水利工程中河道軟基超大深基坑降水質(zhì)量控制技術(shù)*

李 瑩，劉淑敏，唐棋濱，巴達(dá)榮貴

(中國電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

近年來，隨著我國水利工程建設(shè)不斷快速發(fā)展，深大基坑工程越來越多[1-3]。在進(jìn)行基坑開挖時(shí)，若地下水位較高，則極易發(fā)生由滲流引起的工程事故[4]。對(duì)于此類工程問題，可由基坑降水解決[5]?；咏邓环矫婵墒故┕ぴ诟稍锏沫h(huán)境中進(jìn)行，另一方面有利于維持基坑穩(wěn)定性。然而，基坑降水會(huì)導(dǎo)致基坑周圍的滲流變得復(fù)雜，對(duì)周圍構(gòu)筑物產(chǎn)生一定影響[6-7]。因此，為了保證基坑施工順利快速完成，必須根據(jù)工程具體情況、工程地質(zhì)及水文條件選擇合適的基坑降水方法。

基坑降水目前主要采用以下方法[1]：明溝排水法、井點(diǎn)降水法、截水與堵水等，其中，最常用的方法為井點(diǎn)降水法。

1 工程概況

1.1 水閘、船閘工程概況

北支江上游水閘、船閘工程項(xiàng)目主要包括新建上游水閘和上游船閘等。水閘由上游鋼筋混凝土鋪蓋、閘室、下游鋼筋混凝土護(hù)坦組成，左岸與護(hù)坡親水平臺(tái)相接，右岸與船閘上閘首相鄰。閘室為平底開敞式結(jié)構(gòu)，由閘底板、閘墩、工作閘門等組成。水閘共3孔，每孔凈寬60.0m，閘底板順?biāo)鞣较蜷L30.0m，閘室總寬225m(不含船閘)，閘墩寬7.5m，閘墩頂高程為6.700m。采用驅(qū)動(dòng)式翻板閘門，尺寸為60.0m×4.5m(寬×高)，采用液壓啟閉機(jī)操作。

根據(jù)選定閘址的樞紐總體布置，通航建筑物為一線單級(jí)船閘，布置在樞紐右岸，左鄰泄洪建筑物，右毗岸邊側(cè)與親水平臺(tái)相接。船閘主要建筑物包括上閘首、下閘首、閘室、上游引航道和下游引航道5部分，根據(jù)船閘規(guī)模、等級(jí)和過閘方式等要求，船閘主體建筑物及上、下游引航道總長346.0m。本基坑設(shè)計(jì)使用年限2.0年，基坑安全等級(jí)一級(jí)，安全重要性系數(shù)取1.1。

1.2 工程地質(zhì)

上游水閘位于北支江上游，距離現(xiàn)狀上堵壩約50m。場(chǎng)區(qū)北側(cè)為在施泵站，南側(cè)現(xiàn)狀為農(nóng)田，地面高程為5.630～9.090m，場(chǎng)區(qū)水面寬約300m。場(chǎng)地地貌屬富春江沖海積平原與山體交接部位，地勢(shì)較開闊。

根據(jù)勘探揭露的地層情況，上游閘線基巖為燕山期入侵的花崗閃長巖，埋深30～50m，左岸埋深淺、右岸深。按地質(zhì)時(shí)代、成因類型及工程特性，自上而下劃分為7個(gè)大層，細(xì)分為17個(gè)亞層和1個(gè)夾層。土層性狀如表1所示。

表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)

2 基坑排水

2.1 初期排水

按圍堰基坑圍護(hù)面積計(jì)算，基坑積水約17.5萬m3，考慮基坑滲水及降雨因素，總排水量取1.5倍基坑積水量，則初期排水量約為26.3萬m3。初期排水強(qiáng)度按912m3/h考慮，基坑初期積水約12d可抽干，平均水位下降速度約0.25m/d。

圍堰在堰體施工閉合后根據(jù)基坑規(guī)模，在下游圍堰南側(cè)布置1座泵房，共布置5臺(tái)250WL 400-13-22離心泵作為主要排水設(shè)備。

2.2 經(jīng)常性排水

經(jīng)常性排水主要是匯集于基坑的降雨與基礎(chǔ)滲漏水、施工過程中的廢水等，基礎(chǔ)開挖時(shí)基坑內(nèi)設(shè)置斷面為0.5m×0.5m的排水邊溝，同時(shí)每20m設(shè)置一集水坑，集中抽排基坑內(nèi)雨水及地下水到圍堰外。經(jīng)常性排水強(qiáng)度按400m3/h考慮，抽水泵房設(shè)100WL80-13-5.5水泵5臺(tái)。

2.3 抽水設(shè)備配置

由于經(jīng)常性排水量較初期小，故設(shè)備按初期排水強(qiáng)度配置，如表2所示。

表2 抽水設(shè)備配置

3 降水井排水

3.1 降水井設(shè)計(jì)

1)降水井布置

基坑布置疏干井(管井)，水閘段分別在閘上0+007.00、閘下0+037.00設(shè)置2排降水井，船閘閘左(右)0+003.00豎向設(shè)置1排降水井，降水井間距一般為10m，根據(jù)開挖降水前情況，可適當(dāng)調(diào)節(jié)管井?dāng)?shù)量及平面位置，降水井直徑800mm，深15m，插入標(biāo)高-11.000m或進(jìn)入⑤1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土1.0m，共布置控制性降水井91口。

2)井管構(gòu)造

井點(diǎn)系統(tǒng)由潛水泵和管井組成，管井構(gòu)造如圖1所示。井孔直徑800mm，井管采用φ300mm PVC管，PVC管上打φ14@50孔，呈梅花形布置，外包70目鋼絲網(wǎng)和塑料絲網(wǎng)3層，用6目鉛絲網(wǎng)綁扎。

圖1 管井結(jié)構(gòu)

3.2 管井降水施工

3.2.1施工準(zhǔn)備

1)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)設(shè)施及臨時(shí)用水、用電的搭設(shè)和布置工作。

2)根據(jù)設(shè)計(jì)和施工進(jìn)度要求配置機(jī)械設(shè)備。

3.2.2工藝流程

管井降水工藝流程如圖2所示。

圖2 管井降水工藝流程

3.2.3工藝要點(diǎn)

1)成孔 考慮到本工程地質(zhì)細(xì)砂中含帶圓礫，故采用沖擊鉆機(jī)成孔，其孔徑應(yīng)≥800mm，深度大于設(shè)計(jì)深度，并確保鉆孔圓正垂直；鉆孔時(shí)收集土樣，確認(rèn)含水層的位置和土的顆粒組成。

2)清孔 在井管未下井時(shí)應(yīng)首先進(jìn)行清孔操作，一般使用清水置換，再通過砂石泵排除沉渣，同時(shí)測(cè)出孔的深度。

3)下井管 按設(shè)計(jì)構(gòu)造要求下入井管。

4)填濾料 待井管下至設(shè)計(jì)深度后，稀釋井內(nèi)泥漿至合適比例，之后馬上在井管周圍灌填級(jí)配碎石，并用黃泥封孔?；靥钌盀V料過程中，要沿井點(diǎn)管周圍均勻填充，使濾層厚度相同，填砂濾料用量須符合規(guī)范要求；井點(diǎn)下沉結(jié)束后，要立即檢驗(yàn)井點(diǎn)的滲水能力；在砂濾料從井點(diǎn)管四周灌進(jìn)井孔的過程中有泥漿沿井點(diǎn)管內(nèi)流出，或清水注入井點(diǎn)管內(nèi)迅速滲透下去，即可認(rèn)定井管質(zhì)量良好。若水無法向下滲透，應(yīng)立即妥善處理。

5)洗井 完成上一步驟后，必須按要求洗井，利用污泥泵對(duì)井底不斷抽洗以確保滲水效果。

6)抽水試驗(yàn) 作最大降深抽水，用穩(wěn)定流原理計(jì)算出水量，測(cè)出靜止水位和降深。

7)安裝水泵和控制電路 安裝前檢查電機(jī)和泵體，水泵功率P=7.5kW，揚(yáng)程H=50m，流量Q=50m3/h，設(shè)備檢查無損后安裝。

8)試抽 對(duì)井管進(jìn)行單井試抽，若有異常情況發(fā)生，需再次洗井并重新做抽水試驗(yàn)。

3.3 降水井施工質(zhì)量控制要求

1)根據(jù)相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙施工，鉆機(jī)安裝應(yīng)調(diào)整水平，且鉆孔應(yīng)垂直，確保井管可成功下入預(yù)設(shè)深度。

2)在下井管過程中不可轉(zhuǎn)動(dòng)或上下移動(dòng)，避免濾網(wǎng)損壞、泥砂涌入其中。

3)井管外填濾料為級(jí)配礫石加中粗砂，要?jiǎng)蛩傧路?，充填密?shí)。

4)下放水泵時(shí)一般用鋼絲繩或鐵絲捆扎牢固，水管口要扎緊扎牢，水泵安裝后井口宜設(shè)置蓋板，避免異物掉入井中。

5)降水前，應(yīng)仔細(xì)核查水管、水泵和電纜等，一旦發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)盡早解決。在更換新水泵前一般要先對(duì)濾井進(jìn)行沖洗，清除沉渣。

施工質(zhì)量檢驗(yàn)主要執(zhí)行JGJ 111—2016《建筑與市政工程地下水控制技術(shù)規(guī)范》，如表3所示。

表3 管井施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

3.4 降水控制措施

在進(jìn)行基坑開挖時(shí)，坑內(nèi)降水井中的水位應(yīng)在基坑底面標(biāo)高1.000m以下。降水方向與基坑開挖方向相同。

在每段基坑開挖前7d，開始對(duì)該段基坑進(jìn)行降水，采用階梯流量法降水，保證水位在每層開挖面下1m；降水施工過程中，做好各降水井的水位觀察工作，水位降至設(shè)計(jì)高程后，暫停抽水，待井內(nèi)水位上升后再開泵抽水，基坑降水時(shí)間從基坑第1層開挖到閘底板結(jié)構(gòu)封閉結(jié)束，運(yùn)行時(shí)間較長。在降水過程中，應(yīng)注意降水管路及設(shè)備保護(hù)，保證基坑降水正常運(yùn)行。

1)在降水過程中，做好各觀測(cè)孔的水位測(cè)定，一旦發(fā)現(xiàn)觀測(cè)孔內(nèi)水位下降值超出設(shè)計(jì)值，要調(diào)整降水速度，必要時(shí)停止抽水。

2)在降水過程中，做好基坑附近建筑物、圍堰監(jiān)測(cè)工作。發(fā)現(xiàn)建筑物和圍堰沉降值或傾斜值等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出設(shè)計(jì)和規(guī)范要求時(shí)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，調(diào)整降水速度，必要時(shí)停止抽水，采取回灌措施或注漿補(bǔ)償措施，保證建筑物和圍堰安全。

3)在降水過程中，加強(qiáng)降水施工的運(yùn)行記錄。記錄降水井出水量Q、水位降深值S。降水運(yùn)行記錄每天提交。

4)基坑降水應(yīng)與基坑開挖工作互相配合，根據(jù)開挖順序、開挖進(jìn)度等情況及時(shí)調(diào)整降水速度和降水井的運(yùn)行數(shù)量；反之，分析降水運(yùn)行數(shù)據(jù)指導(dǎo)開挖施工。在基坑開挖過程中，濾水井管隨基坑開挖破除，破除后在井管周圍及時(shí)用黏性土封閉，確保深井泵發(fā)揮正常功能，保證降水效果。

3.5 降水井封堵

覆土完成后封閉基坑內(nèi)井點(diǎn)管，對(duì)井管進(jìn)行封堵，采用C20混凝土回填封堵。

3.6 降水井管理

基坑降水、排水工程從基坑開挖到主體結(jié)構(gòu)混凝土施工結(jié)束，運(yùn)行時(shí)間較長。為保證基坑降水正常，應(yīng)做好基坑排水、降水的日常管理工作，具體內(nèi)容如下。

1)定期巡查降排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決故障隱患。

2)抽水儀器要定期維護(hù)，降水時(shí)不能任意停抽。

3)留意井口，避免雜物落入井中，定期檢查排水管、溝，冬季降水應(yīng)做好防凍工作。

4)更換水泵時(shí)，測(cè)出井深，判斷水泵安裝的合適深度。

5)及時(shí)記錄降水井的水位變化，若水位升高至接近基坑底部，需通過洗井方式讓水位恢復(fù)。

6)安排專職巡視人員隨時(shí)測(cè)量降水井內(nèi)水位，并根據(jù)水位情況隨抽隨停，保證水位在基坑底部1m。

4 結(jié)語

依托北支江上游水閘、船閘工程，介紹水利工程河道軟基超大深基坑降水質(zhì)量控制措施。該工程地質(zhì)條件復(fù)雜，河道下覆軟基，基坑較深，施工難度較大，采取井點(diǎn)降水法進(jìn)行基坑降水。從降水井設(shè)計(jì)、管井降水施工、降水井施工質(zhì)量控制要求、降水控制措施及降水井封堵與管理等角度進(jìn)行梳理，形成一套成熟全面的適用于水利工程領(lǐng)域的河道軟基超大深基坑降水方案。該基坑降水方案在北支江上游水閘、船閘工程中應(yīng)用效果良好，該基坑降水方法對(duì)類似水利工程建設(shè)有一定參考價(jià)值。