高水頭大型深基坑降排水施工技術在南水北調中線工程中的應用

□ 韓書冬 □ 田家興 □ 單 強（河南省河川工程監理有限公司）

1 工程概況

南水北調中線一期干線工程為Ⅰ等工程。白河倒虹吸工程為輸水工程的一部分，其中白河倒虹吸工程分為管身段、連接段及漸變段、進出口閘室段和退水閘閘室段等主要建筑物均為1級建筑物。退水閘泄槽、消力池等次要建筑物為3級建筑，設計流量為330m3/s，加大流量為400m3/s。

2 基坑降排水應用分析

2.1 相比建筑行業，水利水電工程項目地下水補給較為豐富、地下水水頭較高

建筑行業施工范圍主要為城鎮地區，而水利水電建設行業施工區主要在靠近地表水的區域進行施工，因此在基坑開挖施工過程中，雖然建筑工程施工也受地下水影響，但水利水電建設工程施工地下水的補給相比建筑行業要大得多，對工程建設的影響也相對較大。

2.2 相比建筑行業，基坑規模較大

建筑工程施工任務主要為房建工程施工，工程規模有限，而水利水電工程施工規模相比建筑行業要大得多，因此施工難度也相對較大。

2.3 相比建筑行業，基坑開挖地質條件較為復雜

由于建筑行業的工程主要為房建工程，施工范圍主要為城鎮地區，基礎地質情況在施工前都已經多次查勘，比較清楚明了，但水利水電行業工程施工范圍比較偏僻，在施工前針對工程施工位置的地質勘探相比建筑行業要少得多，地質情況的不確定因素也比較多。因此在水利水電工程施工過程中不能生搬硬套建筑施工工法，必須通過吸收和改良，形成一套針對水利水電建設行業的工法來滿足施工需要。

3 施工工法特點

3.1 采用抽水強排方式代替防滲墻，解決基坑周邊地下水補給問題

在建筑工程施工中由于施工場地受到限制，且施工規模比較小基坑開挖多采用直立邊坡開挖方式，因此在防滲方面主要采用水泥灌注樁結合防滲墻的方式進行防滲。但在水利水電工程施工過程中，由于施工規模大、地質情況復雜，若采用同樣的方式進行施工，施工成本較高，且不一定獲得較好的施工效果，而采用強排方式解決基坑周邊地下水補給問題，可根據現場實際情況及時調整，比較靈活，施工成本也相比較低。

3.2 在開挖工作面加密明排系統，解決基坑內部排水問題

在建筑工程施工中，基坑周邊布置降水管井或采用高噴防滲墻方式進行防滲，由于施工規模比較小，降水管井影響范圍基本可以覆蓋整個基坑施工區域，比較容易達到較好的施工效果。但在水利水電工程施工過程中比較難以達到同樣的施工效果，必須加密明排系統來解決基坑內部排水問題。

3.3 施工方法比較靈活，針對不同的地質情況可及時調整施工方式

在本施工工法中采取了多樣化的施工措施“周邊較高強度的管井排水+坑底網狀輕型井點降水+輔以坑底四周明排”進行施工，因此在施工過程中可以根據現場實際施工情況及時進行調整以達到最好的施工效果。

4 適用范圍

地下水補給豐富，施工規模大、地層構造復雜，相對不透水層埋置較深的深基坑降排水施工。

5 施工工藝原理

多種降排水措施綜合使用，根據現場實際情況有針對性的對基坑開挖及降排水施工過程中所遇到的問題分別進行解決。如采用在基坑周邊布置高強度降水管井，解決周邊地下水補給問題；采用加密明排系統的方式，解決開挖期間開挖施工工作面排水問題；采用坑底布置網狀輕型井點降水，解決建基面脫水、干地施工需要。

根據現場實際情況及不同地層施工的需要，及時對施工參數進行調整，保證后續主體結構混凝土施工要求。

6 施工工藝流程及操作要點

6.1 施工工藝流程

施工準備→降水管井施工→開挖臨時性明排系統施工→建基面輕型井點施工。

6.2 降水管井施工要點

6.2.1 管井布置總體方案

根據工程的實際情況，管井的總體布置方案應與基坑開挖方案、水文地質條件緊密結合，主要考慮以下幾個方面。一是分級降水方案:基坑較深，采用分級放坡開挖，并且基坑上、下含水層滲透性具有明顯的差異，降水深度較大，排水量較大，因此管井排水采用兩級排水方案。一級降水管井主要用來把地下水從天然地下水位（一級馬道平臺附近）降到二級馬道高程以下，滿足二級馬道平臺開挖條件；二級降水管井主要用來把地下水位從二級馬道平臺降到建基面附近。二是一級降水管井布置:在基坑開挖到天然地下水位布置一級馬道，在一級馬道平臺內側布置一級降水管井。由于一級管井主要降排基坑上層強透水層中的地下水，故管井深度以揭穿上層含水層為宜。上層含水層滲透系數大，其影響半徑大，單個管井出水量大，故管井的間距適當大一些。三是二級降水管井布置:根據基坑開挖方案，初步考慮在EL121m平臺布置二級馬道，二級降水管井布置二級馬道平臺內側。二級馬道高程可根據一級降水管井降水效果進行調整。二級管井不僅要降排基坑上層強透水層中的地下水，還要降排下層中等透水層中的地下水，為了保證建基面干地施工，故管井應進入建基面以下一定深度。二級管井含水層平均滲透系數小，影響半徑小，單個管井出水量小，故管井的間距應適當小一些。

6.2.2 單個管井出水量計算

由于管井排水降深較大，不宜按裘布依公式計算其出水量，現根據《供水管井技術規范》（GB50296-99）中過濾管可能過水量Qg及孔壁可能進水量確定其出水量。

6.2.3 管井間距

管井的總排水量按基坑總涌水量的80%進行計算，可根據管井排水總量和單個管井的出水量計算需要布設的管井數量。

6.2.4 管井深度

管井深度由地下水位降深、水泵吃水深度、底部沉淀管長度、水躍值等確定。在計算管井深度時主要考慮疏干邊坡的地下水，并盡量降低基坑底部的地下水位，減少輕型井點的排水量，管井排水形成的地下水降落漏斗范圍應盡量大一些，故管井應有足夠的降深，達到額定的出水量。

6.2.5 管井結構

管井結構如下:上部為混凝土井管，下部6.00～7.50m采用同直徑的無砂混凝土作為過濾管（孔隙率≥0.15），底部為沉淀管，過濾管外包土工布或60目紗網，井管與孔壁之間環狀空隙填充級配良好、潔凈的中粗砂作為反濾料。

6.3 明排系統施工

6.3.1 臨時性排水施工

在開挖基坑面開挖縱橫向排水溝（間排距10m），形成網格狀。通過網格排水溝將地層中的水通過排水溝匯至布置的集水井后，將水抽排出基坑。當開挖面粘土巖脫水具有一定承載力后，采用機械進行開挖。

6.3.2 經常性排水施工

開挖至建基面后，在結構建筑物輪廓線外開挖形成封閉的排水系統，阻隔周邊建基面以下的滲水以保證建基面干地施工。

6.3.3 輕型井點施工

當開挖至建基面以上20～30cm時，采用輕型井點將地下水降至建基面以下，保持建基面相對干燥作業。根據施工工期需要及混凝土分塊情況，擬采用分段降水的方式布置輕型井點，分區段降排，降水完成一個區段澆筑一段的墊層混凝土，井點環形布置于每個區段四周，并超出設計結構線1m。

輕型井點系統由井點管、聯接管、總管和抽水設備所組成。在地面上鋪設集水總管，將各井點與總管用鋼管連接。地下水經井點管、聯接管和總管由抽水設備抽至周邊排水溝。井管間距初擬為1～2m，井點造孔深度為1～2m，根據現場實際降水情況適時調整參數。混凝土澆筑期間建基面外側設置有排水溝與集水井連通，排水溝深50cm，以保證混凝土施工期的排水。

7 效益分析

采用綜合措施進行基坑降排水施工，方法靈活，可根據現場實際施工情況進行有針對性的調整，在施工過程中針對現場遇到的不同情況進行及時調整，提高施工效率。相比同類施工工法，本工法施工投入較低，在滿足施工現場實際需要的同時大大節約了施工成本。