濕陷性黃土地區(qū)大斷面渠道降排水施工方法

孫敬超

（中國水電建設(shè)集團(tuán)第十五工程局有限公司 陜西 西安 710065）

1 工程概述

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

本標(biāo)段位于幸福河段工程地質(zhì)段內(nèi)，為粘砂多層結(jié)構(gòu)。渠坡土巖性主要為黃土狀重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土和粉細(xì)砂，局部夾卵石透鏡體，渠底板則主要位于粉質(zhì)粘土、黃土狀重粉質(zhì)壤土和重粉質(zhì)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(jí)一般為I級(jí)（輕微）。

黃土狀土、粉細(xì)砂結(jié)構(gòu)較松散，抗沖刷能力差，粉細(xì)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(jù)土體的滲透性采取相應(yīng)的排水措施。排水時(shí)還應(yīng)防止產(chǎn)生流沙、流土現(xiàn)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(diǎn)降水兩種。

明溝降水是當(dāng)基坑深度接近地下水位時(shí)，沿基坑四周設(shè)置排水溝、集水井，用抽排設(shè)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(jí)設(shè)置與加深，直到坑底達(dá)到設(shè)計(jì)高程為止。本工程為渠道工程，設(shè)計(jì)有襯砌砼面板，渠坡面板厚度為10cm，渠底為8cm，因?yàn)轫虐逄。ɑ嫔喜辉试S有明溝，且縱向排水溝對基礎(chǔ)、砼面板穩(wěn)定不利。因此，不考慮明溝排水方案。

井點(diǎn)降水目前常用的方法有輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)、自滲井點(diǎn)等多種方法。本工程在開挖完成后，要進(jìn)行砼襯砌的多個(gè)工序施工，因此降排水工作要貫穿多個(gè)工序，持續(xù)時(shí)間很長，輕型井點(diǎn)等相對于管井降水，管路布置較為復(fù)雜，不便于后續(xù)工程施工，而管井降水施工方便、布置簡單、無復(fù)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(jìn)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(huán)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(nóng)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(jù)招標(biāo)文件地質(zhì)資料，壤土滲透系數(shù)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(jù)以上已知資料計(jì)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(shù)，平均取3.25×10-2m/d。

數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)高程以下1m，根據(jù)影響半徑與降水深度關(guān)系式，計(jì)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(shù)，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(jì)算結(jié)果為17.6m；

數(shù)據(jù)代入公式，得：Q=10.3m3/d。

3.3 井徑計(jì)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(shù)，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(shù)據(jù)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(jī)械設(shè)備選用旋挖鉆機(jī)及其配套設(shè)備，采用泥漿護(hù)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(gè)鉆孔成井的過程都必須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行施工，嚴(yán)格控制好施工質(zhì)量，尤其應(yīng)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(yīng)選用粒徑＜5mm，且符合當(dāng)?shù)禺a(chǎn)濾料的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配的堅(jiān)硬砂礫石。濾料投放應(yīng)沿井壁外側(cè)從里向外均勻投放，且要監(jiān)測記錄不同高程管段的投放量，以評價(jià)填礫層的實(shí)際密度。

洗井的質(zhì)量要求為：

（1）用不同工具反復(fù)洗井后，進(jìn)行試驗(yàn)抽水，最后兩次試驗(yàn)抽水在相同水位下降時(shí)的單位涌水量之差不超過15%。試驗(yàn)抽水時(shí)的出水量，不應(yīng)小于正式時(shí)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(shè)備選型

根據(jù)初步計(jì)算的抽水量，選用Q≥8.0m3/h，揚(yáng)程≥30.0m的潛水泵。主要機(jī)械設(shè)備配置見表1。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)目前試驗(yàn)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(gè)井點(diǎn)不盡相同，這是因?yàn)榈刭|(zhì)的局部差異情況造成的，可根據(jù)實(shí)際情況重新選用水泵以滿足工程要求。因此，在設(shè)計(jì)井點(diǎn)數(shù)量、井位、抽水設(shè)備等方面應(yīng)充分注意，應(yīng)留有較大的安全儲(chǔ)備。

（2）相對于其他井點(diǎn)降水，管井降水成本低很多，且能達(dá)到降水效果，既經(jīng)濟(jì)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(gè)渠道內(nèi)無地下水，處于干地施工，滿足了渠道降水的要求，達(dá)到了預(yù)期的效果，使得開挖作業(yè)尤其是后續(xù)的渠道襯砌施工作業(yè)得以順利進(jìn)行。陜西水利