沙地輕型井點(diǎn)降水試驗(yàn)段施工方案及總結(jié)

葉國強(qiáng)

（福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州362000）

1 選取試驗(yàn)段

選取的試驗(yàn)段為主線K0+000～K0+800段，地下水主要分布有第四系孔隙潛水為主，受大氣降水補(bǔ)給，水位埋深0.40 m～3.10 m，水位標(biāo)高1140.51 m～1219.30 m。不良地質(zhì)與特殊巖土，地表主要出露地層為〈1-1-1〉細(xì)砂（Q4eol）和〈1-1-2〉細(xì)砂（Q4eol），承載力為80 kPa～90 kPa，厚度約2.00 m～4.00 m。

本試驗(yàn)段管道位置原地面為1220.40 m～1224.96 m，平均標(biāo)高為1222.68 m，槽底標(biāo)高為1218.09 m～1218.79 m，平均標(biāo)高為1218.44 m，平均開挖深度4.24 m，經(jīng)實(shí)地探測平均地下水位1219.74 m，平均降水深度1.30+1.00=2.30 m。管道基礎(chǔ)完全處于〈1-1-1〉細(xì)砂（Q4eol）和〈1-1-2〉細(xì)砂（Q4eol）中，存在發(fā)生管涌的可能性。

2 降水程序、方法和內(nèi)容

2.1 整體施工順序

實(shí)地開挖探測（確定是否降水）→定位放線→確定井位→射水成孔→安裝井管→下濾料→安裝主管→開始降水→管道安裝完畢后停止降水。

2.2 降水方案實(shí)施

根據(jù)實(shí)地現(xiàn)場每隔200 m進(jìn)行實(shí)地開挖測量，測量出實(shí)際水位及需要的降水深度，如果實(shí)際水位底于設(shè)計(jì)管底標(biāo)高可不進(jìn)行降水。試驗(yàn)段現(xiàn)場進(jìn)行探測共五個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的水位都高于基底標(biāo)高，整段需要進(jìn)行降水。水位相對(duì)比較平均，需要進(jìn)行降水2.30 m。

依據(jù)地質(zhì)報(bào)告及現(xiàn)場勘測結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)段計(jì)劃采用輕型井點(diǎn)降水方法。

受真空泵吸力的限制，采用輕型井點(diǎn)降水其水位降低在4.00 m～5.00 m。為保證降水達(dá)到設(shè)計(jì)高程要求，對(duì)高于降水高度的采用明挖降低地面高程，根據(jù)測量數(shù)據(jù)，本試驗(yàn)段將布設(shè)井點(diǎn)管位置于原地面下挖1.00 m～2.00 m處。在下挖過程中不宜開挖過深，過深會(huì)導(dǎo)致施工工作面無法開展不利施工、在不知水位情況開挖過深至水位線，會(huì)導(dǎo)致邊坡不穩(wěn)定安全系數(shù)降低，容易出現(xiàn)安全事故。

本試驗(yàn)段（K0+00～K0+800）經(jīng)原地面測量平均開挖深度4.24 m，經(jīng)實(shí)地探測平均地下水埋深2.94 m，平均降水深度1.30+1.00=2.30 m。管道基礎(chǔ)完全處于〈1-1-1〉細(xì)砂（Q4eol）和〈1-1-2〉細(xì)砂（Q4eol）中，存在發(fā)生管涌的可能性，滲透系數(shù)取值在8.00 m/d～12.00 m/d范圍。

2.2.1 真空井點(diǎn)結(jié)構(gòu)布置

（1）機(jī)具設(shè)備

機(jī)具設(shè)備系統(tǒng)由井點(diǎn)管、管下端有濾管、連接管、集水總管、抽水設(shè)備等組成。井點(diǎn)管，采用直徑40 mmPVC塑料柔性管做為井點(diǎn)管，長度8.00 m（包含下端1.50 m濾管）。在管壁上鉆打梅花狀滲水孔，孔徑12.00 mm，孔隙率控制在15.00%～18.00%；管壁外設(shè)兩層濾網(wǎng)，濾網(wǎng)采用30～80目的尼龍網(wǎng)。井點(diǎn)管上端直接引至集水總管，長度根據(jù)距抽水設(shè)備確定。集水總管，集水總管用直徑110 mm的鋼管分并設(shè)連接井點(diǎn)管接口，每臺(tái)抬水泵設(shè)一總管，總管連接16個(gè)井點(diǎn)管。抽水機(jī)共設(shè)8臺(tái)，其中一臺(tái)為17.60 kW用于射水成孔，7臺(tái)16.20 kW用于排水。每臺(tái)獨(dú)立進(jìn)行抽水。

（2）井點(diǎn)布置

降水實(shí)施中為保證不影響基坑開挖、管道安裝、閥門安裝等作業(yè)，考慮水位降低后基坑上口寬度可控制在6.00 m以內(nèi)，我們采用單排（單側(cè)）井點(diǎn)，布置在地下水上游一側(cè)。井點(diǎn)間距為1.50 m（詳見如下計(jì)算），單排井點(diǎn)布置圖見圖1。本次試驗(yàn)段按平均數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。

降水井計(jì)算：溝槽長度暫按20.00 m計(jì)算，降水井采用機(jī)井成孔。取單個(gè)井段作為計(jì)算單位，井段按長20.00 m，寬6.00 m，打井眼直徑為300.00 mm，內(nèi)裝40.00 mm直徑的塑料，單井深度：7.00 m。

土層滲透系數(shù)：K＝10 m/d（取中間值）

水位降深：S=2.30 m

基坑面積：A＝20×6=120 m2

基坑等效半徑：r0=η（L+B）/4=1.06（20+6）/4=6.89 m

基坑涌水量計(jì)算：

單口管井極限出水能力：

設(shè)計(jì)降水井?dāng)?shù)：1.10×Q÷q＝1.10×448.83÷40.47=12.20≈13口

考慮部份有中砂層滲透系數(shù)較大等因素，井口數(shù)量取14口。

井間距為20/（14-1）=1.53 m，故取1.50 m。

圖1 單排井點(diǎn)布置圖

2.3 降水井施工

成孔：井點(diǎn)管的埋設(shè)可用射水法、鉆孔法和沖孔法成孔，根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》本工程的基本土層在①層細(xì)砂和②層中砂層段；根據(jù)工程施工線路較長等特點(diǎn)；同時(shí)參照當(dāng)?shù)氐慕邓煽坠に嚪椒ê徒?jīng)驗(yàn)；我們采用射水法進(jìn)行成孔。在成孔時(shí)孔壁循環(huán)水加入粘土進(jìn)行護(hù)壁，井孔直徑110.00 mm，孔度標(biāo)高底于濾管底標(biāo)高0.50 m～1.00 m。采用中粗砂做為濾料回填井管與孔壁間隙并在距地面1m處用粘土封孔，中粗砂濾料回填數(shù)量應(yīng)大于計(jì)算數(shù)量的85%。

下管：成孔后泥漿清孔檢驗(yàn)合格后，迅速進(jìn)行井點(diǎn)管的埋設(shè)，井點(diǎn)管為內(nèi)徑40.00 mm的塑料管，濾管長度為1.50 m水管，出地面管直接接至排水總管，長度根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)留。

填濾料：井管安裝固定后，及時(shí)填濾料，濾料采用現(xiàn)場已有的中砂，填料時(shí)由孔口直接填入，填料均勻連續(xù)，并隨時(shí)測量填料深度，濾料填后及時(shí)封孔。

降水：進(jìn)行降水工作，即開起抽水設(shè)備，抽水設(shè)備應(yīng)有備用，發(fā)現(xiàn)設(shè)備損壞及時(shí)維修更換，確保正常降水。配有相應(yīng)功率的發(fā)電機(jī)組［1］。

降水主要設(shè)備選用：①水泵：水泵選用砂泵；生產(chǎn)率220 m3/h，揚(yáng)程22 m，抽吸真空高度7.00 m，吸口直徑50 mm，電動(dòng)機(jī)功率5.50 kW，轉(zhuǎn)速1450 r/min，共8臺(tái)；②柴油發(fā)電機(jī)：17.60 kW共1臺(tái)，16.20 kW共7臺(tái)；挖掘機(jī)：220（斗容積1 m3）1臺(tái)；裝載機(jī)：龍工50共1臺(tái)。

3 井點(diǎn)排水方案實(shí)施

現(xiàn)場依據(jù)溝槽開挖進(jìn)度每400 m間距選擇一低洼處進(jìn)行排放并遠(yuǎn)離溝槽250.00 m，排水工序主要有水泵總管接出排水軟管→排水溝槽→排水場地。

排水軟管：為保證排水水泵的移動(dòng)及地形影響，水泵排水時(shí)用軟管連接水泵總管送出40m后連接排水溝槽。

排水溝槽：排水溝槽從排水始點(diǎn)至排水終點(diǎn)距離250.00 m，排水溝槽為滿足4臺(tái)水泵同時(shí)排水的水量要求，本排水溝槽設(shè)計(jì)底寬50 cm，高50 cm，放坡按1∶1，溝槽表面用塑料模布鋪設(shè)防止?jié)B水，溝槽沿抽水水流方向有0.30%的坡度［2］。

排水場地：為避免水淹沒村民農(nóng)田、村民民房、地面上建（構(gòu)）筑物和道路，排放處設(shè)在相對(duì)低洼處，排水場周邊用土進(jìn)行圍擋，圍擋底寬2.00 m，頂寬1.00 m，高1.00 m。排水處為保證排水量能低于滲透量保證排水的集中滲透，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況大概每400m段設(shè)一排水處，每處排水面積841.60 m2，現(xiàn)場取1.50 hm2。排水處面積計(jì)算：

式中：VP為設(shè)計(jì)滲透量=（33690÷2）=16845 m3；K為滲透系數(shù)=10 m/d=0.41 m/s；J為水力坡降，取0.80；A為有效滲透面積。

由上式可知：A=VP/（KJA）

經(jīng)計(jì)算A=841.60 m2。

根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》和試驗(yàn)段實(shí)際管線周邊進(jìn)行勘察，因本工程的地形、地貌特征主要有固定沙丘、半固定沙丘、流動(dòng)沙丘，為保證排水溝的流水坡度，必需對(duì)沙丘進(jìn)行開挖清理，在排水溝沿線進(jìn)行大致的整平后再進(jìn)行排水溝開挖。另外因排水溝及臨時(shí)排水場地涉及當(dāng)?shù)卮迕竦耐恋貑栴}，在實(shí)施中為保證試驗(yàn)段順利進(jìn)行，跟當(dāng)?shù)卮迕穹e極溝通后，對(duì)排水涉及到的土地進(jìn)行臨時(shí)征用［3］。

根據(jù)方案進(jìn)行排水所產(chǎn)生的工程量數(shù)據(jù)如下（試驗(yàn)段共設(shè)兩處排水場地，每400m一個(gè)）：

排水溝槽土方開挖：（0.50+1.50）÷2×0.50×250×2=250 m3；排水溝槽土方回填：（0.50+1.50）÷2×0.50×250×2=250 m3；排水場地臨時(shí)征：1.50×2=3 hm2；塑料膜布鋪設(shè)：（0.50＋0.71×2＋0.20×2）×250=580 m2。

4 明水排水方案

由于地勢相對(duì)低平，便于降水匯集，且排泄條件差。根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)地勘察，本標(biāo)段有碟形洼地2處。

本標(biāo)段碟形洼地位置處于主線K0+100和K0+1300兩處，兩處的位置比較接近并有小徑溝接連，水系相通并有外部支流地表水補(bǔ)充。經(jīng)實(shí)地測量洼地地表水面積為1052.00 m2和955.00 m2，平均水深為1.20 m。

為保證地下水降水要求必需先排除地表水，根據(jù)地下水計(jì)算出的影響半徑（45.38 m）及本地表水與管線中心位置，本段的洼地地表水的排水范圍要全部排除。排水步驟如下：①用粘性土截流外部支流地表水的補(bǔ)充，粘生土在回填第一層時(shí)用機(jī)械盡可能把粘性土擠壓到原砂性土以下以保證補(bǔ)充水量盡可能的被隔斷，回真粘性土高于地表水30.00 cm［4］。②用粘性土把兩處洼地地表水隔斷，做法同上。③用5.50 kW離心泵進(jìn)行排水，水排放至降水方案預(yù)先施工好的排水溝然后排至排水場地。④地表水排放完后進(jìn)行地表清理并進(jìn)行地下水降排實(shí)施。洼地地表水排水工程量：

粘性土回填（包括材料費(fèi)）：（3+1）÷2×1.50×22×3=198.00 m3

5.5 kW離心泵臺(tái)班：（1052+955）×1.20÷60÷8=5.02=6臺(tái)班

地表清理：1052+955=2007.00 m2

5 效果評(píng)價(jià)

5.1 降水效果

試驗(yàn)段（K0+00～K0+800）從3月14日開始施工至4月10日完成，排水井點(diǎn)從3月14日至3月21日基本完成，井間距1.50 m，降水從3月22日至4月10日完成并已進(jìn)行管道安裝及土方回填工作。經(jīng)試驗(yàn)后證實(shí)本次井點(diǎn)采用射水法成孔速度較快、成孔質(zhì)量高，符合本工程特點(diǎn)；經(jīng)降水試驗(yàn)證實(shí)我們選定的降水方案能滿足施工要求、降水水位都控制在基坑底以下1.20 m范圍、降水時(shí)間周期較短、效果比較理想，降水成本較底。

降水統(tǒng)計(jì)如下（井點(diǎn)全部完成，降水完成200 m）：井點(diǎn)數(shù)量484井，降水量33690.00 m3，降水深度2.30 m。

降水?dāng)?shù)據(jù)分析：本方案按20 m長進(jìn)行基坑涌水量計(jì)算與實(shí)際管道施工完成所發(fā)生的降水量，兩者進(jìn)行對(duì)比：Q實(shí)=37530 m3÷10（從3月22日至3月31日降水天數(shù)）÷（200（完成管道）÷20（試驗(yàn)計(jì)算段））=336.90 m3≤Q計(jì)算=448.83 m3，所以本降水方案可行。

5.2 排水效果

經(jīng)試驗(yàn)段排水后，排水效果滿足方案進(jìn)度要求。受地形、地貌和當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響排水只能設(shè)置排水溝槽和排水場地。每400 m段設(shè)置一個(gè)排水場地，在施工時(shí)基本保持在四個(gè)總管同時(shí)排水，進(jìn)度循環(huán)進(jìn)行，所以排水溝槽及排水坑斷面尺寸滿足排水要求。

根據(jù)主管線及支線現(xiàn)場實(shí)地勘察，地形、地貌及地下水位情況，進(jìn)行降、排水的實(shí)際情況與試驗(yàn)段基本一致，所以降、排水方案可按試驗(yàn)段方法實(shí)施［5］。

6 結(jié)語

根據(jù)試驗(yàn)段的井點(diǎn)降排水效果看，在沙地高水位地下施工中，通過將剛性井點(diǎn)管改成柔性井點(diǎn)管不僅移動(dòng)方便、重量輕、成孔率高、邊坡開挖安全穩(wěn)定且工程成本并未有明顯的增加。可在工程后期全面推行本施工方案。