沙特近海典型沙漠地質(zhì)條件下的深基坑降水方法

劉存利

（中國交通建設(shè)股份有限公司總承包經(jīng)營分公司，北京 100088）

0 引言

沙特近海沙漠地質(zhì)上層為松散沙，底部為隔水硬質(zhì)土層，這種情況采用常規(guī)輕型井點(diǎn)降水工藝即可，但是這兩層中間存在部分結(jié)塊、成片的硬質(zhì)沙層，使輕型井點(diǎn)降水的井點(diǎn)管不能一次打設(shè)到位，此外成片硬質(zhì)沙層對潛水的隔斷很大程度上影響了真空降水效果，這成為了降水施工的難點(diǎn)，如果對硬質(zhì)沙層下半部分使用直接明排的辦法，會造成流沙、管涌而影響邊坡穩(wěn)定。針對這種情況，創(chuàng)新采取了輕型井點(diǎn)降水（0.5級降水）和“透水沙袋護(hù)腳+基底明排”相結(jié)合的方法。

1 工程概況

1.1 工程概述

沙特朱拜勒海水冷卻工程是石油煉化工廠的重要配套工程，其海水泵房（鋼筋混凝土構(gòu)筑物）是其中最重要、最大的分項(xiàng)工程，長寬高為58.1 m×29.6 m×22 m（地下 11 m，地上 11 m），其基坑開挖長×寬×高尺寸為112 m×87 m×11 m。泵房結(jié)構(gòu)及內(nèi)部系統(tǒng)復(fù)雜，施工時間長，對基坑的穩(wěn)定性、降水有效性提出了嚴(yán)格要求[1]。

1.2 工程地質(zhì)及水位

原地面至以下9 m為松散的沉積沙；原地面約9 m以下為密實(shí)度大、部分結(jié)塊的沉積硬沙層；原地面約10 m以下為堅(jiān)硬土層。泵房的基底標(biāo)高在原地面以下11 m。

工程位于近海的沙漠地帶，潛水位在原地面以下約4.8 m。原地面10 m以下為堅(jiān)硬隔水土層。

2 基坑降水總體工藝

基坑降水總體工藝為：輕型井點(diǎn)1級降水→輕型井點(diǎn)0.5級降水→沙袋護(hù)腳→明排降水，降水?dāng)嗝嫒鐖D1，施工現(xiàn)場如圖2。

圖1 1.5級輕型井點(diǎn)+護(hù)腳明排降水?dāng)嗝鎴DFig.1 Cross-section of 1.5 light well point+banket and blind drainage

圖2 降水現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.2 Sitephoto of thedrainage

3 工藝實(shí)施

3.1 輕型井點(diǎn)1級降水

輕型井點(diǎn)1級降水工藝為：開挖至降水施工平臺→布設(shè)輕型井點(diǎn)1級降水系統(tǒng)→計(jì)算水泵需求數(shù)量→調(diào)整水泵投入數(shù)量。

1）開挖至降水施工平臺

開挖至原地面以下4.3 m（潛水位以上0.5 m，保證機(jī)械作業(yè)安全），普通沙袋護(hù)腳，兼作輕型井點(diǎn)降水施工平臺。

2）布設(shè)輕型井點(diǎn)1級降水系統(tǒng)

打設(shè)井點(diǎn)管，布設(shè)集水總管，用連接管將井點(diǎn)管和真空水泵連接到集水總管，完成整個環(huán)形輕型井點(diǎn)1級降水系統(tǒng)。井點(diǎn)管長度6 m，由于結(jié)塊硬沙層的存在，平均打設(shè)長度僅約4.7 m，其余含水層須進(jìn)行再次降水。

3）計(jì)算水泵需求數(shù)量

根據(jù)井點(diǎn)管的實(shí)際打設(shè)長度，結(jié)合現(xiàn)場參數(shù)，計(jì)算降水泵的需求數(shù)量。

已知輕型井點(diǎn)1級降水長度×寬度為98.0 m×60.0 m，水位為原地面以下4.8 m，隔水層（堅(jiān)硬土層頂標(biāo)高）為原地面以下11.0 m。

計(jì)算環(huán)形井點(diǎn)（無壓完整井群井點(diǎn)）涌水量[2－4]，計(jì)算公式：

通過公式算出Q=395.2 m3/d=16.5 m3/h，即每小時滲水量16.5 m3，當(dāng)?shù)卣婵毡迷诖朔N地質(zhì)條件下降水效率約為6 m3/h，計(jì)劃安排6臺降水作業(yè)，其中2臺備用，4臺泵抽水效率可滿足計(jì)算需要。

4）調(diào)整水泵投入數(shù)量

將降水半徑影響范圍內(nèi)的存水抽完，根據(jù)來水情況調(diào)整真空水泵功率，記錄、計(jì)算實(shí)際出水量，調(diào)整實(shí)際投入水泵數(shù)量。根據(jù)實(shí)際記錄，3 d后真空抽水泵出水量明顯減少，4 d后處于穩(wěn)定狀態(tài)，總出水量約為17 m3/h，3臺泵即可滿足降水要求，因此從之前的4臺泵停掉1臺留作備用。

3.2 輕型井點(diǎn)0.5級降水（硬沙層輕型井點(diǎn)降水方法）

因?yàn)榇蛟O(shè)深度大以及結(jié)塊硬沙層的存在，輕型井點(diǎn)1級降水的井點(diǎn)管打設(shè)深度僅為4.7 m（原地面以下約4.3～9 m），距離硬土層（原地面以下約10 m）仍有1 m左右硬質(zhì)沙層，這1 m沙層仍含大量潛水；而硬質(zhì)沙層成片的特性導(dǎo)致隔水，使二次輕型井點(diǎn)降水不可能將潛水抽干，最終必須設(shè)法在基底明排；但若不再次降低水位，則明排水量太大，會導(dǎo)致流沙和管涌，最終影響邊坡穩(wěn)定。

因此必須再次采用輕型井點(diǎn)降水：繼續(xù)開挖→打設(shè)井點(diǎn)管并運(yùn)行降水。

1） 繼續(xù)開挖

輕型井點(diǎn)1級降水實(shí)施一段時間后，潛水位不再下降并處于穩(wěn)定狀態(tài)時，繼續(xù)向下開挖，至現(xiàn)有潛水面以上0.5 m（保證開挖設(shè)備安全施工），此時基本已經(jīng)到達(dá)硬沙層頂面以上約1 m。由于井點(diǎn)管打設(shè)深度僅為2 m左右，則實(shí)施打設(shè)已經(jīng)可行。

2）打設(shè)井點(diǎn)管并運(yùn)行降水

打設(shè)井點(diǎn)管，打設(shè)2 m后可到達(dá)硬土層，但要將井點(diǎn)管濾管部分縮短至0.5 m，以達(dá)到最佳降水效果，并連接至輕型井點(diǎn)1級降水的集水總管，運(yùn)行降水。

將下一級井點(diǎn)管直接連接至上一級集水總管上實(shí)施降水，在此稱之為“0.5級降水”。采取這種創(chuàng)新主要考慮硬沙層地質(zhì)條件必將導(dǎo)致輕型井點(diǎn)降水的不徹底，單獨(dú)布設(shè)第二套降水系統(tǒng)不僅增加物料等各項(xiàng)成本，而且不可能達(dá)到將余水全部排出的效果，“0.5級降水”降水的做法不僅節(jié)約了成本，而且達(dá)到了再次降低了潛水位的目的，再次開挖后，結(jié)合下一步明排降水可以將剩余地下水全部排出。

3.3 沙層護(hù)腳+基底明排

在實(shí)施了“1.5級”輕型井點(diǎn)降水后，來水雖已大部分被抽走，但坡腳仍有少量潛水流出，若直接明排，則隨時間推移，仍有發(fā)生流沙和管涌的可能。為此采取了“沙層透水沙袋護(hù)腳+基底硬土層集水明排”的方法。透水沙袋有透水不透沙的特點(diǎn)，可有效防止流沙和管涌的發(fā)生。對于流出的明水，在硬土層四周挖設(shè)集水溝，采用普通水泵排出基坑以外。

4 結(jié)語

“1.5級輕型井點(diǎn)+透水沙袋護(hù)腳明排”對沙特近海沙漠地質(zhì)條件下深基坑降水方法可行、有效，尤其是輕型井點(diǎn)1級降水之后所創(chuàng)新使用的輕型井點(diǎn)“0.5級降水”和“透水沙層護(hù)腳+基底明排”相結(jié)合的方法，對處于松散沙層和底部堅(jiān)硬土層之間的硬質(zhì)、成片沙層的降水行之有效，其中“0.5級降水”將其井點(diǎn)管連接至輕型井點(diǎn)1級降水系統(tǒng)的做法大大節(jié)約了成本和工期，而且達(dá)到了再次降水的目的，使最終的“護(hù)腳+明排”降水成為可能。“沙層護(hù)腳+基底明排”降水方法杜絕了流沙、管涌的發(fā)生，并完成最后來水的明排。這一整套施工工藝，成功完成了這種特殊地質(zhì)條件下的降水，保證了邊坡的長期穩(wěn)定，為后續(xù)施工奠定了基礎(chǔ)。