基坑开挖管涌防治中可调水量浅井的运用分析论文
摘要：在地下水源丰富、承压水水头高的深基坑场地，坑内一旦发生管涌不仅直接影响基坑自身安全，而且严重影响周边建筑物及地下管线的安全。文章介绍的可调水量浅井是通过对管涌点处水流加以引流，并通过改变特制滤芯与井管搭接长度以达到调节水量为目的的管井。经过现场实验与论证，成功处理了基坑管涌事故，既快速又经济。
关键词：管涌；人工浅井；调节水量；滤芯。
引言。
随着我国城市高层建筑物的发展，深基坑越来越多，地下水引起的深基坑开挖安全问题日益突出。特别在地下水源丰富，承压水水头高的基坑场地，坑内管涌时有发生。由此导致地下水从基坑底部渗入，降低地基土的强度，这不仅直接影响该基坑的开挖与后续工程的施工，更严重影响周边建筑物及地下管线的`安全。因此在基坑开挖中一旦发生管涌现象，要及时采取合理、有效措施进行治理。然而常用的注浆、高压旋喷等措施有时效果不尽人意，且成本高昂。文章通过介绍某基坑开挖过程发生的管涌现象及措施提出的可调水量浅井可快速有效治理基坑管涌，且经济合理。
1 工程简介。
南京河西某公园位于南京市河西地区，工程占地面积近 78 000 m2,为南京市平战结合的人防工程。工程设二层地下室，战时作为人防工程，平时作为地下商铺；地面绿化，作为市民休闲广场。该工程主体开挖深度为 12.5 m.开挖区地下水分两层，浅部为潜水，埋深为 1 m 左右。深部为弱承压水，主要受地下水径流补给。赋存于下部粉土、砂性土、卵砾石中。地层自上而下情况如下：①-1 杂填土：层厚 1.5~6.5 m;①-2 素填土，局部；②-1 淤泥质粉质黏土：层厚 8.60~23.5 m;②-2 粉质黏土：层厚 0.8~9.7 m;②-3 粉土-粉砂，层厚 0.70~7.2 m;②-4 粉细砂：层厚 0.9~22.1 m;②-5粉细砂，局部中砂夹：层厚 10.9 m.设计采用中心盆式开挖，上段放坡，下段支护桩挡土，三轴深搅止水，管井降水的止降结合。共设降水管井 120 口。
2 基坑管涌情况及方案提出背景。
该工程前期施工非常顺利，但是由于施工单位过多，协调困难，尤其是土方开挖单位施工不当，对成品保护意识淡薄，造成东南角 10 口降水井损坏，完全失去降水功能。基坑开挖到底后，被损坏的 26 号管井滤料处发生管涌，并随时间推移伴随大量沼气产生，气水相互作用导致涌水量不断加大，达到流量 2~3 t/h、含砂量 8%~10%的程度，情况十分严重。项目部立即采取在管涌点四周双液注浆的办法，但由于管涌通道已形成，浆液从管涌点流出，补救失败。继而在距管涌点10 m 补井，因管涌形成流沙，无法成井。远离 20 m 钻井成功，但不见水，再次失败。最终决定采取人工成井方式，在管涌处施工人工浅井，以保障管涌泥水从井内涌出，不至于因泥水冲涮而变本加厉地涌出。但根据该位置工程勘察报告及涌水情况，人工浅井水量较大，需进行人工控制水量，否则后续工作难以开展，因此，该工程设计了可调节水量水井。
3 方案设计。
3.1 设计原则。
（1）原地成井必须具有足够的出水量，以完全释放地下水头压力，使地下承压水不至于肆无忌惮从坑底涌流，同时又要严格控制水量，不至于使地下流沙通道越来越大。因此要能适当调节水量。
（2）要方便封井，不至影响后续主体底板施工。
（3）操作简单，成本低廉。
3.2 具体方案。
根据管涌情况和该处工勘报告，确定该处基坑底面为 2.0 m 的隔水层，隔水层下伏中砂-粉细砂含水层。通过现场积水实验测定，在无阻力情况下管涌处水流速度为 0.7~1.0 m/s,如采用 Φ286 钢管，管内涌水约 8 t/h.人工成井穿过隔水层进入含水层 1.5~2.0m 左右，控制井管滤水段长度和水泵抽水速度可使水量在 10 t/h 以上。
3.3 材料准备。
井管采用长 3.8 mΦ286 铁管，壁厚 2 mm,底端割成锯齿，并在 1.8 m 范围内切割若干 Φ40 圆孔作为透水孔。顶端每隔 50 cm 割 Φ50 对穿孔，如图 1 所示。由于直接采用井管自身钻进，无法加包滤网，因此采用滤芯过滤泥沙。滤芯制作采用 0.5 mm 普通彩钢板，切割若干 Φ20 小孔作为透水孔，卷成长 2.0 mΦ286 开口圆筒，并设拉绳，方便控制安装位置，外包 170 目滤网，如图 2 所示。
4 方案实施。
（1）将井管底端垂直对准管涌位置，杠杆横插对穿孔，二人扶正，二旋转杠杆，利用井管自身重力和锯齿切割土体，钻进到指定深度，井管顶端高于基坑底面 25 cm 即可。这时，原来从土体涌出的泥沙导入井管，并将井管旋转切割的土体冲散成浆，自流出井。
（2）将滤芯安放在井管内，并用钢管推送至井管底端。由于滤芯为开口管，具有一定横向弹性，因此可依靠弹性附在井管内壁，起过滤泥沙作用。
（3）利用钢管和拉绳调整滤芯位置，调节滤芯与井管透水面重合度，达到调节过水面积从而调节水量的目的，使出水量最少而井管周边又无涌水即可。
（4）安装潜水泵排水。根据水量大小选用合适水泵。该工程开始选用 2.2 kW 潜水泵。
5 施工要点。
（1）井管安装前要在外壁刷涂减磨剂，底端锯齿相邻齿要分别向内外略斜，二者都可以减小钻进阻力。也可以在井管加载重物，增加切削能力。同时要根据实际情况安排人力。如井管长度不够，可采用焊接方式加长。为防止井管直沉，安置完毕后要在管壁加焊井字形钢管固定。
（2）滤芯开口要保持 10 mm 左右，卷曲时内径要大于井管（内径 286 mm），安装时将开口挤拢，使内径小于井管内径，这样既方便安装，又可使滤芯具有横向弹性，紧紧依附在井管内壁。滤芯拉绳沿开口对称安装，长度足够露出井管。如发现滤芯淤塞可迅速取出清洗或更换。
（3）要经常调整滤芯与井管透水端的重合度，控制水量，降低流速，尽量达到让涌水产生的流沙通道自然淤塞的目的。
（4）施工人工井同时，其他尚未管涌的失效井要补设新井，防止事故重演，同时也降低管涌点水头压力。
（5）要协调主体施工单位，在管涌控制后，尽快施工该处垫层砼，提高垫层砼标号，并加设双向钢筋网片，防止因管涌造成地下空洞而坍塌造成无法挽回的损失。
（6）该临时人工浅井封前要加大其他降水井排水量，并采用带泵封井方式，即封井时不能停止降水。
6 效果验证及总结。
人工浅井安装使用后，结果符合预期，经试验验证，正常抽水可控制在 5~8 t/h,含砂率<1%,管涌得到完全控制。同时该工程的其他被损坏水井也成功补井，管涌隐患被消除。在主体施工单位积极配合下，一周后该处钢筋砼垫层施工完毕，二周后，该处砼底板成功浇注，确保了工程安全和进度。
经过现场实验与论证，在基坑发生管涌后，在管涌点施工人工浅井，并将滤网加以创新制成特制滤芯，通过改变滤芯与井管搭接长度，可使恣意横流的管涌变成水量可控的管井，成功处理了基坑管涌事故，既快速又经济。
参考文献：
[1]陈纪德，李川。管涌及其产生的原因和治理方法[J].安全与环境工程，1999（2）：25-26.
[2]余志成，施文华。深基坑支护设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.
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