北石澗溝倒虹降水管井施工坍孔的解決方法

孫敬超

【摘要】文中介紹了該倒虹吸降水井的設(shè)計方案及運行中出現(xiàn)的問題，主要闡述了新增降水井施工時遇到的新問題，通過一系列的原因分析采取了一系列的措施，最終鉆井成功，降排水成功，順利實現(xiàn)了后期的工程施工。

【關(guān)鍵詞】北石澗溝；倒虹；降水管井；施工；坍孔；解決方法

一、工程概況

北石澗溝排水倒虹吸總長218.98m，由進(jìn)口段、管身段、出口段三部分組成，其中管身段水平投影長119.48m，由9節(jié)管身組成，其中7節(jié)為斜坡管身段，2節(jié)水平管身段，水平管身段位于倒虹最低處。管身橫向為2孔4m×4m（寬×高）的箱型斷面。倒虹吸建基面最低高程91.614m，地下水位高程102.4m。

工程區(qū)屬黃沁沖積平原，兩岸地面高程106.30～106.96m。

建筑物場區(qū)地層劃分為6個工程地質(zhì)單元。由上至下分別為：①黃土狀重粉質(zhì)壤土，層厚5.3～6.9m，滲透系數(shù)8.0×10-6cm/s；②粉質(zhì)粘土，略具泥腥味，可見碎貝殼，層厚1.5～4.0m，滲透系數(shù)5.3×10-6cm/s；③黃土狀重粉質(zhì)壤土，可見螺殼碎片，偶含小鈣質(zhì)結(jié)核，層厚4.2～5.3m，滲透系數(shù)6.0×10-6cm/s；④黃土狀中粉質(zhì)壤土，層厚2.6～3.0m，土質(zhì)不均勻，下部含砂增多，局部夾薄層粉細(xì)砂，滲透系數(shù)8.0×10-5cm/s；⑤砂壤土，層厚2m左右，頂部夾有輕粉質(zhì)壤土透棱體，滲透系數(shù)5.8×10-3cm/s；⑥細(xì)砂，層厚4m左右，底部高程85m左右，滲透系數(shù)2.0×10-2cm/s。

場區(qū)地下水主要為第四系松散層孔隙水，具承壓性，勘探期間測得地下水位高程102.40m，主要接受大氣降水入滲及河水補給，消耗于人工開采及側(cè)向徑流。地下水對混凝土不具腐蝕性。

二、降排水方案

倒虹吸工程基坑排水采用管井法與明排相結(jié)合的排水方案。由于倒虹吸工程承壓水水頭為15.48m，為防止承壓水對地基產(chǎn)生頂托破壞，設(shè)計管井時考慮了降壓排水措施，結(jié)合倒虹設(shè)計開挖情況，同時借鑒本標(biāo)段其他倒虹吸排水經(jīng)驗和類似工程排水經(jīng)驗，經(jīng)過計算后確定，北石澗倒虹吸基坑開挖采用管井排水后能夠滿足降壓排水需要。

排水井的布置是沿基坑軸線左右對稱布設(shè)，縱向間距20m、橫向間距25m、管徑為800mm的管井（井壁為無砂混凝土管），排水管井合計12口，其中降壓排水井8口（位于群井中間部位）、排水井4口（位于群井兩端頭部位）。降壓井設(shè)計時，為了既能減少抽水工作量，又能夠確保降低承壓水壓力，不致對地基產(chǎn)生頂托破壞，采用了承壓非完整井的管井方式，8口降壓井井底均位于砂層中部。另外4口排水井井底則位于第④層壤土層中。排水井底部高程為94.0m，降壓排水井底部高程90.0m。

三、施工中遇到的問題

1、降排水情況

北石澗溝倒虹吸在開挖施工之前，首先進(jìn)行降排水施工，降水井施工后，即開始進(jìn)行管井降水，至今已進(jìn)行了兩個多月。

在倒虹開挖施工過程中，由于對降水井的保護(hù)、維護(hù)工作很不到位，至開挖工作結(jié)束時，井的狀況已經(jīng)很不理想，8口降壓排水井有4口工作基本正常，4口井里已經(jīng)有很深（高約5.0m左右）的細(xì)砂淤積，已經(jīng)失去了降壓排水作用。

倒虹水平段管身基礎(chǔ)設(shè)計有水泥土攪拌樁基礎(chǔ)處理工程，因此在開挖施工結(jié)束后，要組織進(jìn)行該項目施工，但因降水井目前的工作情況，已無法達(dá)到降排水效果，而且，此時水平段管身段建基面已經(jīng)出現(xiàn)一處承壓水的冒出現(xiàn)象，導(dǎo)致建基面無法組織施工。

2、采取的措施

基于這種情況，經(jīng)認(rèn)真研究，決定立即在基坑里增加4口降壓井，用以加強基坑降水強度。這4口降壓井井底均處在細(xì)砂層以下（穿過細(xì)砂層，進(jìn)入細(xì)砂層下的相對隔水層至少1.0m深），形成承壓完整井的工況。新增4口井布置詳見上圖：北石澗溝倒虹降水井布置示意圖。

3、新增降水井施工遇到的問題

新增降水井成井設(shè)備采用反循環(huán)鉆機及其配套設(shè)備，采用泥漿護(hù)壁的成孔工藝。

在鉆井施工過程中，當(dāng)鉆井至設(shè)計深度后，即拔出鉆桿，拔出鉆桿后，砂層在大約10多分鐘之內(nèi)，即把井孔淤積10m深左右（處于降水期間的地下水位以下），致使無砂混凝土井管無法安裝，該降壓井無法使用。同時，新增其他幾口降壓井也暫時無法組織施工。

四、原因分析

經(jīng)過系統(tǒng)的分析、研究，結(jié)合前期12口井鉆井施工時并未出現(xiàn)這類現(xiàn)象的情況，認(rèn)為主要存在以下幾個方面的原因：

1、地下水流動產(chǎn)生；

2、護(hù)壁泥漿流入砂層，與細(xì)砂產(chǎn)生換位現(xiàn)象。

這主要是因為：

（1）前期鉆井施工時，井底雖然已經(jīng)進(jìn)入細(xì)砂層，但當(dāng)時為原始地下，初次受到擾動，砂層尚處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，雖然承壓水壓力從井孔中得到釋放，但因為承壓水壓力受到鉆井泥漿水的抵消，當(dāng)時能表現(xiàn)出的壓力并不是很大，故只引起承壓水和井孔周圍少量的細(xì)砂的流動，而未引起井孔周圍大量的的細(xì)砂的流動，且較遠(yuǎn)距離以外的砂層尚處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，不能夠流至井孔中，故而能夠成井。

（2）降水設(shè)施的運行情況

降水井施工后，即開始進(jìn)行管井降水，至今已進(jìn)行了兩個多月。降水剛開始時，有從井中抽出細(xì)砂的現(xiàn)象，后來就變?yōu)榍逅５F(xiàn)在的平管段8口井的現(xiàn)狀是：4口工作基本正常，4口井里已經(jīng)有很深（高約5.0m左右）的細(xì)砂淤積，已經(jīng)失去了降壓排水作用。

（3）根據(jù)原降水設(shè)施運行情況分析，此時每口井降水影響曲線以內(nèi)的砂層已經(jīng)處于經(jīng)過擾動的較松散狀態(tài)，而非原來的密實、穩(wěn)定狀態(tài)，甚至已經(jīng)出現(xiàn)了因細(xì)砂流走而產(chǎn)生的很小的地下空間。

鉆井過程中，采用的泥漿護(hù)壁技術(shù)，鉆進(jìn)過程中沒有產(chǎn)生坍孔，因為采用了泥漿進(jìn)行護(hù)壁，更重要的是鉆桿轉(zhuǎn)動帶動泥漿水的運動，產(chǎn)生的動水壓力尚能與承壓水壓力相抗衡，故沒有坍孔。而當(dāng)鉆桿拔出后，孔內(nèi)泥漿水處于靜止?fàn)顟B(tài)，靜水壓力小于承壓水壓力，此時承壓水便帶著細(xì)砂以很大的流速向井孔內(nèi)流入，產(chǎn)生嚴(yán)重淤積現(xiàn)象，無法成井。

3、鉆井沒有使用專門的泥漿制作池，而是向井中注水，靠鉆桿轉(zhuǎn)動帶動井孔中的天然土自然形成泥漿，而鉆到砂層時，砂層無法供應(yīng)制作泥漿的天然土，故泥漿濃度很小，起不到護(hù)壁作用，致使坍孔。

五、解決方案及注意事項

1、解決方案

把原井用壤土回填，重新鉆井，鉆井過程中，抽水始終不能停止。

鉆到砂層時，降低鉆井速度，緩慢鉆進(jìn)，同時人工向孔內(nèi)倒土，以提供制備泥漿的土料，并使泥漿濃度相對增大，其用意：（1）相對增大泥漿濃度，可相對增大護(hù)壁強度；（2）因其它井抽水未停，所以地下水向正在抽水的井孔的方向流動，帶動泥漿填充砂層中的因細(xì)砂流走而產(chǎn)生的空間，從而使砂層恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，然后以相同速度繼續(xù)鉆進(jìn)，直至鉆井至設(shè)計高程。

2、應(yīng)注意的事項

（1）再次鉆進(jìn)至砂層后，必要時鉆頭在每一位置停止幾分鐘時間，反復(fù)轉(zhuǎn)動、護(hù)壁，然后再鉆進(jìn)、停留、轉(zhuǎn)動、護(hù)壁，以此類推，反復(fù)進(jìn)行。

（2）觀察臨近井有無泥水抽出，如有，則可把該井暫停抽水幾分鐘，使泥漿穩(wěn)定，和砂層固結(jié)在一起，然后再抽水、再觀察，如此反復(fù)進(jìn)行，直至抽出的水為清水。

（3）泥漿濃度大時，必然使井孔周圍井壁上的泥漿厚度增大，所以必須嚴(yán)格控制洗井質(zhì)量，以免抽水時井中水量不大，影響降水效果。

（4）鉆至砂層后，在處理砂層的過程中，注意井孔內(nèi)水面下降速度，因為其它井在抽水，下降速度較大時，說明泥漿在填充砂層中的空間，則繼續(xù)向井內(nèi)加土，直至下降速度較慢；如下降速度較慢，接近正常鉆井時，說明砂層中的空間已得到填充，則繼續(xù)鉆進(jìn)。

六、結(jié)語

根據(jù)分析出來的降壓井鉆井失敗的原因，采取了文中所述相關(guān)措施后，降壓井實現(xiàn)了成功施工，新增降壓井施工完成后，所有井全部開啟進(jìn)行降排水，成功的降低了地下水位，使后期施工得以順利進(jìn)行。