輸水工程地下高水位降水措施分析

張鵬飛

（山西省漳河水利工程建設(shè)管理局，山西 長治 046000）

技術(shù)與應(yīng)用

輸水工程地下高水位降水措施分析

張鵬飛

（山西省漳河水利工程建設(shè)管理局，山西 長治 046000）

管線工程溝槽開挖、地基處理、管道安裝等工程出現(xiàn)地下高水位、穿河段、順河段等不良地質(zhì)條件或雨季施工。經(jīng)過分析、土樣監(jiān)測、降水方案比選，選擇合適的降水方式，計(jì)算排水量，最終選定降排水方案，保障高水位施工段的順利施工。

地下高水位；明溝降水法；井點(diǎn)降水；土樣監(jiān)測

管線工程溝槽開挖、地基處理、管道安裝等工序，都要求嚴(yán)格的施工條件。工程出現(xiàn)地下高水位、穿河段、順河段等不良地質(zhì)條件或雨季施工時(shí)，保證施工正常進(jìn)行的措施是降低水位。要分析現(xiàn)場水文地質(zhì)情況，選擇合適的降水方式，計(jì)算排水量，并最終選定降排水方案，保證水位至少低于工作面0.5 m。

1 土樣試驗(yàn)檢測

采集管線在不同地段的不良地質(zhì)土樣（取土深度為3～5 m），對所有樣點(diǎn)進(jìn)行篩選、剔除異常值后，統(tǒng)計(jì)和分析特性如下。

含水量大，天然孔隙比大。不良地質(zhì)段原狀土樣的含水量一般大于20%，統(tǒng)計(jì)的平均值為31%，有些區(qū)域的含水量可達(dá)50%?？紫侗纫话阍?.0～2.68，統(tǒng)計(jì)的平均值為1.6。說明該土體的抗剪強(qiáng)度小、壓縮性高[1]。

土體接近完全飽和。研究土樣的飽和度為80%～92%，統(tǒng)計(jì)均值為90%。

垂直滲透性低。土體的固結(jié)速度慢，水平滲透性比垂直滲透性高。

抗剪強(qiáng)度低。試驗(yàn)顯示軟土的快剪強(qiáng)度均值為8.35 kPa，其值隨著土層的深度而提高；內(nèi)摩擦角一般較小，也有達(dá)29°的。

壓縮性高。壓縮系數(shù)α1-2的統(tǒng)計(jì)均值為1.17 MPa-1，最大的達(dá)到3.3 MPa-1。

承載力低。該土體的地基承載力區(qū)間在20～130 kPa，平均值為98 kPa，不進(jìn)行地基加固，無法滿足施工標(biāo)準(zhǔn)。

2 降水方案的對比

根據(jù)地下水位、地下水量、土壤類別、管道埋設(shè)深度，管溝降水常采用的方式，有明溝降水法、輕型井點(diǎn)降水法、管井降水法和大井點(diǎn)降水法、沉井降水法。

明溝降水法，在溝槽兩側(cè)各挖出一條明溝，明溝溝底標(biāo)高低于溝槽溝底標(biāo)高，將地下水收集后排入集水井或集水坑，再通過水泵抽吸排出，保證了施工期所需的干燥面。明溝降水法最簡單、有效，適合于地下水位不高、水量不大、無流砂的管溝降水[2]。

輕型井點(diǎn)降水法，又稱小井點(diǎn)降水。沿管溝兩側(cè)鉆井至含水層或滯水層，然后將帶有濾水孔眼的小型井管置放到井內(nèi)，井管四周填充濾水材料，以降低水位。適合地下水位較高、水量較大、粉土、亞砂土、砂上土質(zhì)以及流砂的管溝降水[3]。

管井降水法，在溝槽外圍布置一定數(shù)量的井，周圍高于管井的地下水在重力作用下流入井中，用潛水泵將水抽出。理論上，適用于深度大于15 m，滲透系數(shù)取值范圍10～250 m/d的土層。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，只要保證成井質(zhì)量，在超出理論范圍，滲透系數(shù)小于10 m/d的土層中，井深為12 m的降水井群，也能取得理想的降水效果[4]。

大型井點(diǎn)降水法，在降水區(qū)內(nèi)鉆大型井孔，安裝濾管及深井水泵，將地下水抽吸排出。特點(diǎn)井管管徑大，降水覆蓋區(qū)域較大，多用于大型建筑物的地下降水，輸水工程的溝槽開挖降水很少采用[5]。

沉井降水法，在降水工作面上，預(yù)先制作鋼筋混凝土筒身，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，在井筒內(nèi)分層挖土、運(yùn)土，借沉井筒自重產(chǎn)生的壓力，使筒身下沉形成深基坑積水，多用于管線工程中頂管施工降水。

3 制定降水方案

3.1 選定降水方式

管道沿線地下水位較高，基底發(fā)生淤泥、流砂等特殊地質(zhì)狀況，與設(shè)計(jì)管道基礎(chǔ)的地質(zhì)勘察報(bào)告存在較大偏差。為保證管道的正常鋪設(shè)，滿足工程的進(jìn)度要求，對地下水位較高區(qū)域、沿河段和地勢較為低洼區(qū)等地下水位高、土層滲水量大、溝槽開挖較深的區(qū)域，加大降水措施。

綜合考慮工程進(jìn)度要求和實(shí)際地質(zhì)水文條件，依據(jù)土樣檢測結(jié)果，采取雙排輕型井點(diǎn)降水法和明溝集水坑排水法相結(jié)合的施工措施來降低地下水位，將水位控制在管道基礎(chǔ)底0.5 m以下，保證施工所需作業(yè)面的施工條件。

3.2 降水方案

施工區(qū)特點(diǎn)：土體含水層比較厚，含水量大，地下水位高；地下水補(bǔ)給豐富；土體不同深度包含有透水層、阻水層，相互交叉，會(huì)使部分水量難以排出，則溝槽開挖后邊坡可能有少量滯水難以排出，邊坡穩(wěn)定性降低。

制定降水方案時(shí)，溝槽兩岸頂面應(yīng)做緩坡，溝槽附近不得設(shè)置滲水井，防止雨雪等通過滲水井進(jìn)入溝槽，保持邊坡穩(wěn)定。

3.2.1 輕型井點(diǎn)降水

降水井施工流程：測量放線確定井位、鉆機(jī)準(zhǔn)備工作、鉆孔工序（鉆孔時(shí)土體自然造漿）、清孔工序（稀釋泥漿）、洗漿合格后下入井管、井管包網(wǎng)、井管四周下填濾料、洗井、排水至清、開始抽降。

井點(diǎn)降水材料：井點(diǎn)管直徑40～50 mm的鋼管，帶管箍，下端選取長為2 m的直徑為10 mm的濾管。連接管直徑為40～50 mm的塑料透明管、膠皮管，頂部安裝鑄鐵頭。集水總管直徑為75～100 mm的鋼管，鋼管上安裝接頭。濾料粒徑為0.5～3.0 cm石子。

機(jī)械設(shè)備：正循環(huán)鉆機(jī)2臺(tái)以上；W-1.0/7型空氣壓縮機(jī)（排氣量1.0 m3/min，排氣壓力0.7 MPa）1臺(tái)；內(nèi)徑300 mm水泥礫石濾水管；2～4 mm礫石濾料；降水量最大時(shí)可將用電容量提高至300 kW。

鉆孔前注意事項(xiàng)：確認(rèn)鉆孔位置下方無隱蔽建筑物或埋線等埋置物；提前挖好泥漿坑，避免泥漿到處溢流；現(xiàn)場電器設(shè)備，應(yīng)設(shè)置安全防漏電措施；配電箱應(yīng)置于砌臺(tái)之上，將電線架空或入地時(shí)應(yīng)固定好，防止施工人員觸電。

施工技術(shù)要求：鉆孔施工時(shí)，采用正循環(huán)鉆機(jī)，清水鉆進(jìn)，孔徑500 mm，一徑到底成孔；鉆孔結(jié)束后換漿，徹底清除孔底沉渣；檢查孔深合格后，下入水泥礫石濾水井管，內(nèi)徑300 mm，要保證井管連接正直、牢固。

濾料為粒徑1.2～1.7 mm的礫石，不能含其它雜質(zhì)；向井管四周填料時(shí)，應(yīng)人工緩慢從孔口周圍均勻下填，嚴(yán)禁一次大量倒入，保證井管正直、濾料密實(shí)；將濾料填至地面以下1.0 m后，用粘土封孔。

井管施工完工后須立即組織洗井，洗井時(shí)可采用空氣壓縮機(jī)及水泵聯(lián)合洗井，直道井水出水為清水且出水量正常。

降水井布置：平面布置。防止地下水向溝槽內(nèi)涌入，沿溝槽頂外平面1.0 m處布置降水井點(diǎn)，孔徑為500 mm，井內(nèi)均下入水泥礫石濾水管，內(nèi)徑為300 mm，在井管四周填入直徑2～4 mm的礫石濾料或3 mm的石屑，濾料粒徑視不同地質(zhì)條件確定。

管井結(jié)構(gòu)豎向布置。降水井點(diǎn)順管溝排列，井間距約為10～15 m，井深10～15 m。

殘留滯水的處理。溝槽坡腳挖設(shè)矩形溝坑，向里填充碎石等粗骨料將殘留滯水明排引入管井或集水井中排出。

地面防滲措施。沿溝槽5 m范圍內(nèi)禁止設(shè)置用水點(diǎn)；沿溝槽邊3 m范圍內(nèi)做好地表的排水工作，防止雨水、棄水滲入溝槽引起邊坡穩(wěn)定性降低，保持邊坡穩(wěn)定。

質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，孔深允許偏差±10 cm，孔徑允許偏差±2 cm，垂直度許偏差1%，洗井水的含砂率小于5%可停止洗井。

3.2.2 溝槽明溝排水

工程所涉及的河道平緩，上游圍堰截流后基本可以自留流出，基坑基本無余水，經(jīng)常性排水采用明排結(jié)合井點(diǎn)降水的方案進(jìn)行控制。

排水溝設(shè)置要保證地下水正常排出，也要保證有足夠的施工面。排水溝設(shè)在距溝槽底角處0.35 m處，管溝長50 m，兩端開挖集水井抽排水，集水井容量以需排水量為準(zhǔn)；泄水渠設(shè)置在地面平行于管井軸線外1.0 m，明溝尺寸0.4 m×0.4 m（寬×深），內(nèi)置土工布。

根據(jù)施工區(qū)域含水量高低情況，縮擴(kuò)集水井距離。排水泵應(yīng)保證現(xiàn)場24 h工作，設(shè)專人觀測檢查。

施工現(xiàn)場地面有水的區(qū)域，開挖速度應(yīng)放慢，開挖30 m后停止開挖，觀察排水溝的情況。觀察管溝兩邊的土質(zhì)情況，如發(fā)現(xiàn)管溝兩邊的土體有下滑或坍塌的跡象，應(yīng)及時(shí)解決。

降排水工作準(zhǔn)備好以后，先試排水，全程要檢查所有的降水設(shè)備、排水管路、電器安裝設(shè)備（閘箱、開關(guān)、線路）等，待整體合格后，才能開始連續(xù)降水。正常排水期間，要定期觀測水位、流量的變化。溝槽開挖等各工序施工時(shí)注意保護(hù)周圍的降水井。

3.2.3 降水方案實(shí)施過程的監(jiān)測、維護(hù)、完善

降水監(jiān)測：利用降水井進(jìn)行地下水位觀測，每隔4 h觀測一次，直至水位達(dá)到施工要求為止；對觀測記錄及時(shí)進(jìn)行整理，繪關(guān)系曲線，分析水位下降的趨勢，預(yù)測地下水位下降到設(shè)計(jì)深度的時(shí)間并合理調(diào)整抽水井?dāng)?shù)；在整個(gè)降水期間，對水文地質(zhì)條件差的地段增加降水井。

降水系統(tǒng)的維護(hù)：維持井點(diǎn)完好，定期檢查、維修抽水設(shè)備，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，確保施工正常進(jìn)行；當(dāng)溝槽回填或者附屬建筑物基本完成時(shí)，降水工序可以結(jié)束，將全部降水井回填恢復(fù)；降排水期間，禁止向井內(nèi)投放雜物，以免影響降排水質(zhì)量。施工中無法避免落入雜物的井，應(yīng)將井口綁扎封閉；已落入雜物的井，檢查降水情況，嚴(yán)重受影響的再次洗井。

降水方案的完善：對特高水位的施工區(qū)域，須進(jìn)行抽排水。根據(jù)情況設(shè)置抽水泵，抽排至滲水影響半徑范圍以外區(qū)域，不能影響施工道路，不能破壞臨近耕地、附屬建筑物。增設(shè)抽水泵后進(jìn)行試排水，試排期間全面檢查降水設(shè)施，包括設(shè)備、井點(diǎn)管線路、電器設(shè)備（閘箱、開關(guān)、線路）的安裝等是否安全、合格，發(fā)現(xiàn)不妥立即處理，全部合格才可進(jìn)行連續(xù)降水。降排水期間定期觀察水位的下降情況、流量的變化。降水后地下水位至少保持在溝槽基底0.5 m以下，降排水才算有效。

3.2.4 質(zhì)量安全保證措施

質(zhì)量保證措施。

對成孔孔徑和成孔深度進(jìn)行測量驗(yàn)收。依據(jù)施工現(xiàn)場設(shè)置井點(diǎn)位置、土體物理性指標(biāo)、地下水位，嚴(yán)格執(zhí)行每孔的填砂量，控制打孔埋管施工工序，填砂數(shù)量和厚度符合設(shè)計(jì)。井孔坍塌，將井管拔除后重新進(jìn)行沖孔。

插入井管時(shí)有地下水從井管內(nèi)冒出，則確定孔底填砂質(zhì)量良好、井管濾頭插入泥土中、濾網(wǎng)透水性良好。否則此井質(zhì)量不合格，需拔除井管重新打孔和下管。降排水系統(tǒng)運(yùn)行一定時(shí)間后，水變清則井管的質(zhì)量合格。反之，排水始終混濁甚至排不出水，需拔除井管重新打孔、下井。

安全保證措施。

操作沖孔機(jī)具時(shí)須安置平穩(wěn)，防止機(jī)具突然傾倒或沖孔管下落，損傷使用人員或機(jī)械設(shè)備；鉆孔完成且未下井時(shí)，必須用蓋板封嚴(yán)，保證人員和設(shè)備的安全；經(jīng)常檢查設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，防止設(shè)備突然停止運(yùn)行，影響降水效果，延誤工期。

4 結(jié)語

結(jié)合現(xiàn)場土體特性，選擇降水方法；計(jì)算降水量、設(shè)置集水坑集水量、單井涌水量、井間距及井點(diǎn)總量，驗(yàn)證降水井的平面布置的合理性，保證了施工需求的干燥面，保證了溝槽開挖、基地墊層、管道安裝、覆土回填等工序的順利實(shí)施。

［1］張博.大口徑PCCP管穿越河流施工技術(shù)探討［J］.科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2015（13）:49-51.

［2］張輝，陳占柱，蘇陽旭等.大型PCCP管道靜水壓力試驗(yàn)技術(shù)［J］.河南水利與南水北調(diào)，2012（22）:56-58.

［3］尹書輝.軟土地基中PCCP管施工過程與工作性狀的非線性數(shù)值模擬［D］.天津：天津大學(xué)，2010：29-30.

［4］李紅，潘星，朱宇.PCCP管道的水壓試驗(yàn)技術(shù)分析［J］.科技信息，2010（19）:441-442+556.

［5］鄭謙文，劉立富.淺談輕型井點(diǎn)降水的施工和管理［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2011，44（增刊 1）:299-303.

TU46

C

1004-7042（2017）09-0030-03

張鵬飛（1991-），男，2013年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利水電工程專業(yè)，助理工程師。

2017-07-13；

2017-08-17