南水北調(diào)穿漳工程基坑降排水

韓永席，張建強(qiáng)，陳 杰

（中國人民武裝警察部隊水電第一總隊第一支隊，河北 唐山 063004）

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模與布置

南水北調(diào)中線一期穿漳工程位于河南省安陽市施家河村東北、河北邯鄲市講武城以南，是南水北調(diào)向河北、北京輸水的控制性工程，本渠段設(shè)計流量為235 m3/s，加大后流量為265 m3/s。

工程建筑物包括南北兩岸渠道連接段和過河建筑物，總長1 081.81 m。主體工程為穿越漳河河底的管身段，管身段共37節(jié)，包括進(jìn)口斜管段6節(jié)、平管段25節(jié)、出口斜管段6節(jié)，其中平管段底部高程61.8 m，比漳河河道 （76 m）低14.2 m。管身段分兩期施工，本文就穿漳工程一期施工的降排水作一介紹。

一期工程主要施工倒虹吸進(jìn)口側(cè)的18節(jié)管身，圍堰包括第20節(jié)管身位置順河流向的縱向圍堰和向進(jìn)口側(cè)方向延伸的橫向圍堰，降水施工在圍堰上進(jìn)行。

1.2 地質(zhì)條件

工程區(qū)地下水類型為潛水。含水層主要為砂層、砂卵石層，總厚度70.0 m左右。各含水層透水性不均一，其中砂層具中等透水性；礫巖、砂卵石及卵石具強(qiáng)透水性，滲流系數(shù)為0.1～0.8 cm/s。各含水層之間水力聯(lián)系密切，水量豐富。地下水位埋深小，水位76.0 m左右，水位隨季節(jié)而變化，一般變幅1.0～2.0 m，主要受大氣降水及洪水期河水的補(bǔ)給，向下游排泄及補(bǔ)給下部含水層。地下水的流速為0.56 m/d，流向SE45°（與漳河主流向一致）。

2 方案選定

2.1 前期抽降水實(shí)驗(yàn)報告

穿漳工程前期進(jìn)行了抽排水實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報告顯示：

（1）推薦實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)涂層滲透系數(shù)為0.1～0.8 cm/s范圍。

（2）基坑降水時，偏保守考慮，卵石層滲透系數(shù)考慮為0.8 cm/s。

（3）群井降水將井布置在一級馬道對應(yīng)位置，井?dāng)?shù)需布置166個，能滿足施工要求；在開口線位置，需布置176口井，能滿足施工要求，但對電力保障要求極高，施工風(fēng)險大，且影響周圍環(huán)境。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，井點(diǎn)降水難以滿足降水要求。

2.2 方案的選定

投標(biāo)時采用高壓旋噴灌漿，灌漿深度為28 m。當(dāng)超過28 m時，防滲效果越來越差，全封閉施工最深深度為70 m，且必須采用液壓抓斗施工澆筑混凝土連續(xù)墻，才能達(dá)到防滲目的。此種方法施工成本約為14 000萬元，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過項(xiàng)目總價承包費(fèi)用，工期約為1年半，也不能滿足合同要求。

綜合考慮施工效果、成本、工期等方面因素，穿漳工程形成了帷幕灌漿結(jié)合井點(diǎn)降水、集水井明排的降排水方案。

3 帷幕灌漿施工

3.1 孔位布置

帷幕灌漿孔位按照3排孔布置，其中外排為深孔 （入粘土巖）、內(nèi)排為淺孔 （入礫巖）、中間排為檢查孔和補(bǔ)充灌漿孔，排距為2.0 m，每排孔按順序又分Ⅰ、Ⅱ序孔，孔距為3.0 m。

3.2 要求

（1）鉆孔深度。深孔必須鉆穿礫巖，入粘土巖0.5～1.0 m，淺孔鉆至礫巖，孔深控制在50.0 m左右。

（2）孔位布設(shè)必須正確。

（3）分Ⅰ、Ⅱ序孔進(jìn)行鉆灌施工。

（4）嚴(yán)格要求帷幕灌漿漿液配比及灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

（5）帷幕灌漿的效果達(dá)到防滲要求。

3.3 灌漿材料的選擇

（1）水泥。灌漿施工選用水泥強(qiáng)度等級為32.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，水泥細(xì)度要求通過80 μm方孔篩的篩余量不大于5%。

（2）水。直接用水泵抽取地下水。

（3）粘土。粘土的粘粒含量高一些好，粒徑小于0.005 mm的粘粒含量不宜低于25%，含砂量不宜大于5%。

（4）水泥粘土漿配比。灌漿選用的灌漿材料為水泥粘土漿，邊排孔采用水泥∶粘土=1∶2.5，中間排孔采用水泥∶粘土=1∶4， 水∶固 （水泥+粘土） 采用3∶1、 2∶1、 1∶1、 0.6∶1 等 4 個比級， 開灌比視地層情況而定，原則上由稀至濃，逐級変換，吸漿量特大地層灌注水泥砂漿。

（5）水泥漿配比。灌注純水泥漿的水灰比采用5∶1、 3∶1、 2∶1、 1∶1、 0.8∶1、 0.5∶1 等 6 個比級， 開灌水灰比采用5∶1。

3.4 施工方法步驟

（1）施工次序。施工次序遵照分排分序逐漸加密的原則進(jìn)行。為盡快在圍堰上形成一道封閉的、單排防滲灌漿帷幕，先對外排孔 （深孔）進(jìn)行施工，再對內(nèi)排孔 （淺孔）進(jìn)行施工，最后是中間排孔施工，中間排孔同時作為前兩排施工質(zhì)量檢查孔，檢查不合格繼續(xù)灌漿。同排內(nèi)各孔分兩個次序鉆灌，先鉆灌Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。

（2）鉆孔深度。外排孔 （深孔）必須鉆穿礫巖，深入粘土巖0.5～1.0 m，此排孔深約在60.0～72.0 m（為深孔），需先使用潛孔錘鉆至礫巖，然后換地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔至粘土巖成孔；內(nèi)排孔 （淺孔）需鉆至礫巖，孔深一般在50.0 m左右，此排孔使用潛孔錘直接成孔。

（3）灌漿順序。潛孔錘造孔至礫巖，首先對礫巖層進(jìn)行穩(wěn)孔灌漿 （礫巖層容易塌孔），之后再換地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔成孔，最后對整孔自下而上進(jìn)行灌漿。當(dāng)埋設(shè)的灌漿工作管底部為花管時 （花管長度一般為6.0 m），射漿管距離花管底0.5 m，可直接灌漿；當(dāng)埋設(shè)的灌漿工作管不是花管時，需提高灌漿工作管高度保證射漿管口比孔底高0.5 m；礫巖層以下（含礫巖層）一段次灌注，礫巖層以上分段進(jìn)行灌注。淺排孔鉆灌需待相鄰的深排各序孔灌漿結(jié)束7 d后進(jìn)行。

（4）灌漿壓力?？咨畲笥?0 m段的壓力：Ⅰ序孔為0.5 MPa，Ⅱ序孔為0.8 MPa?？咨顬?0.0～20.0 m段，當(dāng)該段尚未灌注0.6∶1漿液或僅灌注了0.6∶1漿液且孔段灌漿量不足3 000.0 L：Ⅰ序孔按0.5→0.8→1.0 MPa，Ⅱ序孔按0.8→1.2→1.5 MPa逐級升壓?？咨钚∮?0.0 m，當(dāng)該段尚未灌注0.6∶1漿液或僅灌注了0.6∶1漿液且灌漿量不足2 000.0 L，且注入率小于10 L/min時：Ⅰ序孔按 0.5→0.8→1.0 MPa，Ⅱ序孔按0.8→1.2→1.5 MPa逐級升壓。孔口段灌漿周圍冒漿時，應(yīng)降低壓力或暫停，及時進(jìn)行人工封堵，夯實(shí)處理，處理后再升壓灌注。若仍無效，應(yīng)結(jié)束該段灌漿，如實(shí)記錄壓力、注入率及冒漿情況。

（5）結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為注入率不大于5 L/min，持續(xù)15～30 min。當(dāng)孔深大于30.0 m段可灌性較差時，灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：逐級升高壓力，在一壓力下灌至速率小于10 L/min后再升壓，直至達(dá)到1.0 MPa（Ⅰ序孔）和1.5 MPa（Ⅱ序孔），且注入率小于3.0 L/min后結(jié)束。

（6）封孔。灌漿孔灌漿結(jié)束后可采用導(dǎo)管法向孔內(nèi)注入水泥砂漿，或采用全孔灌漿法進(jìn)行封孔。灌漿孔需保留時，孔口應(yīng)加塞保護(hù)。

4 井點(diǎn)降水與明排降水施工

帷幕灌漿結(jié)束后經(jīng)孔壓水實(shí)驗(yàn)得到基坑滲透系數(shù)為6×10-4cm/s。為保證管身段混凝土在干地狀態(tài)下施工，采取井點(diǎn)降水與集水井明排結(jié)合的方式降低基坑水位。

4.1 水量計算

基坑降水的涌水量與場地水文地質(zhì)條件、基坑的形狀大小及補(bǔ)給水邊界條件有關(guān)。本工程基坑長度與寬度之比較大，屬于窄長式基坑。根據(jù)工程水文地質(zhì)條件，本工程降水按無壓非完整井計算。群井出口流量為49 443 m3/d，單井理論出水強(qiáng)度為60.4 m3/h。井點(diǎn)降水見圖1。

圖1 井點(diǎn)降水示意

4.2 基坑明溝，集水井排水

基坑施工時，在基坑周邊設(shè)置漿砌石排水明溝，排水溝斷面尺寸為0.5 m×0.5 m，排水溝與集水井連通，直接將邊坡滲水、施工廢水、雨水排入集水井中。集水井布置在縱向圍堰一側(cè)，共2個，集水井尺寸為10 m×5 m×4 m；集水井四周采用鋼筋石籠襯砌。每個集水井邊布置3臺流量為480 m3/s、揚(yáng)程為40 m的大水泵，將水排出基坑。集水井布置見圖2。

圖2 降水井及集水井布置

4.3 基坑井點(diǎn)降水及布置

（1）降水井點(diǎn)數(shù)量及布置。由于基坑窄長，一期基坑周長都約為700 m，考慮到井點(diǎn)的降水效果，井點(diǎn)均勻布置于69 m高程馬道處，井口直徑0.6 cm，井點(diǎn)之間的間距為20 m，井點(diǎn)數(shù)n＝700/20＝35個。降水井及集水井布置見圖2。

（2）井水抽排。采用潛水泵抽排至基坑外部漿砌石截水溝中，再順截水溝排入河流，截水溝尺寸為 1.0 m×0.8 m。

（3）降水井成井后，如發(fā)現(xiàn)井點(diǎn)降水滿足不了要求，再在基坑底部坡腳線處相應(yīng)部位增設(shè)井點(diǎn)，井點(diǎn)采用潛孔鉆造孔，造孔直徑為150 mm，再配置相應(yīng)的潛水泵進(jìn)行抽排。

5 結(jié)語

穿漳工程砂卵石地基滲透系數(shù)大，降排水施工難度大，同時降排水工期緊，降水項(xiàng)目總價承包費(fèi)用低。為此，穿漳項(xiàng)目部首先進(jìn)行帷幕灌漿以降低滲透系數(shù)，減少外部向基坑滲水；然后使用井點(diǎn)降水結(jié)合集水井明排的方式，降低基坑水位，并將水位控制在建基面以下。一期工程的實(shí)踐證明這種方式十分成功，在合同工期與總價承包費(fèi)用范圍內(nèi)，有效地控制住了水位，保證了基坑混凝土干面施工。此方案比地下連續(xù)墻施工方案縮短工期約1年，節(jié)約資金約1億元。