淮北地區地層特性及施工降水成井關鍵技術探究

韓士如

（安徽省宿州市埇橋區水利局 宿州 234000）

淮北平原屬于黃泛區，地基上部以砂壤土、輕粉質壤土、粉細砂及軟粘土最為常見。砂性土的廣泛存在讓降排水成為水利工程施工最為關鍵的環節，降水井的應用最為普遍。但由于對地層認識不足，打井施工眾多因素考慮不周全，造成降水失敗而導致基坑突涌事故或者基坑進水無法施工，造成重大安全事故和嚴重的經濟損失。本文針對本區域地層特點，結合筆者多年從事水利工程施工和監理工作的經驗，分析深井降水施工過程中常見的的問題和成井關鍵要素。

1 地層巖性

淮北平原是受黃河長期侵淮奪淮的影響，經歷次泛濫沉積作用而成。屬華北地層區兩淮分區淮北地層小區，第四系全新統上段沖積地層分市廣泛，下部為上更新統（Q3），多有細砂、壤土與粉土互層，具泛濫相沉積的特點，組成河流二級階地，為典型的沖積地層。上部為全新統（Q4），主要為壤土、砂壤土、粉細砂等，局部有淤泥質土，具二元結構，為典型的近代沖積地層。

除北部、東北部有零殘丘與低山分布外，地勢總體較為平坦，由西北向東南微微傾斜，與河流的分布和流向基本一致。

2 地下水特性

區內地下水主要劃分為第四系孔隙潛水和孔隙承壓水。孔隙潛水主要分布于淺部砂壤土、粉細砂或輕粉質壤土層中，為區內主要含水層，分布范圍較廣，其富水程度受土性變化而有所區別，主要受大氣降水和地表水補給，潛水與地表水有著廣泛的水力聯系。地下水位隨季節變化，雨季水位較高，旱季埋藏較深，并和地面高低有關。

孔隙承壓水主要賦存于粘性土隔水層以下的砂壤土、粉、細砂層中，承壓水頭隨季節變化明顯，淮河及各支流為區內最低排泄基準面。枯水期間地下水向各河流水系排泄。汛期各河流地表水補給地下水。深砂層與粘性土互層時，地下水具一定的承壓特性。

鑒于本區域地層成因的特殊性，以致地層變化較大，砂壤土、粉細砂或輕粉質壤土及粘性土互層非常普遍，且界限不分明，土的性質差異大，地下水非常復雜。

3 基坑降水的重要性

水工建筑物的基礎及地基處理多低于地下水位，施工期間經常受到圍堰及基礎周邊滲水、基坑范圍內的降雨、地下水甚至汛期洪水的影響。良好的施工降排水，有利于保護地基不受破壞。為了創造旱地施工條件，基坑降、排水成為水利工程施工中的最重要環節。

淮北地區砂性土地基廣泛存在，部分地層可能存在承壓水頭。粉細砂地層中細顆粒易被水流帶走，產生渾水現象，長久下去土層會被掏空，危及地基的安全，工程存在巨大的安全風險。特別是粉細砂地基的特殊性，在承壓水頭的作用下，極易引起砂層液化，出現基坑失穩等現象，產生可怕的后果，可能造成重大損失。沿淮工程施工過程中，基坑曾出現3 次透水事故，工期延后兩年多，付出慘痛的代價。為此，基坑降排水是及其重要的，參建各方均應高度重視。

隨著科學技術的發展，先進設備和新材料得到廣泛運用，打井隊伍也逐步呈現區域性和專業化，成井技術得到有力保障。

4 施工降水方式

水利工程施工降排水的方式很多，應根據工程的布局、地層、水文、地下水及基坑等情況綜合確定。對于基坑不大、工期較短等工程及地下水不太豐富的工程，可采用輕型井點降水和明溝排水。對于基坑較大、砂層遍布且埋藏較深或地下水有承壓特性，一般采用（圍堰）基坑截滲圍封，基坑內采用深井降水，或采取與其它方式相結合的降水方式。地下水具有承壓特性時，應保證其上部隔水層的抗浮安全。

深井分為降水井和減壓井，減壓井在施工期間或運行期間減小基底滲透壓力的作用，也可以永寧結合。由于臨時井使用時間短可采用鋼管或波紋管，永久（檢修）井在內砂層采用無砂混凝土管，在粘性土層采用普通混凝土管。

降水井一般布置于建筑物基礎的周邊，以不影響基礎施工為原則；減壓井一般布置于建筑物基底揚壓力較大、可能影響其安全的部位，主要在泵站的前池和節制閘的消力池內，可與臨時井間隔布置。

5 成井關鍵技術

降水井成井的關鍵是要安全出水、出清水，注重的是出水質量。

降水井在砂性土層應采用無砂混凝土管，周圍包裹濾網，填反濾料；在粘性土層采用普通混凝土管，周邊填粘土球分層回填并搗實。施工時應嚴格按照地層下管。

施工細節決定成井的成敗，其中濾管的包裹和接頭處理最為關鍵，濾管周圍濾網絲布包裹及接頭處不得出現出現漏點。

通常情況，濾管外要包裹濾網絲布60～100 目兩層，并有效搭接，采用鉛絲纏繞固定，粉砂地層取大值，一般砂層取小值，內大外小，也可加層，應形成良好的反濾包裹。混凝土管接頭縫隙處采用瀝青麻絲密封，周圍綁軋8 片以上塑料片或棒后外裹兩層濾布，以防止接頭錯位而出現漏點。

粉細砂層濾管外部濾料宜采用中粗砂，粉粒含量大時應取偏中砂，所以濾料均需要清洗，其含泥量不得大于3%。濾布不宜太密，濾料顆粒不能太細，否則井出水量太小，井的數量要大大增加，不經濟。重要工程降排水井應先進行抽水試驗，確定深井排水有關參數。

井底部應設置鋼筋混凝土卡口式基座，以提高安裝精度，確保井體豎直。

6 施工過程控制

6.1 鉆機就位、調整

鉆機就位時需調整鉆機的平整度和鉆塔的垂直度，對位后用機臺木墊實，以保證鉆機安放平穩。鉆機對位偏差應小于20mm，鉆孔垂直度偏差不應大于1%。

6.2 鉆孔

在鉆孔過程中，采用清水水壓平衡法進行沖擊鉆進成孔。作為臨時井若鉆進過程中通過易塌孔的流砂層或泥漿漏失嚴重的地層時，可采用少投粘土增大孔內泥漿濃度，防止塌孔。減壓井（檢修）應采用清水固壁，可在孔口設置2m 高的鋼套筒，隨時向筒內注清水，以維持筒內水位，防止塌孔。

當遇有隔水粘土層時，為了防止沖擊成孔時在孔壁形成泥皮，影響水井出水量，在成孔后要進行二次擴孔，擴孔直徑比設計直徑大50～100mm。

6.3 換漿

鉆孔至設計深度以下0.5m 左右，將鉆具提出孔外，然后用清水繼續正循環操作替換泥漿，直到泥漿粘度小于20 秒為止，泥漿置換時送水管要下入距離孔底0.5m 左右，以保證將濃泥漿返出孔內，確保洗井質量和降水井的出水量。

6.4 下管

下管前應檢查濾管是否已按設計要求包纏濾布；接口處縫隙是否采用瀝青麻絲密封。下管時應在管內設置扶正器，確保井管居中，整個井體豎直。

6.5 填濾料

填料必須采用動水填礫法從井四周均勻緩慢填入，避免造成孔內架橋現象，洗井后若發現濾料下沉應及時補充濾料，填料高度必須嚴格按設計要求執行。

6.6 洗井

采用壓風機洗井，初期不能強力洗井，應逐漸加強，若井內沉沒比不夠時應注入清水。必須洗到水清砂凈為止。洗井應在濾料填好后8h 內進行，一氣呵成，以免時間過長，井壁泥皮逐漸固化，難以破壞，影響滲水效果

7 運行管理

降水排水過程中應保證持續供電，派專人值守，觀測井中地下水位變化，實時監測含砂量，并作好詳細記錄，出現異常應立即上報。如出水含沙量大于1/10000，應立即停止抽水，采取有效措施進行處理■