轻型井点降水法提高软弱地基承载力

轻型井点降水法提高软弱地基承载力
摘要:菏泽中富奥斯卡春城三期项目采用轻型井点法降低地下水位,施工作业面积达7300 m2,最大日排水量达3868m3/d。

桩基施工时正值秋季阴雨连绵,场地出现积水、洼陷,管桩液压机行走后的场地,地表土液化严重,不能满足施工要求。

我们采用轻型井点法进行基础施工,具有安全可靠、经济适用的优点。

关键词:轻型井点降水法;地质特点;软弱地基;系统布置;承载力
菏泽中富奥斯卡春城三期项目位于菏泽市牡丹区重庆路555号,在建工程(包括1~4#楼)总建筑面积106186㎡,其中地上建筑面积89989.01㎡,地下建筑面积16197.81㎡,全部为高层建筑。

桩基施工时正值秋季阴雨连绵,场地出现积水、洼陷,管桩液压机行走后的场地,地表土液化严重,不能满足施工要求。

现介绍该工程施工处理方法。

1、工程地质特点
该区属半湿润暖温带季风气候区,冬冷夏热,四季分明。

在勘察范围内地层为第四系全新统黄河冲积层,主要由粉土、粘性土及粉细砂等构成,地表分布有厚0.50～1.00m的耕土,地形稍有起伏。

场地内有一西北～东南走向的小河,河深约4.5m,施工期间,河内有深约3.00m静止水。

受河中水渗流影响,河流附近勘探孔水位稍浅;水位呈季节性及年际间变化,据访问年变化幅度一般1.00m左右,地层从上至下分别为,①层耕土(Q4pd):黄色,稍密～密实,稍湿～湿,厚度:0.50-1.00m;层底埋深:0.50-1.00m。

该土层属微渗透性。

②层粉土(Q4al):黄色,中密,湿～很湿,厚度:0.30-1.90m;层底埋深:1.10-2.60m。

该土层属弱渗透性。

③层粉质粘土(Q4al):棕色～棕黄色,可塑,中等韧性,中等干强度,厚度:0.10-1.40m;层底埋深:1.90-2.90m。

该土层属微渗透性。

④层粉土(Q4al):黄色,底部灰黄色,中密～密实,湿～很湿,低韧性,低干强度,厚度:1.70-2.80m;层底埋深:4.50-5.30m。

该土层渗透系数为1m/d。

⑤层粘土(Q4al):棕灰色,软塑,高韧性,高干强度,厚度:0.40-1.50m;层底埋深:5.00-6.00m。

⑥层粉土(Q4al):黄色～灰色,中密～密实,湿～很湿,低韧性,低干强度,厚度:0.40-1.40m;层底埋深:6.00-6.80m。

⑦层粉土(Q4al):黄色～灰黄色,局部灰色,中密～密实,湿～很湿,低韧性,低干强度,厚度:2.50-4.10m;层底埋深:9.40-11.10m。

⑧层粉质粘土夹粉土(Q4al):灰色～棕灰色、黄褐色,可塑～硬塑,中等韧性,中等干强度,厚度:2.00-4.80m;层底埋深:12.40-15.00m。

⑨层粉细砂(Q4al):黄褐色,中密～密实,饱和,厚度:3.50-6.20m;层底埋深:17.50-19.50m。

⑩层粉质粘土与粉土互层(Q4al):粉质粘土,棕色～棕黄色、黄色,可塑～硬塑,中等韧性,中等干强度,厚度:8.70-11.10m;层底埋深:27.40-29.60m。

2、基础结构(以4#楼为例)
以⑩层粉质粘土与粉土互层作为桩端持力层,桩端全断面进入持力层5.0m左右,有效桩长26m,1.2米厚筏板基础。

3、施工方案的选择
当初我们考虑三种施工方案,①明沟排水:在地面开挖沟道以排除地表积水、土壤中多余水分和过高的地下水利用设置在拟建建筑物周围的明沟、集水井和抽水设备,将地下水从集水井中不断排走,保持施工场地处于干燥状态。

造价低,但液压机行走扰动场地,液化严重,土壤蓄水,经过现场试验,效果并不明显。

②垫层法:挖除浅层软弱土,分层回填砖渣等建筑垃圾,机械碾压,换土垫层法可提高持力层的承载力,减少沉降量。

但连绵雨期积累的大量雨水必然降低地基的抗剪强度,管桩施工易发生位移。

③轻型井点降水法:通过降低地下水位至地下2.0m,使土体中的孔隙水压力减小,从而增大有效应力,促进地基固结。

根据本工程地质条件,我们采用轻型井点降水施工方案。

4、井点系统的布置
基础轴线尺寸为73m×12m,考虑桩机工作面,井管距基础轴线外5m,井管所围成的水平面积为83m×22m,采用单排环型布置,井点管长5m,滤管长1m。

表层为耕种土,为使总管接近地下水位,可挖出0.4m,井管外露于埋设面0.2m。

井点管的埋设深度H=H1+IL式中H1—满足地基加固而降低的地下水位,取2.0m,I—地下水力坡度,环状井点取1/10,L—井点管距基础中心的水平距离(m),H=2+1/10×22/2=3.1m,小于实际埋深,故高程布置符合要求。

有效抽水影响深度H。

令滤管长度l为1m,井管水位降落值S`=4m,则S`/(S`+l)=2/(2+1)=0.6,H。

=1.85×(S`+l)=1.85×(4+1)=9.25m
根据水井理论,结合该工程地质勘查报告,地下水表面为自由水压,并水井底部含水层(H含水层约6m),未达到不透水层,按无压非完整井计算。

因基础长宽比大于5,需分成两块计算涌水量,则每块面积为41.5m×22m。

其每块涌水量Q=1.366K(2H。

-S)S/(lgR-lgx。

),式中K—渗透系数取1m/d,H。

—有效抽水影响深度取9.25m,S—水位降落值取4m。

x。

—基坑的假象半径,由于该矩形基坑的长宽比不大于5,故x。

=(F/∏)1/2=(41.5×22/∏)1/2=17.05m抽水影响半径R: R=1.95S(H 含水层?K)1/2=1.95×4×(6×1)1/2=19.11m 所以每块涌水量Q=1.366K(2H。

-S)S/(lgR-lgx。

)=1.366×1×(2×9.25-4)×4/( lg19.11-lg11.81)=483.63m3/d该基础总涌水量Q总=2Q=483.63×2=967.26m3/d
计算井管数量和井距
1根井管(Φ40)出水量q=65dlK1/3=65×∏×0.04×1×11/3=8.164m3/d
所以井管的计算数量n=1.1×967.26/8.164=130.33根
则井管的平均间距D为D=L/n=105×2/130.33=1.61m
5、降水设备的选择
井管总长210m,每42米安装一套井点降水设备,共5套,配套降水设备型号选用密闭式,技术参数如下表所示:
6、轻型井点的安装使用
轻型井点的安装程序是先排放总管,再埋设井点管,用弯联管将井点管与总管接通,然后安装降水设备。

井点管采用水冲法埋设,分为冲孔与埋管两个过程,冲孔时先将高压水泵,利用高压胶管与孔连接,冲孔管与起重设备吊起,并插在井点降水设备的位置上,利用高压水(1~8N/mm2),又经主冲孔管头部的喷水小孔,以急速的射流冲刷洗土壤,同时使冲孔管上、下、左、右转动,边冲边下沉,从而在土中形成孔洞,井孔形成后,拔出冲孔管,立即插入井点管并及时在井点管与孔壁之间填灌砂滤层,以防止孔壁塌孔。

冲孔过程中,孔洞必须保持垂直,孔径一般为300mm,并应上下一致。

冲孔深度宜比滤管低0.5m左右,以防止拔出冲孔管时,部分土回落孔底而触及滤管底部。

砂滤层宜用粗砂,以免堵塞滤管网眼,并填至滤管顶上 1.0~1.5m,砂滤层填灌好后,距地面下0.5~1.0m的深度内,应用粘土封口,以防漏气。

井点系统全部安装完毕后,需进行试抽,以检查有无漏气现象。

抽水过程中,应调节离心泵的出水阀以控制水量,使抽吸排水保持均匀,达到细水长流。

正常的出水规律是“先大后小,先混后清”。

轻型井点降水设备在使用时,要求不间断的连续抽水,真空泵旁侧必须配有备用发电机,一但停电,立即要进行恢复。

7、降水情况
降水7~10天后,场地表层土出现龟裂,土质基本干燥、地基开始固结。

后续桩基施工过程中,未出现桩机下陷。

地下水位降低后,基础挖土适当改陡边坡以减少挖方数量,缩短工期。

8、体会
本项目采用轻型井点法降低地下水位,施工作业面积达7300m2,最大日排水量达3868m3/d。

通过这次降水施工我们认为采用轻型井点法进行基础施工,具有安全可靠、经济适用的优点,在菏泽市牡丹区西部类似工程可参照进行。

在施工前必须对场地内情况详细调查分析,科学计算,对施工前,必须对出现的情况做到
有备无患,才能取得良好效果。

参考文献:
[1]《建筑施工》方承训、郭力民、主编.
[2]《菏泽中富奥斯卡春城三期勘察报告》、杨炳建、编写.。