关井降水在xx河特大桥承台施工中的应用 8页

关井降水在芝川河特大桥承台施工中的应用刘仁旭摘要：管井降水是人工将水中方便易行的一种降水方式，在黄河湿地承台施工中较好的解决基坑开挖基坑涌水、流沙现象的发生。关键词：管井渗透系数影响半径降深等效半径1.工程概况陕西省禹门口至阎良高速公路位于国家规划的“五纵七横”国道主干线二连浩特至河口运输大通道上，芝川河特大桥是禹阎高速公路最大的特大型桥梁。全桥总长3037m，主桥为50m预应力T梁，引桥为4联跨径30m预应力T梁，钻孔灌注桩基础，空心薄壁墩身。该桥因临水、高墩，施工难度较大。2.地质、地貌、水文情况桥址位于韩城市芝川镇黄河高漫滩,黄河及黄河一级支流居河均流经桥址处,由于黄河、居河水流影响滩地。地下水位较高，属于典型的黄河湿地,雨季汛期桥址处于黄河河水中,旱季地下水位距地表也仅有几十厘米。长期的流水作用使整个滩面地势平坦，表层为粉质粘土，其下为河流冲刷物以粉细砂为主。3.承台施工3.1承台施工概况芝川河特大桥主桥承台平面尺寸为11×11m2，承台高2.5m。承台埋深均大于0.5m，由于桩基施工中原地面填土筑岛作为施工平台，承台施工中最大开挖深度达4.8m，最大降水深度达4米。不采取必要的技术处理措施，无法达到开挖深度。经对现场的地质水文等情况的调查，决定采取井点降水施工。3.2施工时间选择在承台施工中选择了在冬季及12月至次年3月完成湿地承台施工。原因如下：3.2.1由于处于黄河湿地，夏、雨季地下水位极高且黄河、居河水位常超过湿地，使桥地居处于河水中，地表径流、雨水的影响将加大基坑开挖施工难度。3.2.2地下水位标高抬高将加大管井降水的降深,涌水量加大,增大降水工作量及难度,造增加工程成本。3.2.3大体积砼施工，砼冬季拌和温度较夏季低了许多，故可降低浇注后承台中心的温度，采取必要的保温措施，即可确保内外温差控制在25°C以内。 3.2.4湿地承台冬季表层土层因冰冻，承载力有了很大提高，便于各种大型施工机械的进场施工，且基坑开挖后边坡因冰冻易于稳固。3.2.5总体施工组织因关键线路的桩基施工进度滞后，致使非关键线路的承台施工成为关键线路，为满足总体施工进度计划，承台必须冬季施工，否则将会引起整个工期延迟。因此无论从施工进度计划到现场施工难度到施工方案的确定，承台冬季施工是最佳选择。3.3.施工方案的准备工作因地层含有丰富的地下水，不采取措施直接开挖将会出现流砂、管涌现象，且边坡极不稳定，故必须采用人工降水或支护措施。在确定正式施工方案前必须进行必要的技术准备工作。3.3.1在承台附近，模拟承台施工实际情况进行试挖，观察开挖后基坑情况，了解承台的地质水文情况。从基坑开挖后出现的大量涌水，开挖过程中流砂现象极为严重，边坡极不稳定，不断塌陷等现象表明采取防水措施是必需的。3.3.2芝川河特大桥由于处于黄河、居河、芝川河三河流域，属于山前冲洪积地质现象，地质情况极为复杂，设计文件提供的钻勘资料、钻勘密度、准确性均无法满足施工要求，因此在钻孔灌注桩施工过程中必须做好地质钻勘的详细记录，特别是地表至桩下方15米的地质情况。3.3.3了解墩位处地下水位标高，地面标高。认真测量每个墩台的地面标高、地下水位标高。了解承台地下水位随河床水位、季节变化的改动情况，为初步确定承台降水、开挖方案提供依据。芝川河特大桥各墩台处由于填土最大挖深达4.8米最大降水深度约4米。3.3.4井点降水试验为详细了解基坑地质情况确定地层的渗透系数，影响半径，以确定管井的数量、深度布置形式，在主桥36#墩承台处进行了降水试验。36#墩位于黄河、居河交汇处，设一主井，三个观测井，布置图见下图一。管井采用回循环钻成孔，成孔直径65cm，滤管采用外径50cm，内径40cm的无砂管，井管孔深10m。抽水试验采用主孔抽水、观测其余3个井孔的水位变化情况，共进行了两个落程抽水实验，抽水瞬间主孔水位迅速下降，观测孔与主孔同步，1小时之后主孔水位、水量逐渐稳定；停抽后1小时内水位迅速恢复，剩余降深不到10cm。抽水井单位降深涌水量达1.01L/M.S，说明承台施工段地下水源丰富，抽水试验情况一览表。抽水情况一览表 试验主孔观测孔降深（m）延续时间稳定时间影响半径渗透系数降深（米）涌水量(m3/h)单位涌水量观1观2观3图计算aSa3.36Q1296.011.010.760.410.6515.5010.548.553.6617.31bSb7.37Q2485.40.761.170.640.8484.549.552.1018.74cSc3.44Q3296.011.010.590.330.377.74.553.956.4623.3（1）、影响半径的确定管井按承压完全井计算lgR=S11gγ2－S21gγ1S1－S2式中R代表影响半径（m）S1，S2代表观测孔内水位降深（m）γ1γ2代表抽水井至观测井的距离（m），本式取8.75m，19.90m实验a：lgR=S11gγ2－S21gγ1=0.76lg19.9－0.41lg8.75S1－S20.76－0.41R=53.66m试验b：R=52.10m，试验c：R=56.46m利用图表见附表，降水半径分别为48.5m，49.5m，53.9m故降水半径采用平均值：R=52.35m（2）、渗透系数的计算渗透系数K=0.366Q·（lgγ2－lgγ1）M(S1－S2)其中K---渗透系数Q---涌水量S1、S2---观测孔内水位下降值M---承压水层厚度（m），本式取6.38m 试验a：渗透系数计算K=0.366×296.01×（lg19.9－lg8.75）6.38×(0.76－0.41)k=17.31m/d试验b：K=18.74m/d试验c：K=23.30m/dK取平均值19.79m/d（3）、基坑涌水量计算基坑开挖基底按17×17m²计，基坑引用半径为X0=η（C＋B）/4X0---基坑引用半径（m）B、C---基坑长、宽（m）η---当B/C=1时，取1.18，即η=1.18故X0=1.18×（17＋17）/4=10.03m基坑涌水量：Q=2.732KM·（HO－HC）lg（XO＋R）－lgXOQ---涌水量m³/dK---渗透系数m/dM---承压水层厚度（m）HO---承压含水层高度（m）HC---基坑中心水头高度R---影响半径（m）Q=2.732×19.79×6.38×4=1738.32m³lg（52.35＋10.03）－lg10.03单井涌水量计算：q=120πγwLK1/3γw---管井半径（m）L---滤水管长度（m）K---渗透系数（m）q=120×3.14×0.3×1×19.791/3=305.76m³ （4）、确定管井数量n=K3·Q/q=K3·1738.2/305.76=7.39故n取8管井布置如下图，考虑到管井淤塞、沉砂，保险系数取1.3，管井深度为10m（5）、井管布置如图二。承台中心任意水位降深S,施工降水深度安4米考虑S=HO-{HO2-Q[lg（R＋SO）－（1/n）·lg（Y1·Y2·Y······Yn）]}1/21-0.366KHO---潜水层含水层厚度(m)Q---基坑涌水量(m3/d)K---渗透系数(m/d)R---降水影响半径(m)X0---基坑等效半径(m)γ1,γ2,γ······γn---各井点距群井中心处的距离S=4.8>4满足施工要求3.4.5.管井施工管井采用旋挖钻机快速成孔，成孔直径0.6m，成孔深度，滤水井采用外径0.4m的无砂管，井孔与滤管之间回填粒径5mm以下的碎石做为透水层。无砂管外衬60目的尼龙丝网，管井施工中应注意以下几个方面：（1）、管井、管节接头处要抹以砂浆、沥青，以免细砂涌入沉积。（2）、管井底部要加一封板与管节一起下放，否则流砂涌入管井造成管井无法使用。（3）、管井成孔后应用泥沙泵强制抽水、洗井，直至井内为清水为止。（4）、因地层复杂，流砂现象严重，旋挖钻成孔时应时刻保持孔内水头，流砂严重时应加大泥浆比重，减慢进尺速度。（5）、在承点中心应加一观测井，确定管井降水水位满足施工要求后方可开挖。（6）、降水过程应连续无间断，现场应有备用潜水泵及发电机。开挖后因机械故障造成降水间断，会导致基坑积水，基底破坏边坡倒塌5.结论： 河水水位的变化及不同地质情况直接影响到地下水流，同一承台不同管井涌水量因地质情况的不同而有较大的差异，涌水量随河床水位的变化而变化，施工中应根据不同的涌水量配置水本泵湿地被比喻为地球的肺部，是地下水补给的主要方式，因长年的地下渗流，地下水流通畅，涌水量大。，管井降水方案确定后在施工中得到了进一步的验证。证明管井降水在湿地上应用是有效的且管井降水见效快，抽水六个小时，承台中心水位即可降低满足施工要求。对于粉细砂地层施工渗透系数达19.79m/d，涌水量之大是较少见的，故井点降水施工应因地制宜，通过降水试验确定合理的管井布置方案。图一： 图二： 参考文献《高层建筑施工手册》1992.12主编杨嗣信