濕陷性黃土地區大斷面渠道降排水施工方法

孫敬超

（中國水電建設集團第十五工程局有限公司 陜西 西安 710065）

1 工程概述

南水北調中線一期工程總干渠溫博段第三施工標段起始樁號IV22+000，末端樁號IV28+500，其中渠道長度5686m。

本標段位于幸福河段工程地質段內，為粘砂多層結構。渠坡土巖性主要為黃土狀重粉質壤土、粉質粘土和粉細砂，局部夾卵石透鏡體，渠底板則主要位于粉質粘土、黃土狀重粉質壤土和重粉質壤土中。表層黃土狀土一般具有輕微～中等濕陷性，多屬非自重濕陷性黃土，場地地基濕陷等級一般為I級（輕微）。

黃土狀土、粉細砂結構較松散，抗沖刷能力差，粉細砂滲透性較好，渠道存在沖刷、淤積、滲漏問題，需要采取防滲抗沖刷處理措施。該段地下水位一般高于渠底板2m～7m，存在施工排水問題，需要根據土體的滲透性采取相應的排水措施。排水時還應防止產生流沙、流土現象。

2 降水方法的選擇

基坑降水通常采用的方法有明溝排水和井點降水兩種。

明溝降水是當基坑深度接近地下水位時，沿基坑四周設置排水溝、集水井，用抽排設備把地下水從集水井中抽走。隨著基坑的開挖，排水溝和集水井隨之分級設置與加深，直到坑底達到設計高程為止。本工程為渠道工程，設計有襯砌砼面板，渠坡面板厚度為10cm，渠底為8cm，因為砼板太薄，建基面上不允許有明溝，且縱向排水溝對基礎、砼面板穩定不利。因此，不考慮明溝排水方案。

井點降水目前常用的方法有輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點、自滲井點等多種方法。本工程在開挖完成后，要進行砼襯砌的多個工序施工，因此降排水工作要貫穿多個工序，持續時間很長，輕型井點等相對于管井降水，管路布置較為復雜，不便于后續工程施工，而管井降水施工方便、布置簡單、無復雜管路、無降水深度限制，對渠道襯砌影響較小，因此選用管井法進行降排水。

3 降水井平面布置

降水井的平面布置基本上可分為兩種形式：塊狀形的基坑多采用環形封閉式，條形基坑采用直線形布置方式。渠道基坑為條形，故降水井采用直線形布置。

因渠道基坑底部距承壓水層在15m以上，降水井無需穿透承壓水層，且周圍為農田，為避免坑外抽水降低周圍地下水位，降水井布置在渠道基坑中部。

降水井布置在渠道中間，雖對渠道襯砌有一定影響，但降水效果較好，鉆井、抽水工程量也大為減少。

根據招標文件地質資料，壤土滲透系數K=3.25×10-2m/d，潛水層底部高程84m左右，取潛水井最低水位89m（井底2m左右為集水部分），地下水位降至渠底（高程按99m算）以下1m。見管井布置圖。

根據以上已知資料計算井的影響范圍。

式中，R——抽水影響半徑；

S——降水深度（渠底部分），99-89.25=9.75m；

K——土壤滲透系數，平均取3.25×10-2m/d。

數據代入公式得，R=17.6m。

3.1 降水井間距

降水要求：水位降低至渠底設計高程以下1m，根據影響半徑與降水深度關系式，計算平均水力坡度

降水井影響范圍32m，渠底寬度17m～21m，滿足要求。

3.2 基坑出水量

梯形斷面簡化為矩形斷面，寬度為39.4m，降水井控制長度為32m。

式中，K——滲透系數，平均取3.25×10-2m/d；

S——水位降深，地下水位106m-渠底99m+1m=8m；

R——影響半徑，前面計算結果為17.6m；

數據代入公式，得：Q=10.3m3/d。

3.3 井徑計算

降水井為潛水完整井，單井出水量：

式中，Q——降水井出水量，10.3m3/d；

K——滲透系數，平均取3.25×10-2m/d；

H——潛水含水層厚度，地下水位106m-潛水層底87m=19m；

S——水位降深，地下水位106m-井水位89.25m=16.75m；

R——降水井半徑。

數據代入公式，試算出降水井半徑r=0.5m。

3.4 鉆孔成井

成孔施工機械設備選用旋挖鉆機及其配套設備，采用泥漿護壁、無砂砼管做井管的成孔工藝。其工藝流程為：鉆孔、清孔、下濾管及井管、井壁回填粗砂及封井、洗井、試抽水、正式抽水。

整個鉆孔成井的過程都必須嚴格按照要求進行施工，嚴格控制好施工質量，尤其應注意填礫料、洗井兩道工藝。礫料在井排降水中起過濾作用，應選用粒徑＜5mm，且符合當地產濾料的標準級配的堅硬砂礫石。濾料投放應沿井壁外側從里向外均勻投放，且要監測記錄不同高程管段的投放量，以評價填礫層的實際密度。

洗井的質量要求為：

（1）用不同工具反復洗井后，進行試驗抽水，最后兩次試驗抽水在相同水位下降時的單位涌水量之差不超過15%。試驗抽水時的出水量，不應小于正式時的抽水量。

（2）抽水開始后十分鐘，含砂量不超過1/10000，抽出的水要清。

3.5 降壓井施工及抽排水設備選型

根據初步計算的抽水量，選用Q≥8.0m3/h，揚程≥30.0m的潛水泵。主要機械設備配置見表1。

4 結語

（1）根據目前試驗段降水情況，管井降水方案是可行的。地下水位降至渠底2m以下后，單井出水量各個井點不盡相同，這是因為地質的局部差異情況造成的，可根據實際情況重新選用水泵以滿足工程要求。因此，在設計井點數量、井位、抽水設備等方面應充分注意，應留有較大的安全儲備。

（2）相對于其他井點降水，管井降水成本低很多，且能達到降水效果，既經濟又便于施工、管理。

（3）降水形成降水漏斗，從而可能造成周圍地面的沉降。通過對周圍地面觀測，渠道基坑降水對周圍地下水位及地面沉降影響非常小。

（4）工程的總體降水效果非常好，開挖過程中整個渠道內無地下水，處于干地施工，滿足了渠道降水的要求，達到了預期的效果，使得開挖作業尤其是后續的渠道襯砌施工作業得以順利進行。陜西水利