水利工程中河道軟基超大深基坑降水質量控制技術*

李 瑩，劉淑敏，唐棋濱，巴達榮貴

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

近年來，隨著我國水利工程建設不斷快速發展，深大基坑工程越來越多[1-3]。在進行基坑開挖時，若地下水位較高，則極易發生由滲流引起的工程事故[4]。對于此類工程問題，可由基坑降水解決[5]。基坑降水一方面可使施工在干燥的環境中進行，另一方面有利于維持基坑穩定性。然而，基坑降水會導致基坑周圍的滲流變得復雜，對周圍構筑物產生一定影響[6-7]。因此，為了保證基坑施工順利快速完成，必須根據工程具體情況、工程地質及水文條件選擇合適的基坑降水方法。

基坑降水目前主要采用以下方法[1]：明溝排水法、井點降水法、截水與堵水等，其中，最常用的方法為井點降水法。

1 工程概況

1.1 水閘、船閘工程概況

北支江上游水閘、船閘工程項目主要包括新建上游水閘和上游船閘等。水閘由上游鋼筋混凝土鋪蓋、閘室、下游鋼筋混凝土護坦組成，左岸與護坡親水平臺相接，右岸與船閘上閘首相鄰。閘室為平底開敞式結構，由閘底板、閘墩、工作閘門等組成。水閘共3孔，每孔凈寬60.0m，閘底板順水流方向長30.0m，閘室總寬225m(不含船閘)，閘墩寬7.5m，閘墩頂高程為6.700m。采用驅動式翻板閘門，尺寸為60.0m×4.5m(寬×高)，采用液壓啟閉機操作。

根據選定閘址的樞紐總體布置，通航建筑物為一線單級船閘，布置在樞紐右岸，左鄰泄洪建筑物，右毗岸邊側與親水平臺相接。船閘主要建筑物包括上閘首、下閘首、閘室、上游引航道和下游引航道5部分，根據船閘規模、等級和過閘方式等要求，船閘主體建筑物及上、下游引航道總長346.0m。本基坑設計使用年限2.0年，基坑安全等級一級，安全重要性系數取1.1。

1.2 工程地質

上游水閘位于北支江上游，距離現狀上堵壩約50m。場區北側為在施泵站，南側現狀為農田，地面高程為5.630～9.090m，場區水面寬約300m。場地地貌屬富春江沖海積平原與山體交接部位，地勢較開闊。

根據勘探揭露的地層情況，上游閘線基巖為燕山期入侵的花崗閃長巖，埋深30～50m，左岸埋深淺、右岸深。按地質時代、成因類型及工程特性，自上而下劃分為7個大層，細分為17個亞層和1個夾層。土層性狀如表1所示。

表1 各土層物理力學指標

2 基坑排水

2.1 初期排水

按圍堰基坑圍護面積計算，基坑積水約17.5萬m3，考慮基坑滲水及降雨因素，總排水量取1.5倍基坑積水量，則初期排水量約為26.3萬m3。初期排水強度按912m3/h考慮，基坑初期積水約12d可抽干，平均水位下降速度約0.25m/d。

圍堰在堰體施工閉合后根據基坑規模，在下游圍堰南側布置1座泵房，共布置5臺250WL 400-13-22離心泵作為主要排水設備。

2.2 經常性排水

經常性排水主要是匯集于基坑的降雨與基礎滲漏水、施工過程中的廢水等，基礎開挖時基坑內設置斷面為0.5m×0.5m的排水邊溝，同時每20m設置一集水坑，集中抽排基坑內雨水及地下水到圍堰外。經常性排水強度按400m3/h考慮，抽水泵房設100WL80-13-5.5水泵5臺。

2.3 抽水設備配置

由于經常性排水量較初期小，故設備按初期排水強度配置，如表2所示。

表2 抽水設備配置

3 降水井排水

3.1 降水井設計

1)降水井布置

基坑布置疏干井(管井)，水閘段分別在閘上0+007.00、閘下0+037.00設置2排降水井，船閘閘左(右)0+003.00豎向設置1排降水井，降水井間距一般為10m，根據開挖降水前情況，可適當調節管井數量及平面位置，降水井直徑800mm，深15m，插入標高-11.000m或進入⑤1淤泥質粉質黏土1.0m，共布置控制性降水井91口。

2)井管構造

井點系統由潛水泵和管井組成，管井構造如圖1所示。井孔直徑800mm，井管采用φ300mm PVC管，PVC管上打φ14@50孔，呈梅花形布置，外包70目鋼絲網和塑料絲網3層，用6目鉛絲網綁扎。

圖1 管井結構

3.2 管井降水施工

3.2.1施工準備

1)進行現場臨時設施及臨時用水、用電的搭設和布置工作。

2)根據設計和施工進度要求配置機械設備。

3.2.2工藝流程

管井降水工藝流程如圖2所示。

圖2 管井降水工藝流程

3.2.3工藝要點

1)成孔 考慮到本工程地質細砂中含帶圓礫，故采用沖擊鉆機成孔，其孔徑應≥800mm，深度大于設計深度，并確保鉆孔圓正垂直；鉆孔時收集土樣，確認含水層的位置和土的顆粒組成。

2)清孔 在井管未下井時應首先進行清孔操作，一般使用清水置換，再通過砂石泵排除沉渣，同時測出孔的深度。

3)下井管 按設計構造要求下入井管。

4)填濾料 待井管下至設計深度后，稀釋井內泥漿至合適比例，之后馬上在井管周圍灌填級配碎石，并用黃泥封孔。回填砂濾料過程中，要沿井點管周圍均勻填充，使濾層厚度相同，填砂濾料用量須符合規范要求；井點下沉結束后，要立即檢驗井點的滲水能力；在砂濾料從井點管四周灌進井孔的過程中有泥漿沿井點管內流出，或清水注入井點管內迅速滲透下去，即可認定井管質量良好。若水無法向下滲透，應立即妥善處理。

5)洗井 完成上一步驟后，必須按要求洗井，利用污泥泵對井底不斷抽洗以確保滲水效果。

6)抽水試驗 作最大降深抽水，用穩定流原理計算出水量，測出靜止水位和降深。

7)安裝水泵和控制電路 安裝前檢查電機和泵體，水泵功率P=7.5kW，揚程H=50m，流量Q=50m3/h，設備檢查無損后安裝。

8)試抽 對井管進行單井試抽，若有異常情況發生，需再次洗井并重新做抽水試驗。

3.3 降水井施工質量控制要求

1)根據相關規范和設計圖紙施工，鉆機安裝應調整水平，且鉆孔應垂直，確保井管可成功下入預設深度。

2)在下井管過程中不可轉動或上下移動，避免濾網損壞、泥砂涌入其中。

3)井管外填濾料為級配礫石加中粗砂，要勻速下放，充填密實。

4)下放水泵時一般用鋼絲繩或鐵絲捆扎牢固，水管口要扎緊扎牢，水泵安裝后井口宜設置蓋板，避免異物掉入井中。

5)降水前，應仔細核查水管、水泵和電纜等，一旦發現問題應盡早解決。在更換新水泵前一般要先對濾井進行沖洗，清除沉渣。

施工質量檢驗主要執行JGJ 111—2016《建筑與市政工程地下水控制技術規范》，如表3所示。

表3 管井施工質量驗收標準

3.4 降水控制措施

在進行基坑開挖時，坑內降水井中的水位應在基坑底面標高1.000m以下。降水方向與基坑開挖方向相同。

在每段基坑開挖前7d，開始對該段基坑進行降水，采用階梯流量法降水，保證水位在每層開挖面下1m；降水施工過程中，做好各降水井的水位觀察工作，水位降至設計高程后，暫停抽水，待井內水位上升后再開泵抽水，基坑降水時間從基坑第1層開挖到閘底板結構封閉結束，運行時間較長。在降水過程中，應注意降水管路及設備保護，保證基坑降水正常運行。

1)在降水過程中，做好各觀測孔的水位測定，一旦發現觀測孔內水位下降值超出設計值，要調整降水速度，必要時停止抽水。

2)在降水過程中，做好基坑附近建筑物、圍堰監測工作。發現建筑物和圍堰沉降值或傾斜值等監測數據超出設計和規范要求時，對監測數據進行分析，調整降水速度，必要時停止抽水，采取回灌措施或注漿補償措施，保證建筑物和圍堰安全。

3)在降水過程中，加強降水施工的運行記錄。記錄降水井出水量Q、水位降深值S。降水運行記錄每天提交。

4)基坑降水應與基坑開挖工作互相配合，根據開挖順序、開挖進度等情況及時調整降水速度和降水井的運行數量；反之，分析降水運行數據指導開挖施工。在基坑開挖過程中，濾水井管隨基坑開挖破除，破除后在井管周圍及時用黏性土封閉，確保深井泵發揮正常功能，保證降水效果。

3.5 降水井封堵

覆土完成后封閉基坑內井點管，對井管進行封堵，采用C20混凝土回填封堵。

3.6 降水井管理

基坑降水、排水工程從基坑開挖到主體結構混凝土施工結束，運行時間較長。為保證基坑降水正常，應做好基坑排水、降水的日常管理工作，具體內容如下。

1)定期巡查降排水系統的運行狀態，及時發現并解決故障隱患。

2)抽水儀器要定期維護，降水時不能任意停抽。

3)留意井口，避免雜物落入井中，定期檢查排水管、溝，冬季降水應做好防凍工作。

4)更換水泵時，測出井深，判斷水泵安裝的合適深度。

5)及時記錄降水井的水位變化，若水位升高至接近基坑底部，需通過洗井方式讓水位恢復。

6)安排專職巡視人員隨時測量降水井內水位，并根據水位情況隨抽隨停，保證水位在基坑底部1m。

4 結語

依托北支江上游水閘、船閘工程，介紹水利工程河道軟基超大深基坑降水質量控制措施。該工程地質條件復雜，河道下覆軟基，基坑較深，施工難度較大，采取井點降水法進行基坑降水。從降水井設計、管井降水施工、降水井施工質量控制要求、降水控制措施及降水井封堵與管理等角度進行梳理，形成一套成熟全面的適用于水利工程領域的河道軟基超大深基坑降水方案。該基坑降水方案在北支江上游水閘、船閘工程中應用效果良好，該基坑降水方法對類似水利工程建設有一定參考價值。