客运专线桥涵基础轻型井点降水的应用与质量控制(一)

客运专线桥涵基础轻型井点降水的
应用与质量控制
哈齐项目部  朱显良
摘  要：根据哈齐客专桥涵深基坑、深路堑降水防护的实践，介绍了季节性地下水位浮动较大区砂性土地基轻型井点的布设方法和应用情况，对施工中影响基坑边坡、地表沉降和降水效果的相关因素进行分析，采用合理的措施，在地下水位季节性浮动较大，降水深度不大的砂性土地基，选用轻型井点降水，可以满足经济适用、安全可靠和工期进度的要求。
关键词：季节性水位  砂性土  轻型井点  沉降观测  安全质量措施
1   引言
 在客运专线铁路建设中，一般结构物基础都采用深埋的方式，特别在严寒地区为防止基础产生冻害埋深都处于冻深以下。对于地下水位较浅的砂性土地基，结构物基坑开挖前必须采用降低地下水位，降水的方法主要分为强制降水和重力降水，对于砂性土采用重力降水即直接开挖基坑，在坑底挖集水井和汇水明沟会产生流砂和管涌等危害，导致地基破坏和坑壁下陷和坍塌；采用强制降水的方法可抽排土体孔隙水使土体固结，对于降水深度不大的砂性土地基一般采用轻型井点降水，可以满足经济适用、安全可靠和工期进度的要求。哈齐客专建设中考虑到既有线运行稳定，设计没有考虑降水施工，经过严密的论证、详细的验算和采用合理的控制方法，在施工中采用轻型井点降水使土体固结、基坑干燥，基坑垂直开挖，压缩了工期，取得了较好的经济效益。
2   工程概况
 哈齐铁路客运专线连接了黑龙江省哈尔滨、齐齐哈尔两个最大城市，经由中国的油都大庆。哈齐铁路客运专线与既有滨洲线平行，间距20-30m，线路全长280.893km。处于冲积平原（松嫩平原）区，为松花江阶地，地形平坦，海拔高程一般为130～160m。地下水埋深1.7～6.4m，水位季节变幅为2～3m，富水期低洼地段地表水丰富，最大度季节冻土深度1.9～2.7m。一般地下0～1m承载力为120Kpa松软粉质粘土（松软）；1～1.8m为承载力为120Kpa的粉质黏土；1.8～12.4m为承载力160Kpa的沙土，间或加杂0.5m的粉质粘土。降水工点临近既有滨州线，前期未考虑降水措施，但基坑开挖至地下水位便有流砂产生，特别有列车经过时，地基产生振动，流砂现象加剧。
3   轻型井点降水方案设计
 井点降水方案设计一般先要了解场地的水文地质参数，基坑的形状、大小和地下水的补给方式和降水深度，根据基坑的大小和形状因素选择井点的布置形式，然后根据基坑的大小计算、水文参数和降水深度确定降水系统总涌水量和单井涌水量，从而确定井点的数量。同时弄清临近建筑物或构筑物基础的技术资料，充分考虑由于井点降水引起土体产生不均匀沉降而影响临近建筑物或构筑物的结构安全，尽量减少土层沉降量，必要时可采用降水和回灌相结合的方法。本工程根据设计相关资料，拟定采用环形方式布置井点，在既有线侧加密布设，防止因振动造成土体挤密影响降水效果。
 3.1、涌水量计算
 根据井点系统的涌水量和单井的出水量确定井点的数量 ,再根据基坑周长确定井点间距。井点系统的降水问题比较复杂 ,一般把井点系统看成一个大口井代入单井公式计算。潜水单井降水分为完整井和非完整井两类。 分别采用以下计算公式:
 完整井:                   (1)
 注:Q—基坑涌水量（/d）；K—透水层渗透系数（m/d）；H—透水层水深(m)； —降水后最低水深(m)；R—影响半径(m)； —井的半径(m)。
 计算影响半径的公式较多 ,在离河湖补给边界较远的条件下 ,通常用库萨金公式来估算。
 式中:S—降深(m)；K—渗透系数（m/d）；R—影响半径（m）；H—透水层水深(m)。
 非完整井:                (2)
 式中: —原地下水位和井底高差（m）；—井内水深（m）；其他参数同公式（1）中。
 贯入度小的非完整井也可以用下式计算:
           (3)
 式中: —有效带深度(m)；—有效带深度减去降深。
 用大口井代替井点系统的涌水量计算 ,尚需必须用等效半径的方法来解决，当满足一下两个条件时方可进行等效转换。
 Q大口井 =Q井点系统 　 涌水量相同
 Hi大口井 =Hi井点系统 　(基坑外的地下水位相同)
 等效半径用用来表示。一般可根据基坑的形状近似计算，
 当基坑狭长时采用=L/2；      (4)
 注：L—基坑长度
 当环形布置时采用=      (5)
 注：A—基坑有效面积（井点布置包围的面积）
 一般施工时根据基坑深度预留一定厚度后，降水深度S可以确定，然后根据不同情况采用公式（1）、（2）和（3）计算出涌水量，计算时注意用等效半径替代井的半径。
 3.2、单井涌水量计算
 单根井点出水量可在同井径的条件下进行抽水试验确定，当无条件进行抽水试验时可采用以下公式进行计算：
                    (6)
 注：q—单井涌水量（/d）；—经验系数，一般取1.0～1.5；i—水力梯度，开始时取1；k—渗透系数（m/d）；H—含水层厚度(m)。
 3.3、单井数量计算
 计算单井数量（n）和间距(a)需按以下公式进行计算：
 n=1.1*Q/q                         (7)
 a=l/(n-1)                         (8)
 注：l—基坑边布置井点的总长度；式中参数同以上公式。
 3.4、井点平面布置
 井点平面布置形式一般按照按照基坑的的尺寸、地下水补给的临界条件和降水深度进行选择。布置井点时还应考虑基坑土的运输问题。平面布置的主要问题是确定井点的间距。井点的平面布置形式有单排布置、双排布置、环形布置和 U 形布置。井点布置原则是不能影响建筑物正常施工 ,不能距基础太远。
 一般工程采用环形或U 形布置，在基坑四周每1-2m布置一排井点管，设置两台机组就能满足降水的要求。若基坑较大可以同时用若干台机组，各个机组的总管相连但用阀门隔开。正常运行时可以自成体系，若一台机组出现故障又可以打开阀门与其他机组形成整体，从而保证抽水的连续性。
 3.4、井长度计算
 井点管的埋深和长度L见“井点埋设深度计算图”。
 L=h+h1+h2+h3+l

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