低渗透性黏土层中超真空双管疏干井降水技术的研究

低渗透性黏土层中超真空双管　疏干井降水技术的研究　赵斌　陈朝文　王俊涛　中铁上海工程局集团有限公司　上海　２００４３６　摘要：在宁波轨道交通１号线一期工程Ｖ标樱花公园站施工中，通过对深基坑真空降水的研究，设计出一种双管疏干井　结构，该结构是在传统的真空降水单井管基础上增加内管，形成内外腔结构。内腔顶部开放，外腔密封持续保持高真　空状态，使低渗透性黏土地层与外腔形成压力差，加速土层中的水向外腔渗透，大大提高了深基坑降水的效率，取得　了良好的降水效果，具有一定的推广价值。　关键词：低渗透性黏土层　超真空降水　双管疏干井　中图分类号：ＴＵ７５３．６６　文献标志码：Ｂ　内外空腔结构　ＤＯｌ：１０．１４１４４／ｊ　ｃｎｋｉ　ｊｚｓｇ．２０１５．０４．０１２　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＵＨＶ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｐｉｐｅ　Ｄｒａｉｎａｇｅ　Ｗｅｌｌ　ｉｎ　Ｌｏｗ　Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｌａｙ　Ｌａｙｅｒ　Ｚｈａｏ　Ｂｉｎ　Ｃｈｅｎ　Ｃｈａｏｗｅｎ　Ｗａｎｇ　Ｊｕｎｔａｏ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００４３６　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ　ＣＲＥＣ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｓｔａｇｅ　Ｖ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｉｎｇｂｏ　ＲａｉＩ　Ｔｒａｎｓｉｔ　Ｌｉｎｅ　１　Ｓａｋｕｒａ　Ｐａｒｋ　Ｓｔａｔｉｏｎ．ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｄｏｕｂｌｅ—ｐｉｐｅ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｗｅｌＩ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｖａｃｕｕｍ　ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｄ＿１．１ｎ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ。ａｎ　ｉｎｎｅｒ　ｐｉｐｅ　ｓｈａｌｌ　ｂｅ　ａｄｄｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｖａｃｕｕｍ　ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ　ｗｅｌＩ　ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｆｏｒｍ　ａｎ　ｉｎｎｅｒ　ａｎｄ　ｏｕｃｅｒ　ｃａｖｉｔｙ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｉｎｎｅｒ　ｃａｖｉｙ　ｔｔｏｐ　ｓｈａｌｌ　ｂｅ　ｏｐｅｎ．ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｏｕｔｅｒ　ｏｎｅ　ｓｈａｌＩ　ｂｅ　ｓｅａｌｅｄ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｖａｃｕｕｍ　ｓｔａｔｅ．Ａｓ　ａ　ｒｅｓｕｌｔ．ｔｈｅｒｅ　ｉＳ　ａ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｌＯＷ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｙｔ　ｃｌａｙ　ｌａｙｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　０ｕｆｅｒ　ｃａｖｉｔｙ，ｗｈｉｃｈ　ｗｉｌＩ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｕｔｓｉｄｅ．Ｔｈｉｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ａｎｄ　ｈａｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｇｏｏｄ　ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｙｔ　ｃｌａｙ　ｌａｙｅｒ　ＵＨＶ　ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ　ｄｏｕｂｌｅ－ｐｉｐｅ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｗｅｌｌ　ｉｎｎｅｒ－ｏｕｔｅｒ　ｃａｖｉｔｙ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　目前国内地铁车站深基坑施工一般采用自渗井点、深　井真空降水井点降水，但在低渗透性土层中降水时，降水　效果并不理想。通过对深基坑真空降水的研究，设计出一　种双管疏干井结构，取得了较好的降水效果。　为：钻井成孔一清孔换浆一外管安装一滤料回填一井壁清　理一内管安装一安装设备一加真空、抽水。　２．２操作要点　２．２．１钻井成孔　１）疏干井开；ｆＬ；ｆＬ径为５５０　ｍｍ，一径到底。　１　工艺原理　低渗透性黏土层超真空双管疏干井将井管降水结合　真空技术，采用双管构成内、外腔，内腔顶部开放，外腔　密封保持高真空状态，低渗透性黏土地层与外腔形成压力　差，加速土层中的水向外腔渗透，通过内、外腔的真空　泵、潜水泵排出（图１）。　２）开￣ＬＨ，ｔ轻压慢转，以保证开孔的垂直度。钻进时一　般采用自然造浆钻进，泥浆密度控制在１．１０～１．１５　ｍ　。　２．２．２清孔换浆　钻至设计标高后，将钻具提升至距孔底２Ｏ～５０　ｃｍ　处，开动泥浆泵清孔，以清除孔内沉渣，孔内沉淤应小于　２０　ｃｍ，同时调整泥浆密度至１．０５　ｇｅｍ　左右。　２．２．３外管安装　２　施工工艺流程及操作要点　２．１施工工艺流程　低渗透性黏土层超真空双管疏干井的施工工艺流程　作者简介：赵斌（１９６８一），男，硕士，高级工程师。　通信地址：上海市闸北区江场三路２７８号（２００４３６）。　收稿日期：２０１５－０１—０８　外管管壁周围包？Ｌ２层目滤网，外管采用分节下放，　下放时管的中心线与孔径同心，管之间焊接连接，外管下　放到标高后，管顶高出地面３０～５０　ｃｍ。　２．２．４滤料回填　将钻杆提至滤水管下端，井管上口加闷头密封，从　钻杆内泵送泥浆，使泥浆由井管和孔壁之间往上返，并逐　囡建筑狍工・￣ｇｌ３７Ｊｇ・第４明　整塑堕塑　三堡　堡　圭墨！塑皇　堕堕　堕　垫　窒　渐调小泵量，待泵量稳定后开始投放滤料（滤料粒径２～　３　ｍｍ，含泥量≤３％），直至滤料下入预定位置为止，地表　以下回填厚３．００　ｍ黏性土。　２．２．５井壁清理　采用高压清水与水泵联合洗井法，通过钻杆向井内注　入高压清水，冲洗管壁泥皮，清除滤料段泥砂，水泵抽排　管内泥浆，反复进行直至水清、砂净。　２．２．６内管安装　降水井内管采用西１５０～　２００　ｍｍ的圆钢管，施工时　内管与外管同心，分节下放，管之间焊接连接，确保内管　密实，内管底部安置于目标降水水位以下不小于１　ｒｎ。　２＿２＿７井口密封　井口密封采用法兰＋密封垫，法兰包括上法兰和下法　兰，上、下法兰为厚１５　ｍｍ环形钢板，上面开设有抽气孔和　真空表孔；上法兰与内径２００　ｍｍ、壁厚３　ｍｍ的内管连为一　体，下法兰与内径２７３　ｍｍ、壁厚４　ｍｍ的外管连为一体，连　接方式为焊接。上下法兰之间采用橡胶垫圈密封，并预留　真空泵接口和真空计接口。如图２所示。　髓　图１工艺原理示意　图２井口结构示意　２．２．８安装设备　分别将真空泵、真空计与预留接口连接，再安装内管　潜水泵至设计标高，抽水泵进水口高于内管底部≥１　ＩＴＩ。　２．２．９加真空、抽水　启动真空泵，进行抽水，水位到设计标高后，开始基　坑开挖。　３　工程应用　３．１井位设置　在樱花公园站３号线车站１２～２１轴基坑布置４口深井　真空井和２口超真空双管疏干井。深井真空井编号分别为　￥４７、￥４８、￥５１、￥５３；超真空双管疏干井编号分别为￥４９、　￥５２，井深均为３０　ｍ。　３．２抽水情况　对４口深井真空井抽水，其真空度维持在一０．０４　ＭＰａ，　如表１所示；对２口超真空双管疏干井抽水，其真空度维持　在一０．０８　ＭＰａ以上，如表２所示。　表１深井真空井降水效果　井编号　平均真空度／　抽水量／　降水深度／　日抽水量／　ＭＰａ　ｍ　ｍ　ｍ　￥４７　－０　０４　６０　２　１６．５６　１　２０　￥４８　－０　０４　５９．８　１６　３Ｏ　１＿２０　Ｓ５１　－０　０４　６１．１　１６　６２　１＿２２　￥５３　－０　０４　５８．６　１６　２５　１．１７　表２双管疏干井降水效果　井编号　平均真空度／　抽水量／　降水深度／　日抽水量／　ＭＰａ　ｍ　ｍ　ｍ　￥４９　－０　０８　９６　２　１９＿２５　１　９２　￥５２　－０．Ｏ８　９５　７　１９　１７　１　９１　３．３超真空双管疏干井应用中的问题及解决措施　１）超真空井内管采用钢管，质量过大，安装难度大。　３号线ｌ２～２ｌ轴基坑采用３０　ｍ深降水井，根据降水深度及工　艺要求，内管长２８　ｍ。降水深度越深，内管长度越长，质　量越大，而内管的固定仅靠井口法兰支撑，对法兰的要求　较高。为解决井深度增加对法兰受力增加的影响，将内管　材料更换成材质较轻的ＰＶＣ管，ＰＶＣ管的连接接头均采用　密封胶密封处理，确保内管密封良好和功能完整。　２）上部降水时，抽真空时伴随着水一起抽出，且真空　度达不到最大。成井后，内管潜水泵先不抽水，只抽排外　管内的空气，此时伴随着水一起排出，且真空度较低，随　着降水的深度增加，真空度逐渐增大，直到最后稳定，且　维持一个较大的真空度。　当外管进行抽真空时，真空度为ｐ，内外管会形成水　位差　，当Ａｈ≥Ｈ　时，在内管大气作用下，外管内的水　位已超过管顶，抽真空时一起排出管外。　因此，为达到外管保持持续较高的真空度，且有利于　土体里的水向外管内渗透，需保持真空度，使形成的内外　管压力差Ａｈ＜Ｈ＋ｈ，且保持外腔水位低于土体水位。　因此，在工程实际应用中，将内腔潜水泵入水口位　置设置好后，同时设置潜水泵自动启停水位线，该水位线　设置高度略高于潜水泵入水口水位线，这样始终保持了　Ａｈ＜Ｈ＋ｈ，且外管始终保持最低水位线，不仅有利于土体内　渗水漏斗的形成，更可以达到超真空双管井的最佳降水状　态（图４）。　３．４效果对比　１）深井真空井真空度维持在一０．０４　ＭＰａ，超真空双管　疏干井真空度维持在一０．０８　ＭＰａ以上，比深井真空井真空度　高达１倍。　２）深井真空井平均日抽水量为１．２０　ｍ　；超真空双管　（下转第４７０页）　２０１５．４．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉ。ｎ圜　、　堑壅　查堑　至　塑墨　！　堡篁蔓　塑三塑量　１）于２０１３年ｌ０月下旬开始拆除１４栋涉外专家公寓建　通过结合实际影响作出的部署调整，对本工程项目积极履　筑幕墙施工用落地式脚手架，以降低涉外专家公寓暂停施　工期间各项安全投入费用的徒增；　行合同起到了很好的作用，将现场施工各项工序做到合理　部署，为项目施工管理赢得了较高的评价。同时结合各阶　２）高层塔楼（６栋Ｍ楼）顺序展开建筑幕墙保温、　石材（含铝板）、门窗主框及玻璃等安装，保证建设单位　提供的石材荒料能第一时间投入使用，不产生石材荒料堆　积、仓储的情况；　段建筑幕墙施工部署及完成情况的检查也为工程项目工期　及费用索赔工作提供了有力的证据。建筑幕墙施工部署需　考虑和权衡的因素涉及建设工程施工的许多方面，笔者仅　就工作所涉及的某些方面进行了较浅的分析、论述，其他　更深层次的原因分析及应对处理尚需业内同仁更深入的研　究　◇◇参考文献◇◇　［１］陈伟顺．建筑幕墙施工的质量问题与控制措施［Ｊ］ｌ中国新技术新产　品，２０１５（２）：１７３．　３）在超高层塔楼（８栋Ｔ楼）完成地采暖楼面施工　作业后，开始组织建筑幕墙施工，同时确保超高层塔楼　（８栋Ｔ楼）建筑幕墙龙骨安装在２０１４年冬季施工前全部完　成；　４）组织做好备用石材加工厂考察、确定等相关事宜，　以免建设单位石材荒料供应突然集中，造成现有石材加＿【二　厂加工不及时而出现石材堆积、延误等情况。　目前，高层塔楼（６栋Ｍ楼）建筑幕墙已接近尾声，至　２０１４年冬季施＿Ｔ前可以完成内外面封闭的要求。超高层塔　［２］毛双林探讨建筑幕墙的施工管理［Ｊ】ｌ中国科技投资，２０１４（Ａ１６）：１４３．　［３］徐红光．试论建筑幕墙施工技术质量管理［Ｊ】．中国科技投　资．２０１４（Ａ１６）：１５９．　［４］王建国异形建筑幕墙施工质量控制措施研究［Ｊ】ｌ建筑，２０１４（１２）：９２—　９３．　楼（８栋Ｔ楼）均已陆续开展次龙骨满焊及防腐施工作业，　为建筑幕墙石材板面安装提供了良好的作业面。　［５］江云港．论高层建筑幕墙施工质量的管理与控制［Ｊ］．江西建材，　４　结语　本文结合工程实例，主要从工序穿插、图纸延期和石　材荒料供应延期３个方面的建筑幕墙施工部署作了阐述。　２０１４（１４）：２５３　［６】王立柱浅谈建筑幕墙施工中的质量问题与控制方法［Ｊ］＿科技创新与　应用．２０１４（２９）：２４６．　（上接第４２３页）　水影响半径小及出水率低的技术问题，加快施工进度，缩　短了施工工期。　２）双管真空疏干井设置了内外腔，抽水在内腔、抽　真空在外腔，两者独立操作，从而保证了两者均能高效进　行。　３）内井管可以重复使用，降低成本、节能环保。　◇◇参考文献◇◇　［１］丛树宇．淤泥质粉质粘土层降排水施－Ｆ［Ｊ］．山西建筑，２００４（１０）：４２—４３．　［２］耿培刚，尹建璋淤泥质粉质粘土层降排水施工［Ｊ】ｌ西部探矿工程，　图３内外管水位示意　２００６（４）：５０—５２．　［３］杜志昌．真空疏干与井点复合降水技术在地铁工程中的应用［Ｊ］ｌ２１世　疏干井平均日抽水量为１．９１　Ｉｎ　；为深井真空井的１．５９倍。　纪建筑材料，２０１　１（１０）：９３—９６　３）降水速率提高。深井真空井抽水５０　ｄ，平均降水深　度达ｌ６．４３　ｍ，平均降水率为１６．４３／５０＝０．３２　ｍ／ｄ；超真空双　管疏干井抽水５０　ｄ，平均降水深度达ｌ９．２１　ｍ，平均降水率　为１９．２１／５０＝０．３８　ｍ／ｄ；超真空井降水速率为深井真空井的　１．２倍。　［４］李军．超真空双管疏干井降水应用技术［Ｊ］．上海建设科技，２０１４（１）：　４４－４５　［５］樊锡明邻地铁深基坑疏干井真空预降水施工技术［Ｊ］ｌ商品与质量：　建筑与发展，２０１２（３）：１３２—１３３　［６】王晓儒．煤层疏干井过滤器结构与应用［Ｊ］．露天采煤技术，１９９６（４）：　３９－４０．　４　结语　１）通过研究，解决了现有技术在低渗透性黏土层中抽　［７］李军．超真空双管疏干井降水应用技术［Ｊ］．上海建设科技，　２０１　４（１）：４４—４５．　团建筑袍工・：￣ｇ３７Ｊｇ．・第４明