考慮滲透破壞的復(fù)雜地質(zhì)條件下渠道降排水施工優(yōu)化

蘆琴

摘 要：降排水是基坑開挖施工過程中的核心工作。文章以南水北調(diào)某渠道工程基礎(chǔ)渠系坑道開挖為參考，對(duì)其在施工過程中遇到的高地下水位的情況進(jìn)行施工方案的優(yōu)選過程進(jìn)行介紹，以便對(duì)類似工程提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：降排水；渠道；方案優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TV551 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0072-02

引言

自在英國倫敦伯明翰某鐵路隧道施工中首次采用豎井法抽取基坑中的滲流水的方法至今，時(shí)光荏苒，科學(xué)技術(shù)日新月異，時(shí)至今日，在全球范圍內(nèi)，降排水工程已歷經(jīng)百年的錘煉，在土木工程設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中都誕生了各式各樣，效果明顯的降排水方法，為世界土木工程的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。

南水北調(diào)中線干線工程多以明渠工程為主，就目前而言，施工方法多采用明挖的方式進(jìn)行，即采用自上而下，分層開挖等；正鏟和反鏟單獨(dú)使用或搭配使用等的方式進(jìn)行基坑的開挖施工作業(yè)。在基坑開挖施工過程中，隨著開挖深度的不斷增加，伴隨著施工地點(diǎn)地下水豐富，地下水位高的特點(diǎn)，開挖斷面的土體很有可能在地下水的滲流作用下產(chǎn)生管涌、流土、接觸沖刷等形式的破壞，從而造成塌方或是其他險(xiǎn)情，導(dǎo)致影響施工安全[1-2]。目前常用的降排水方法[3-4]有：真空（輕型）井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井、輻射井（水平井點(diǎn)）及引滲井、大口井等。各種方法在實(shí)際施工過程中選擇的參考依據(jù)有土類性質(zhì)、滲透系數(shù)、降水深度和工程所在地的水文地質(zhì)特征。

由于降排水的效果直接關(guān)乎到工程的安危和成敗，所以在降排水方案制定時(shí)要進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算和優(yōu)化本文以南水北調(diào)中線工程進(jìn)行降排水方案對(duì)比分析，選擇最適合的降排水方法，以滿足工程施工需求。

1 工程概況

南水北調(diào)某標(biāo)段工程地處北亞熱帶北緣，受季風(fēng)進(jìn)退影響，四季分明。一年中春秋兩季較短，冬夏歷時(shí)較長。春季溫度回升快，前期少雨干旱，后期間有低溫陰雨；夏季受西太平洋副熱帶高壓控制，氣溫高而降雨多；秋季晝暖夜涼，溫差較大，并時(shí)有連綿陰雨；冬季受強(qiáng)大的西伯利亞和蒙古冷高壓控制，干燥寒冷，雨雪稀少。該區(qū)域?qū)俦眮啛釒駶櫟貐^(qū)，雨量較充沛，多年平均降雨量大于700mm。

在該工程中明渠渠道全長11.296km，過水?dāng)嗝娌捎锰菪螖嗝?。渠道設(shè)計(jì)水深7.5m，渠道一級(jí)坡以下內(nèi)坡為1：2.0-1：3.25，填方及半挖半填渠道外坡為1：1.75-1：2.0。起點(diǎn)渠底高程為136.395m，終點(diǎn)渠底高程為135.537m，渠道縱坡為1/25000，設(shè)計(jì)底寬為15.5～22.0m。全渠段采用砼襯砌，渠坡厚度10cm，渠底厚度8cm。砼襯砌強(qiáng)度等級(jí)為C20，抗凍標(biāo)號(hào)F150，抗?jié)B標(biāo)號(hào)W6。全渠段采用復(fù)合土工膜防滲，在渠底及渠坡防滲復(fù)合土工膜下均鋪設(shè)粗砂墊層和排水系統(tǒng)，確保了渠道的襯砌穩(wěn)定。

本渠段地表多為第四系履蓋，工程涉及的地層有上第三系（N）和第四系（Q）。上第三系（N）河湖相沉積層，具多韻律構(gòu)造，由粘土巖、砂質(zhì)粘土巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、砂礫巖等互層或其中幾種巖性組成，多數(shù)為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，呈微膠結(jié)，局部鈣質(zhì)微膠結(jié)。巖性、巖相變化大，厚薄不一。

工程區(qū)內(nèi)水系較發(fā)育，屬長江水系。部分小河流為季節(jié)性河流，汛期水量豐沛，枯水期水量很小或斷流干涸。本渠段第四系孔隙裂隙水、承壓水分布于上更新統(tǒng)（Q3）中、粗砂、礫砂含水層中，含水層厚3～6m，地下水位137.6～140.1m，埋深3～8m。含水層隨巖性變化（含泥量不同），含水性、透水性不均，年水位變幅約1～3m。局部地段具承壓性，承壓水頭約2.0～3.0m。

本標(biāo)段部分渠段地下水位高出渠底板4～6m，施工時(shí)存在且基坑涌水問題，且地表下1～3m上層滯水分布不均，存在施工排水問題。因此，本標(biāo)段施工將受地下水位影響，施工降排水首當(dāng)其沖。

2 渠道施工方案優(yōu)化的技術(shù)措施[5-6]

2.1 采用有效的降排水措施

渠道降排水主要采用明排的方法，地下水位較高渠段擬采用管井深井降排。施工時(shí)當(dāng)基坑開挖遇到地下水和地表水（降雨），在基坑內(nèi)隨同挖方一起設(shè)置集水溝。每隔30～40m挖一集水坑，集水坑直徑不小于0.8m，坑底低于集水溝底0.7～1.0m。集水溝和集水坑隨挖土逐層加深，挖至設(shè)計(jì)高程后，坑底低于基坑底1～2m。并沿基礎(chǔ)開挖線以外根據(jù)積水情況在集水坑內(nèi)布設(shè)3PNL或2PNL型污水泵，抽排至渠道兩邊頂部排水溝內(nèi)。頂部排水溝結(jié)合永久性排水溝，按永久性排水溝形式進(jìn)行開挖，溝內(nèi)鋪設(shè)塑料薄膜，以保證防滲效果和排水溝基礎(chǔ)不被破壞。

2.2 對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件及時(shí)、有效的處理

本標(biāo)渠道段內(nèi)分布的粘性土一般具弱～中等膨脹性，施工中需進(jìn)行膨脹土的處理，確保工程質(zhì)量。對(duì)策為：（1）換填。選擇合格的回填料源，施工前進(jìn)行生產(chǎn)性工藝試驗(yàn)，取得填筑所需的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，填筑過程中嚴(yán)格按試驗(yàn)參數(shù)、配置設(shè)備進(jìn)行施工，確保填筑碾壓質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。（2）提高渠道護(hù)坡工程的質(zhì)量。（3）施工過程中對(duì)開挖邊坡設(shè)置若干觀測點(diǎn)，安排專人對(duì)坡面開挖前、后的蠕變進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，防止產(chǎn)生滑坡、崩塌等災(zāi)害。

2.3 提高混凝土襯砌板的質(zhì)量

減少或杜絕混凝土表面的氣泡，保證過水?dāng)嗝娴牟诼市?，和避免引水外滲，減小水頭損失和水量損失等。對(duì)策為：（1）優(yōu)化施工方案，合理配置資源，保證混凝土澆筑質(zhì)量。（2）加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)和溫控工作，防止混凝土產(chǎn)生早期裂縫。（3）加強(qiáng)混凝土止水、伸縮縫、預(yù)應(yīng)力張拉的施工管理工作，確保施工質(zhì)量，防止混凝土表面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。（4）嚴(yán)格施工標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 合理安排施工，做好土方平衡及混凝土施工

對(duì)策為：（1）合理安排總體施工程序，優(yōu)化施工工序銜接。（2）優(yōu)化施工方案，加快施工進(jìn)度。（3）配備足夠的施工機(jī)械設(shè)備，保證設(shè)備能力滿足高強(qiáng)度施工的需要。（4）圍繞渠道施工這條關(guān)鍵線路，協(xié)調(diào)其他項(xiàng)目的施工，加強(qiáng)現(xiàn)場組織協(xié)調(diào)與管理，將進(jìn)度計(jì)劃逐層分解細(xì)化，制定施工進(jìn)度保證措施，同時(shí)用優(yōu)良的施工質(zhì)量和安全文明的施工環(huán)境保證工程施工有序、順利進(jìn)行。endprint

2.5 不同工期采用不同降排水方法

（1）工程初期排水

工程初期排水依據(jù)工程施工施工特點(diǎn)及總體安排，初期排水主要針對(duì)渠道倒虹吸導(dǎo)流建筑物修建完成后，開始進(jìn)行基坑初期排水。

并根據(jù)積水量的大小，選定合適的排水泵數(shù)量。

基坑初期排水流量按Q=3V/T進(jìn)行計(jì)算，式中：

Q-初期排水流量，m3/h；

V-基坑內(nèi)積水休積，m3；

T-排水時(shí)間，h。

（2）渠道施工期的降排水

施工期排水主要包括施工區(qū)滲水、降雨匯水、混凝土養(yǎng)護(hù)用水。

根據(jù)類似工程成功經(jīng)驗(yàn)，本標(biāo)段渠道降排水主要采用明排的方法，地下水位較高渠段擬采用管井深井降排。

溝、井的截面應(yīng)根據(jù)排水量確定，基坑排水量V滿足下列要求：

V≥1.5Q

式中：Q-基坑總涌水量，經(jīng)計(jì)算基坑總涌水量為0.124m3/s。

V≥1.5Q=1.5×0.124m3/s=0.186m3/s。

此外，還要考慮施工區(qū)水流控制和明排設(shè)備配置的問題，確保在緊急情況下有足夠的設(shè)備可用，能將施工區(qū)域內(nèi)的各種外來水進(jìn)行導(dǎo)引、抽排，以保護(hù)施工區(qū)的正常施工，以疏通天然排水溝、施工區(qū)域周邊排水網(wǎng)絡(luò)，確保排水暢通。

3 結(jié)束語

基坑降水作用有保持作業(yè)面干燥，方便施工；增加開挖斷面的穩(wěn)定性，防止邊土顆粒流失；降低含水率，提高土體力學(xué)性能；進(jìn)而增強(qiáng)土體固結(jié)強(qiáng)度。

基坑降水方法很多，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和軟件的研發(fā)推廣，在渠道降排水方案優(yōu)化選擇方面也是碩果累累。

本文根據(jù)南水北調(diào)工程中線某工程，根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)行渠道降排水施工方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分考慮地質(zhì)、水文、氣象、施工條件、施工機(jī)具等條件，提出了一整套既有利于降排水，又有利于施工進(jìn)度、施工質(zhì)量以及施工安全的施工方案，為類似工程的施工提供了一定的參考價(jià)值。

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