或宽度一般为0.7~0.8m。井壁可用竹、木等简易加固。排水沟底宽一般不小于300mm,沟底纵向坡度一般不小于3%,排水沟至少比基坑底低0.3~0.4rn,集水井底应比排水沟底低0.5m以上。随着基坑开挖逐步加深,沟底和井底均保持这一高度差。当基坑挖至设计标高后,井底应低于坑底1~2m,并铺设0.3m碎石滤水层,以免在抽水时将泥砂抽出,并防止井底的土体被搅动。
  2.井点降水施工方法
  井点降水是在基坑开挖前,预先在基坑周围埋设一定数量的滤水管(井),利用真空原理,通过抽水泵不断抽出地下水,使地下水位降低到坑底以下。井点降水可防止边坡由于受地下水流的冲刷而引起塌方;可使坑底的土层消除地下水位差引起的压力,防止了坑底土的上冒;由于没有水压,减少了支护结构的水平荷载;由于没有地下水的渗流,也可消除流砂现象;降低地下水位后,由于土体固结,还能使土层密实,增加地基土的承载能力。
  2.1一般轻型井点设备
  轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成,管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管。滤管为进水设备,通常采用长度1.0~1.5m,直径38mm或51mm的无缝钢管,管壁钻有直径为12~19mm且成梅花形排列的滤孔,滤孔面积为滤管表面积的20%~25%。管壁外包两层孔径不同的铜丝布或纤维布滤网。为避免滤孔淤塞,在管壁与滤网间用塑料管或梯形铅丝绕成螺旋状隔开,滤网外面再绕一层粗铁丝保护网。滤管下端为一锥形铸铁头,滤管上端与井点管连接。井点管为直径38mm或51mm、长5~7m的钢管。井点管上端用弯联管与总管相连。集水总管为直径100~127mm的无缝钢管,每段长4m,其上装有与井点管连接的短接头,间距为0.8m或1.2m。
  2.2轻型井点的布置
  平面布置:当基坑或沟槽宽度小于6m,且降水深度不超过5m时,可用单排线状井点布置在地下水流的上游一侧,两端延伸长度以不小于槽宽为宜。反之,则应采用双排井点,位于地下水流上游的一排井点管的间距应小些,下游的一排井点管的间距可大些。当基坑面积较大时,则应采用环形井点。井点管距离基坑壁不应小于1.0~1.5m,间距一般为0.8~1.6m。
  高程布置:井点降水深度,从理论上讲可达到10.3m,但考虑抽水设备的水头损失以后,其实际降水深度一般不超过6m。如井点管埋设深度小于降水深度6m时,则可用一级井点;埋设深度稍大于6m时,如降低井点管的埋置面后,可满足降水深度要求时,仍可采用一级井点;当一级井点达不到降水深度的要求时,则可采用二级井点,即先挖去第一级井点所疏干的土,然后再在其底部装设第二级井点。此外,在确定井点管埋置深度时,还要考虑井点管露出地面0.2~0.3m,滤管必须埋在透水层内。
  2.3井点管的埋设
  井点管的埋设可以利用冲水管冲孔,或钻孔后将井点管沉入,也可用带套管的水冲法及振动水冲法下沉埋设。认真做好井点管的埋设和孔壁与井点管之间砂滤层的填灌,是保证井点系统顺利抽水、降低地下水位的关键,因此应注意:冲孔过程中,孔洞必须保持垂直,孔径一般为300mm,孔径上下要一致,冲孔深度要比滤管深0.5m左右,以保证井点管周围及滤管底部有足够的滤层。砂滤层宜选用粗砂,以免堵塞管的网眼。砂滤层灌好后,距地面下0.5~1m的深度内,应用粘土封口捣实,防止漏气。井点管埋设完毕后,即可将其与总管连接并开启抽水设备进行试抽水,检查有无漏水、漏气现象,出水是否正常。
  2.4流砂的防治
  2.4.1 产生流砂的原因 产生流砂现象的原因有内因和外因。内因取决于土壤的性质,当土的孔隙率大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。因此,流砂现象经常发生在细砂、粉砂和亚砂土中,但是否会发生流砂现象,还要看外因条件,即地下水及其产生动水压力的大小。
  2.4.2 防治流砂的方法 其具体措施有:1)枯水期施工。因地下水位低,坑内外水位差小,动水压力减小,从而可预防和减轻流砂现象;2)打板桩。将板桩沿基坑周围打入不透水层,便可起到截住水流的作用;或者打入坑底面一定深度,这样将地下水引至坑底以下流入基坑,不仅增加了渗流长度,而且改变了动水压力的方向,从而达到减小动水压力的目的;3)水中挖土。水中挖土即不排水施工,使坑内外的水压相平衡,不致形成动水压力。如沉井施工,不排水下沉,进行水中挖土,水下浇筑混凝土等;4)人工降低地下水位。人工降低地下水位即截住水流,不让地下水流入基坑,从而不仅可防治流砂和土壁塌方,还可改善施工条件;5)地下连续墙法。此法是沿基坑周围先浇筑一道地下连续墙,从而起到承重、截水和防流砂的作用,它又是深基础施工的可靠支护结构;6)抛大石块,抢速度施工。如在施工过程中发生局部的或轻微的流砂现象,可组织人力分段抢挖,挖至标高后,立即铺设芦席并抛大石块,增加土的压重,以平衡动水压力,在未产生流砂现象前,将基础分段施工完毕。
  3.结语
  为了做好土方工程的安全施工工作,在施工过程中,要根据实际情况做好施工排水,保持土壤干湿度满足施工要求。
  参考文献
  [1] 孙玉玲. 工业广场土方工程图重点[J]. 内蒙古煤炭经济,2005(02).
  [2] 彭�. 浅析土方工程施工要点[J]. 今日科苑,2009,11(08).
  
  (作者单位:广西百色右江矿务局广西百色533000)

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