汾河灘地管道施工地下水降水方法

陳文會(huì)

（1、太原理工大學(xué) 山西太原 030024；2、山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 項(xiàng)目概述

該工程位于山西省太原市，供水水源為萬(wàn)家寨引黃水。引黃水經(jīng)由引黃聯(lián)接段工程、經(jīng)西干渠分水工程以及汾河一壩西干渠進(jìn)入晉陽(yáng)湖，再采用輸水管道至受水區(qū)，以解決太原市清徐縣、小店區(qū)和晉源區(qū)三縣區(qū)的工業(yè)和城鎮(zhèn)生活用水。輸水主管線全長(zhǎng)38.2km，采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP），供水能力12032萬(wàn)m3/a，其中小店5264萬(wàn)m3/a、晉源518萬(wàn)m3/a、清徐6250萬(wàn)m3/a；首部設(shè)進(jìn)水加壓泵站，尾部設(shè)事故調(diào)蓄池、池后設(shè)加壓泵站至終端用戶。

2 汾河灘地地質(zhì)情況

該供水工程部分輸水管線沿汾河右岸一級(jí)階地及河漫灘布置，距汾河西大堤10 m左右，地面高程為764.2～770.5m，沿線途經(jīng)武家寨、北莊頭、監(jiān)軍莊、野莊、南張至新莊，主要為耕地及林地。管線基礎(chǔ)埋深2.3～7.5m，管線基礎(chǔ)底高程為763.2～765.5m。勘察期間地下水位埋深0～6.5m，高程為765.6～767.7m。該段輸水管線地基為第四系全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal）低液限粉（黏）土、粉土質(zhì)砂，多處于飽和狀態(tài)，存在地震液化問(wèn)題，影響管基穩(wěn)定，液化土層深度15.0 m。

3 降水方法選擇

3.1 明排

根據(jù)合同談判備忘錄及施工組織設(shè)計(jì)，除跨汾河段外，其余管溝溝槽排水方式均為明渠大開(kāi)挖基坑排水法。開(kāi)工初期，施工方進(jìn)行了排水前的準(zhǔn)備工作。首先進(jìn)行溝槽土方開(kāi)挖，在開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)溝槽內(nèi)土壤地質(zhì)條件多為粉砂土或粉土質(zhì)砂，黏粒含量較低，且地下水水位較高，埋深約1.3～1.5m，滲水量較大。開(kāi)挖至地下水位線以下時(shí)，土料含水率處于飽和狀態(tài)，地下水滲出時(shí)形成淤泥，開(kāi)挖邊坡無(wú)法成型。合同文件中提出的明排方案難以實(shí)現(xiàn)。

3.2 輕型井點(diǎn)降水

由于地下水位較高，且地下多為粉砂土。根據(jù)實(shí)際情況分析后，決定采用輕型井點(diǎn)降水方法進(jìn)行排水。在樁號(hào)17＋500～17＋760段施工方雙側(cè)布置了六套井點(diǎn)排水設(shè)備，井點(diǎn)管為6m長(zhǎng)Φ20PU管，下側(cè)1m段梅花形打眼，末端塞木楔，外包兩層反濾紗布，主管為Φ50 PU管。每套排水設(shè)備包括25根井點(diǎn)管、24眼沙井，1根主管，1臺(tái)7.5kW真空降水泵及泵后排水管。井點(diǎn)管與沙井間隔布置，間距1m。在排水過(guò)程中，對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行了溝槽土方開(kāi)挖，雖然可以開(kāi)挖成形，但排水效果不好，邊坡仍有滲水、滲泥，邊坡不穩(wěn)定。不能滿足相對(duì)干燥、邊坡穩(wěn)定、安全施工面的要求。初步分析為開(kāi)挖范圍內(nèi)有隔水夾層（淤泥），導(dǎo)致滲水不暢。隨后在內(nèi)側(cè)又增加了兩排3m深井點(diǎn)管進(jìn)行排水，經(jīng)過(guò)幾天的排水后仍不能滿足開(kāi)挖要求。主要是開(kāi)挖后溝槽內(nèi)明水較多，邊坡塌方，溝槽施工存在較大安全隱患，不能滿足PCCP管道回填設(shè)計(jì)要求，且投資較大，周轉(zhuǎn)費(fèi)用較高。分析原因主要為粉砂土滲透系數(shù)小，滲水較慢；中間的隔水層不穩(wěn)定，且分層較多，高低起伏。要達(dá)到合同規(guī)定的排水要求，所需的降水時(shí)間較長(zhǎng)。故輕型井點(diǎn)降水方案不適用于河漫灘這種水文地質(zhì)情況。

3.3 管井降水

在以上兩種方案失敗的前提下，施工方采用管井降水方式進(jìn)行排水，試驗(yàn)段樁號(hào)18＋480～18＋640。經(jīng)過(guò)15d的排水，溝槽開(kāi)挖后基礎(chǔ)相對(duì)干燥，邊坡穩(wěn)定，排水效果明顯，為后續(xù)工序的施工提供了便利條件。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)比選，最終選用管井降水法進(jìn)行該工程的降排水施工。

4 管井降水法施工

根據(jù)對(duì)整個(gè)降水過(guò)程的記錄，施工方對(duì)管井降水試驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，具體如下：

管井降水試驗(yàn)流程：初步開(kāi)挖→井點(diǎn)布置→鉆井→排水→溝槽開(kāi)挖

4.1 初步開(kāi)挖

根據(jù)施工圖測(cè)量人員放出溝槽的開(kāi)口線，采用1.2m3液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)開(kāi)挖至地下水位線高程，測(cè)量地下水位埋深為1.3～1.5m。

4.2 井點(diǎn)布置

根據(jù)試驗(yàn)方案井點(diǎn)布置分為兩個(gè)區(qū)：第一區(qū)為單側(cè)布置，井點(diǎn)間距為10 m，井深12m；第二區(qū)為雙側(cè)梅花形布置，井點(diǎn)間距為15m，井深15m，兩側(cè)井位相互錯(cuò)開(kāi)詳見(jiàn)圖1。

圖1 井位布置圖

4.3 鉆井與成井

成井施工流程為：劃定井位→鉆機(jī)就位→成孔→下無(wú)砂管→回填豆石濾料→洗井→排水

井位布置完成，鉆機(jī)就位后，開(kāi)始鉆井。鉆井機(jī)為反循壞打井機(jī)，工作效率為10 m/h，鉆井完成后立即將無(wú)砂管逐節(jié)放入孔內(nèi)，最下面的無(wú)砂管用木盤進(jìn)行封堵，防止排水過(guò)程中泥沙從管底進(jìn)入造成井底淤塞。無(wú)砂管長(zhǎng)95cm，外徑37cm，內(nèi)徑33cm。無(wú)砂管外包雙層濾網(wǎng)，以防抽水過(guò)程中泥沙進(jìn)入井內(nèi)造成塌井或堵塞無(wú)砂管，濾網(wǎng)規(guī)格為200目/cm2。兩節(jié)無(wú)砂管對(duì)接后采用竹片對(duì)接口處進(jìn)行固定，防止接口錯(cuò)位。成井后井管高出地面不小于20 cm。

無(wú)砂管外側(cè)回填豆石反濾料，豆石濾料需潔凈無(wú)石粉雜土，粒徑為5mm。濾料回填至水位線以上距地面1m左右，每眼井回填濾料約3m3，濾料以上至原地面回填原土。

濾料回填完成后，應(yīng)及時(shí)洗井。根據(jù)成井的結(jié)構(gòu)，選擇洗井的水泵為1.2kW的污水泵。洗井時(shí)將水泵放至井底，打開(kāi)水泵抽出造孔時(shí)形成的污水，抽水過(guò)程中要不時(shí)活動(dòng)水泵，防止泥沙將水泵堵塞或淤埋，洗井至持續(xù)抽出清水即可。

4.4 排水

洗井完成后即可進(jìn)行排水，根據(jù)排水情況選用1.1kW的潛水泵，揚(yáng)程為22m。排水用電采用一臺(tái)150 kW柴油發(fā)電機(jī)供電。每眼井配備一套兩相液位自控器，目的是將井內(nèi)水位控制在8m以下，并防止因井內(nèi)缺水燒壞水泵，減少人工投入。每個(gè)井的排水管與主排水管道相接直接排入汾河。排水開(kāi)始后必須24h不間斷進(jìn)行，單排井排水周期15d左右，雙排井排水周期10 d。

4.5 溝槽開(kāi)挖

經(jīng)過(guò)半個(gè)月的排水后，挖機(jī)可直接開(kāi)挖溝槽至設(shè)計(jì)高程，開(kāi)挖出的基礎(chǔ)面無(wú)明水，邊坡相對(duì)穩(wěn)定。

5 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)得出如下結(jié)論：

單排（第一區(qū)）排水天數(shù)為15d，平均每天地下水位下降約為0.27m，基礎(chǔ)面無(wú)明水，但對(duì)面邊坡洇濕。雙排（第二區(qū)）排水天數(shù)為10 d，平均每天地下水位下降約為0.4m，基礎(chǔ)面無(wú)明水，邊坡干燥。綜合考慮后選擇雙排管井降水法進(jìn)行施工降水。

雙排管井降水法施工參數(shù)如下：

管井溝槽兩側(cè)梅花形布置，井點(diǎn)間距為15m，井深15m；內(nèi)置無(wú)砂管，無(wú)砂管長(zhǎng)95cm，外徑37cm，內(nèi)徑33cm。無(wú)砂管外包雙層濾網(wǎng)，濾網(wǎng)規(guī)格為200目/cm2。排水泵選用1.1kW潛水泵，150 kW柴油發(fā)電機(jī)供電。