臨河水電站廠房深基坑管井降水施工技術研究

□（中國水利水電第十一工程局有限公司）

臨河水電站廠房深基坑管井降水施工技術研究

□李 恒（中國水利水電第十一工程局有限公司）

安哥拉瓊貝達拉水電站廠房基坑深且靠近河道，在項目實施中，作者從特定的地質條件分析了地下水的特點，通過試驗和計算，就此制定出深基坑的管井降水方案,對管井降水技術的施工工藝和實施效果進行詳述,解決了基坑降水和邊坡穩(wěn)定的難題，有力的保障了開挖工作的按期完成，對以后同類工程中該技術的應用有一定的借鑒意義。

基坑；開挖；深基坑；管井

1 工程概況

1.1 概述

安哥拉瓊貝達拉水電站廠房場地位于河流瀑布斷崖下游300 m的左岸階地。廠房基坑開挖最深達15 m，基坑離河道較近，最近不足8 m，三面環(huán)水河水位較高，上游河水位比廠房基底高14 m，后邊坡高達36 m，且基礎巖性為微膠結砂巖，巖石遇水后強度顯著變弱，極易產(chǎn)生滑坡體。在廠房后邊坡開始時已經(jīng)出現(xiàn)滲透水。基坑降水施工的成功，關系著保證廠房施工的關鍵。只有保證基坑和后邊坡的穩(wěn)定并把水位降到開挖面以下，才能保證廠房主體施工順利進行。

1.2 工程地質條件

根據(jù)野外勘探、室內土工試驗成果，場地地層主要為新生界第三系砂巖，層厚為2.40～6.80 m，層頂高程441.09～439.40 m。第四系松散堆積層（以沖洪積、殘坡積、人工堆積為主）。揭露層厚為0.40～2.30 m，平均厚度為1.30 m，西北厚東南薄，層底高程440.40～441 m。

1.3 地下水及滲透水情況

瓊貝達拉水電站發(fā)電廠房場地內水文地質條件較為復雜，在勘察深度內已見有地下水，含水層可分為三種類型第四系松散堆積層孔隙水、基巖裂隙水和承壓水。

對電站廠房區(qū)分布的主要地層微膠結至半膠結泥質砂巖，通過兩組鉆孔涌水試驗、一組試坑單環(huán)滲水試驗和三組帶觀測孔的抽水試驗，對廠房基坑的滲透水流量和水位進行觀測、計算及評估。

多次不同水文地質試驗成果計算成果表明，廠房區(qū)中、下部承壓含水層的平均滲透系數(shù)差異較小。依據(jù)ZK14、ZK15多孔抽水試驗成果及ZK02涌水試驗成果，廠房區(qū)中、下部承壓含水層的平均滲透系數(shù)為0.74～1.38 m/d，其影響半徑為6.10～12.10 m，大降深時的單井出水量為5.64～7.14 m3/h，對應的降深為12.43～15.41 m。

根據(jù)單環(huán)注水試驗及ZK14抽水孔上部潛水水位恢復試驗成果，上部微膠結砂巖的滲透系數(shù)為0.50～1.23 m/d。

2 深基坑降水、防滲總體思路和實施階段

降水防滲主要按以下三個階段實施：第一個階段∶基坑開挖時段的降排水。EL435.75高程（臺階）以上，堵截、疏導相結合方式；EL435.75高程（臺階）以下，疏導、堵截與深井降水相結合方式。第二個階段∶土建施工時段防水。疏導、堵截與深井降水相結合方式。第三個階段：廠房四周墻施工至EL443時，回填四周砂礫料，逐步停止降水井抽水，先廠房上游，后下游；先小流量、后大流量。

防水方案采取“疏導、堵截和深井降水”相結合的方式，確保整個廠房EL443以下施工期間在干地作業(yè)?！笆鑼А钡闹攸c是河道疏浚、邊坡雨水外排；“堵截”的重點是通過上游混凝土防洪墻、下游尾水渠圍堰、垂直鋪膜防滲體、擋水墻來堵截外來水；“深井降水”的重點是抽排承壓水與大的裂隙水，達到降低地下水位目的。

3 深井降水

在目前深基坑降水施工中，管井井點及輕型井點應用比較廣泛，而且有比較成熟的施工經(jīng)驗。由于基坑比較深，利用輕型井點至少采用三級輕型井點才能達到降水效果，工程造價要比管井成倍增加，且不利于機械化施工；從施工角度分析，輕型井點需逐級安插，導致工期延長，變相增加工程費用，從有利于安全、經(jīng)濟、施工角度綜合考慮，采用管井降水方案。

3.1 管井計算

潛水含水層基本參數(shù)：潛水含水層滲透系數(shù)K1：潛水含水層主要為第三系半膠結-微膠結砂層，其平均滲透系數(shù)取3 m/d（考慮局部砂礫石含水層的影響）；潛水含水層厚度H1：按潛水從441 m降至承壓含水層頂部434 m高程計算，H1=7 m；潛水水位降深S1：按潛水從441 m降至承壓含水層頂部435 m計算，降深S1=6 m；承壓含水層基本參數(shù)：承壓含水層滲透系數(shù)K2：根據(jù)涌水試驗，承壓含水層滲透系數(shù)K=0.91 m/d；承壓含水層初始水頭H2：承壓含水層厚度不詳，其底部近似按井底考慮，承壓含水層厚度M約為14 m，初始水頭H2約為23 m，降水后水頭h約為9 m。

承壓水位降深S2：按承壓水頭從443 m降至基坑底部（最低430 m）1 m以下，降深S2=14 m；

基坑距離河邊距離b：取平均距離約20 m；

基坑等效半徑：基坑形狀不規(guī)則，總面積約2 522 m2。

井深L由下式計算確定：

式中：Hw1－基坑深度，取13 m；Hw2－降水水位距離基坑底部的距離，取0.50 m；Hw3=ir0=0.20×18=3.60 m；Hw4－降水期間水位變幅，取0.50 m；Hw5－降水井過濾器工作長度，取2 m；Hw6－沉淀管長度，取2 m；

經(jīng)計算，井深L=21.60 m，取L=22 m。

潛水含水層涌水量Q2估算：

在臨河側修建防洪墻后，基坑主要水量來自承壓水層。承壓含水層涌水量Q2，根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》JGJ120-2012，基坑總涌水量近似采用均質含水層臨河承壓－潛水完整井的涌水量計算：

式中：Q2－承壓含水層涌水量（m3/d）；K2－承壓含水層滲透系數(shù)（m/d）；M－承壓含水層厚度（m）；H2－承壓含水層初始水頭（m）；h－承壓含水層降水后水頭h（m）；b－基坑距離河邊距離（m）。按上述承壓含水層參數(shù)取值，經(jīng)計算Q2=3 043.30 m3/d。

潛水含水層涌水量Q1估算：

潛水含水層涌水量，根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》JGJ120-2012，基坑總涌水量近似采用均質含水層臨河潛水完整井的涌水量計算公式

式中：Q1－潛水含水層涌水量（m3/d）；K1－滲透系數(shù)（m/d）；H1－潛水含水層厚度（m）；S1－潛水水位降深（m）；b－基坑距離河邊距離（m）。

按上述潛水含水層參數(shù)取值，經(jīng)計算Q1=273.40 m3/d。

基坑總涌水量Q估算：

經(jīng)計算基坑總涌水量Q=Q1+Q2=3 316.70 m3/d。

式中：K－承壓含水層滲透系數(shù)，取0.91 m/d；rs－管井過濾器半徑，按一般管井取0.20 m；l－管井過濾器進水長度，取2 m。

經(jīng)計算單井出水量q=146.10 m3/d。

管井數(shù)量n估算：

式中：n－管井數(shù)量；Q－基坑總涌水量（m3/d）；q－單井出水量（m3/d）；

經(jīng)計算，管井數(shù)量n=20個。

管井間距a：

式中：P－基坑周長，取175 m；n－管井數(shù)量；a－管井間距（m）。

經(jīng)計算，管井平均間距為7 m，建議根據(jù)基坑開挖形狀按5～8 m間距布置管井。

管井結構：建議井深22 m，孔徑250 mm，過濾管直徑180～200 mm，上部過濾管長度20 m，底部沉淀管長度2 m。

3.2 深井降水布置

為了達到很好的降水效果，決定在靠近瓊貝河的三面加密，間距調整為9 m，其它部位間距為10 m，共布井23口，大于計算的20口井，最終形成一個封閉的圓形井群?；咏邓黄矫娌贾靡妶D1。

圖1 基坑降水井群平面布置圖

在地下水位下降至開挖高程以下后，根據(jù)排水量關閉部分水泵，將停止抽排水的管井其中2眼井作為觀測井使用，監(jiān)測排水期間地下水位情況。

3.3 深井降水施工程序

3.3.1 施工準備

場地整平：對施工位置整平、夯實，同時合理布置施工機械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場地的“三通一平”。井位放樣：施工前用全站儀測定降水井施工的控制點，埋石標記，經(jīng)過復測驗線合格后，井位測放誤差＜10 cm。在降水井軸線拐彎處應設固定樁，同時在施工軸線上設固定樁。修建排污系統(tǒng)：降水井施工過程中將會產(chǎn)生廢漿，將廢液引入沉淀池中，沉淀后的清水排至下游河道中。

3.3.2 埋設護孔管

護孔管應插入原狀土層中，管外應用粘性土封堵，防止管外返漿，造成孔口坍塌，護孔管應高出地面10～30 cm。

3.3.3 安裝鉆機

GDF-200型鉆機底座應安裝平穩(wěn)，大鉤對準中心，大鉤、轉盤、與孔中心應成三點一線。

3.3.4 鉆進成孔

降水管井開終孔孔徑為?700 mm。鉆孔底部比管井的設計底標高深0.50 m以上。開孔時應輕壓慢轉，以保證開孔的垂直度。鉆進時一般采用自然造漿鉆進，遇砂層較厚時，應人工制備泥漿護壁，泥漿密度控制在1.10～1.15。當提升鉆具和臨時鉆停時，孔內應壓滿泥漿，防止孔壁坍塌。鉆進時按指定鉆孔、指定深度內采取巖樣，核對含水層深度、范圍及顆粒組成。

3.3.5 清孔換漿

鉆至設計標高后，將鉆具提升至距孔底20～30 cm處，開動泥漿泵清孔，以清除孔內沉渣，孔內沉淤應＜20 cm，同時調整泥漿密度至1.10左右。

3.3.6 吊放井管

采用無砂混凝土管，在第一節(jié)預制混凝土井管下部堵Ф700混凝土板，再用一層100目鋼絲網(wǎng)包裹，緩緩下放，當管口與井口相差200 mm時，接上節(jié)井管，接頭處用100目鋼絲網(wǎng)裹嚴，以免擠入泥砂淤塞井管，豎向用四條30 mm寬、長2～3 m竹條固定井管。為防止上下錯位，在下管前將井管依井方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，為防止雨水、泥砂或異物流入井中，井管要高出地面≥200 mm，并加蓋臨時保護。

3.3.7 填濾料

井管下入后立即填入濾料。濾料沿井孔四周均勻填入，保持連續(xù)，將泥漿擠出井孔。填濾料時，隨時隨測濾料填入高度，當填入量與理論計算量不一致時，及時查找原因。不得用裝載機直接填料，用鐵鍬下料，以防不均勻或沖擊井壁。洗井后，如濾料下沉量過大，進行填補。濾料為2～7mm干凈豆石，雜質含量≤3%。

3.3.8 回填

應在投礫工作完成后，在地表以下回填粘性土。

3.3.9 洗井

采用下泵試抽洗井，用潛污泵反復進行抽洗，直至水清砂凈。洗井在成井8 h內進行，以免時間過長，護壁泥皮逐漸老化，難以破壞，影響滲水效果。洗井過程中注意觀測水位及出水量變化情況。

3.3.10 安泵試抽

成井施工結束后，水泵設置在距離井底1 m處，管井運行前，進行測試抽水，檢查出水是否正常，有無於塞等現(xiàn)象。

3.3.11 排水總管

在基坑一周布置一根內徑Ф250排水鋼管，排水管向水流方向的傾斜以1‰為宜，所有降水井出水管并入Ф250排水鋼管，每根管安裝一個止回閥和手動閘閥，防止水倒流。

4 結語

管井布置完成并運行后，通過2個檢測井觀測，廠房基坑地下水位維持在429.50 m高程，防滲降水在廠房基坑降水中實際應用的效果較好，基坑的水位完全滿足廠房的施工要求，實施的結果基本符合預想效果。邊坡和基坑明排措施有利。廠房基坑開挖結束，即進入當?shù)赜昙?，廠房在雨季進行主體的施工?？拷鼜S房邊坡最大位移15 mm，在合理范圍內。管井降水期，嚴格遵循降水運行管理與技術措施，安排值班，做好抽水及監(jiān)測記錄。對設備故障和局部滲水可能出現(xiàn)的隱患等采取相應的應急措施，保證了降水措施的順利實施。

（編輯：劉長垠 韋詩佳）

TU463

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1673-8853（2017）01-0061-03

2016-12-13