管井井點(diǎn)降水技術(shù)在河道截水潛堰工程施工中的應(yīng)用

□周作娟

在水利工程施工中，由于水工建筑物大都布置在河床或河道兩岸，所以施工位置一般地下水較為豐富，地下水水位較高，因此在基礎(chǔ)開(kāi)挖施工中，往往形成地下水水位高于基坑開(kāi)挖基底地面現(xiàn)象，從而導(dǎo)致基坑積水。為了保證基坑在干燥條件下施工，防止基坑邊坡失穩(wěn)坍塌，基坑必須采取降水措施以保證工程施工質(zhì)量。管井井點(diǎn)降水技術(shù)作為常用的基坑降水方法之一，以其施工簡(jiǎn)便、降水效果明顯、施工成本低、適合有較大滲透系數(shù)的地基場(chǎng)地等優(yōu)點(diǎn)，在水利工程施工中得到廣泛應(yīng)用。

1.工程概況

在滹沱河生態(tài)修復(fù)三期工程（位于河北省靈壽縣）中，水生態(tài)修復(fù)是整個(gè)工程建設(shè)任務(wù)中的重要內(nèi)容，是對(duì)整治段河道按照生態(tài)來(lái)水量及生態(tài)原則進(jìn)行溪流水面水系建設(shè)，建設(shè)水域面積共計(jì)102 萬(wàn)m2，溪流水面補(bǔ)水流量達(dá)到30m3/s。根據(jù)生態(tài)水系需求，在樁號(hào)3+600 至樁號(hào)9+600 內(nèi)共修建了中山水面島北潛堰、中山水面截滲潛堰、1#截滲潛堰、2#截滲潛堰四座擋水建筑物。其中中山水面島北潛堰（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“島北潛堰”）在生態(tài)水系上游，距離上游黃壁莊水庫(kù)較近，地下水豐富，水位較高，在工程施工中需要進(jìn)行基坑降水，以保證基礎(chǔ)施工安全順利進(jìn)行。島北潛堰工程具體位于中山湖島北河道主槽內(nèi)樁號(hào)5+000 處，順?biāo)鞣较蚩傞L(zhǎng)為113.7m，分別由上游防護(hù)段、多級(jí)跌水堰段和下游防護(hù)段3 部分組成，工程等級(jí)為五級(jí)。

2.降水方案設(shè)計(jì)

2.1 地下水降水方法的選擇

根據(jù)本工程的地質(zhì)層多為砂礫的實(shí)際情況，選擇為基坑四周采用環(huán)形的管井井點(diǎn)降水技術(shù)，視實(shí)際情況補(bǔ)加管井。

2.2 管井降水技術(shù)的原理

通過(guò)在基坑周?chē)贾萌舾蓚€(gè)降水井，依靠井管內(nèi)放置的潛水離心水泵，將地下水抽送至地面，使基坑周?chē)叵滤唤档停瑥亩刂苹又車(chē)亮纤?，增加基坑邊坡的穩(wěn)定性，有利于基礎(chǔ)開(kāi)挖，保證建筑物基礎(chǔ)在干燥狀態(tài)下施工，提高工程質(zhì)量。

2.3 根據(jù)地勘資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)計(jì)算管井降水參數(shù)

下列公式中涉及的部分符號(hào)參考圖1。

圖1 管井降水示意

2.3.1 基坑總涌水量（Q）

Q=1.366K(2H－S)S÷lg(1+R/r0)=1851.33m3/d

式中：

K—涂層滲透系數(shù)，取值0.3m/d；

H—含水層厚度，取值為10m；

S—水位降深，取值為10+1=11m；

R—降水影響半徑，；

r0—基坑等效半徑，其中，基坑面積為A=7254.06m2，經(jīng)計(jì)算r0=48.06m。

2.3.2 降水井設(shè)計(jì)單井出水量（q）

q=1.1Q/n=63.61m3/d。

式中：

n—管井?dāng)?shù)量，計(jì)劃環(huán)形布置32 眼井。

2.3.3 單井出水能力（q0）

q0=120πrslK1/3=121.18m3/d

式中：

l—為有效過(guò)濾器長(zhǎng)度，取值為7.5m；

rs—為濾水井管半徑，取值為0.2m。

經(jīng)計(jì)算q0＞q，管井布置數(shù)量滿(mǎn)足要求。

計(jì)劃環(huán)形布置32 眼井。島北潛堰上下游護(hù)底高差2.1m，井深設(shè)置為上游排管井深11m，左右排管井深12m，下游排管井深15m。

2.3.4 管井和水泵的設(shè)計(jì)參數(shù)

降水井井管采用無(wú)砂混凝土管作為濾水管，內(nèi)徑400mm，外徑500mm，壁厚50mm,孔隙率25%～30%。每節(jié)管長(zhǎng)10m，將下端3m 井管作為沉砂管，沉砂管以上井管分為綜合工作管段和輔助工作管段，并用60 目尼龍網(wǎng)包裹外層，防止地下水大顆粒泥沙進(jìn)入水泵并造成危害。

為了避免周?chē)嗤梁陀晁M(jìn)入降水井，井管上端應(yīng)高出地面約30cm 并置警示標(biāo)志，以免因機(jī)械碰撞導(dǎo)致井管損壞。為了增強(qiáng)過(guò)濾效果，在井管與井孔間的環(huán)狀間隙填入小粒徑石屑濾料，濾料直徑控制在2mm~8mm 之間，環(huán)隙上端填黏土進(jìn)行封閉。

根據(jù)基坑總涌水量和計(jì)劃使用的潛水泵數(shù)量采用流量40m3/h，揚(yáng)程25m，功率為4kw 的潛水泵。

井點(diǎn)降水施工前，由電工負(fù)責(zé)用電線路的架設(shè)與維護(hù)，以確保在抽水期間持續(xù)供電。為避免井管濾網(wǎng)阻塞，特別是剛開(kāi)始抽水階段，抽水應(yīng)保持連續(xù)進(jìn)行。

施工臨時(shí)用電必須規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。臨時(shí)用電線路不得隨意拉接，應(yīng)架空敷設(shè)。施工用電應(yīng)符合“三級(jí)配電”“一機(jī)一閘一保護(hù)”原則，用電線路不得水中浸泡。電源線絕緣良好，電器部分設(shè)置接零，并保持干燥。各防護(hù)裝置應(yīng)完好并有專(zhuān)人維修保養(yǎng)。

2.4 施工圍堰

施工圍堰環(huán)形布置在島北潛堰基坑邊線外，坡腳距離基坑邊線2m 左右。圍堰采用梯形斷面，邊坡1∶2.0，頂寬12m，頂面高于水面0.5m~0.7m。如圖2 所示。

為減少水位變動(dòng)對(duì)圍堰的淘刷，可以在臨水邊坡設(shè)置厚度0.5m 的草袋護(hù)坡，草袋下面鋪設(shè)防水彩條布防滲。見(jiàn)圖3。

圖3 圍堰填筑示意

圍堰填筑分層進(jìn)行，采用開(kāi)挖土料填筑。首先用自卸汽車(chē)將土料運(yùn)輸至工作面，用推土機(jī)將其推平，然后再使用85kw 履帶式拖拉機(jī)碾壓、壓實(shí)，邊角部位采用3.2kw 蛙式打夯機(jī)夯實(shí)。待建筑物主體施工結(jié)束并通過(guò)驗(yàn)收后，再進(jìn)行圍堰拆除。圍堰拆除從上至下逐層、逐段施工，使用挖掘機(jī)開(kāi)挖土方，自卸汽車(chē)運(yùn)輸土方至合適地點(diǎn)。

2.5 降水管井布置

如圖4 所示，工程降水管井為內(nèi)徑400mm 的無(wú)砂混凝土管，管井環(huán)形布置在圍堰上，管井中心距離基坑邊10m，數(shù)量為32 眼，間距均勻且不大于15m，上游排管井深11m，左右排管井深12m，下游排管井深15m。

圖4 降水管井布置

視實(shí)際降水情況，若需要補(bǔ)井，可在基坑中間（上下游方向）或環(huán)向增設(shè)管井，其間距均勻布置且不大于15m，井深5m~8m。抽水采用揚(yáng)程為20m 的潛水泵，通過(guò)管道或排水溝集中排到圍堰下游。

2.6 降水

降水時(shí)采用分層降水法，控制降水速度，防止基坑邊坡因滲透壓力過(guò)大，造成邊坡失穩(wěn)產(chǎn)生坍塌事故。開(kāi)始降水時(shí)，排水降速以0.5m/d~0.8m/d 為宜，接近排干時(shí)，速度可達(dá)1.0m/d~1.5m/d。降水期間應(yīng)派專(zhuān)人對(duì)圍堰進(jìn)行巡視，遇到裂縫及沉陷，及時(shí)組織人員、機(jī)械進(jìn)行加固維護(hù)。施工期間要加強(qiáng)檢查，專(zhuān)門(mén)組織檢查小組，由專(zhuān)人負(fù)責(zé)指揮，責(zé)任到人。在地下水控制水位未達(dá)到設(shè)計(jì)要求前，每天檢查觀測(cè)1 次，達(dá)到設(shè)計(jì)降深水位且穩(wěn)定后，2—5 天檢查觀測(cè)一次，降水結(jié)束后，15 天內(nèi)檢查觀測(cè)3 次。

3.降水方案實(shí)施

此次降水方案實(shí)施中，在設(shè)備方面共投入ZZ-6A 沖擊鉆4 臺(tái),三相無(wú)堵污水電泵4 臺(tái),200kw 發(fā)電機(jī)1 臺(tái),WQ40-20-3.0潛水泵36 臺(tái)。其具體施工工藝流程如圖5 所示。

井點(diǎn)放樣定位。井位依據(jù)方案設(shè)計(jì)，由專(zhuān)業(yè)的測(cè)量人員對(duì)井點(diǎn)進(jìn)行放樣確定。

挖泥漿池。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件在基坑內(nèi)挖泥漿池，用于鉆井護(hù)壁。

挖深坑。由于基坑在河道內(nèi)，地下多有沖積的大塊石頭和朽木，為清除井位下障礙物,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定是否在井位處挖深坑,當(dāng)井口土質(zhì)松散時(shí),須設(shè)置護(hù)筒,避免泥漿浸泡、沖刷導(dǎo)致孔口坍塌。

鉆井。管井均采用沖擊鉆成孔,粘土泥漿護(hù)壁。根據(jù)第一口井成孔情況,確定鉆進(jìn)到砂石地層時(shí),是否釆取泥漿護(hù)壁成孔。鉆井時(shí)應(yīng)按質(zhì)控要求及時(shí)測(cè)量鉆桿垂直度，確保井孔圓正垂直。

吊放井管。吊放井管的關(guān)鍵控制點(diǎn)有兩點(diǎn)：一是保證吊放井管要垂直，并保持在井孔中心；二是管與管連接要緊密，防止錯(cuò)位。吊放時(shí)用8 噸汽車(chē)吊緩慢吊運(yùn)，統(tǒng)一指揮，有序進(jìn)行。質(zhì)控測(cè)量人員跟進(jìn)測(cè)量，保持中心垂直度。放置好之后，記錄當(dāng)前井底高程、管頂高程。

填濾料。為防止土料細(xì)土堵塞無(wú)砂混凝土濾水井管，在井管與井孔環(huán)形之間填入粒徑2mm~8mm 的濾料。

洗井。濾料填筑完成，洗井應(yīng)在成井4h 內(nèi)進(jìn)行，以免時(shí)間過(guò)長(zhǎng)護(hù)壁泥皮逐漸老化難以破壞影響滲水效果。洗井采用洗井泵洗井，清除孔內(nèi)泥漿至井內(nèi)完全出清水為止。

水泵安裝。管井潛水泵使用鋼絲繩固定牢固，接通抽水管道并吊放至規(guī)定深度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況布設(shè)電纜和電閘箱，做到單井單控電源，并安裝自動(dòng)抽水裝置和漏電保護(hù)系統(tǒng)。

井水抽排。在管井外側(cè)1.5m~1.8m 處開(kāi)挖排水槽，排水槽深0.7m，下口寬0.6m，上口寬1.2m，排水槽內(nèi)鋪設(shè)塑料布用于防滲，槽底向水流方向傾斜。采用揚(yáng)程為20m 的潛水泵將管井內(nèi)的水抽到排水槽，匯集后再由地埋排水管排至圍堰下游。

抽降。在進(jìn)行地下水抽降時(shí)，由于開(kāi)始抽水出水量大，為了防止排水能力不足,可有間隔的逐一起動(dòng)水泵。水泵啟動(dòng)后,應(yīng)逐一檢查單井出水量、出砂量。

抽水期間的監(jiān)測(cè)和維護(hù)。在抽排地下水期間，每天需觀測(cè)地下水水位變化情況，尤其是降水初期每天觀測(cè)1-2 次，并對(duì)地下水水位進(jìn)行記錄。降水期間要定期對(duì)降水井進(jìn)行檢查和維護(hù)，派專(zhuān)人巡視降水井，嚴(yán)禁向井內(nèi)投放異物，確保降水井完好且運(yùn)行穩(wěn)定，保證基坑施工安全。

封井方法。降水工作結(jié)束后，提出水泵，向井內(nèi)填筑碎石，距地面2m 范圍內(nèi)采用混凝土進(jìn)行填充。

4.工程施工保證措施

在島北潛堰降排水施工中，始終把質(zhì)量保證措施、安全保證措施和文明施工環(huán)保措施作為重要環(huán)節(jié)精心規(guī)劃并高標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)到位。

質(zhì)量保證措施方面。降水施工的各個(gè)工序特別是關(guān)鍵工序都設(shè)專(zhuān)人負(fù)責(zé)，施工前做好技術(shù)交底，嚴(yán)格按照規(guī)范施工。鉆孔過(guò)程中，嚴(yán)格按照操作規(guī)程作業(yè)，保證降水井井位和垂直度的準(zhǔn)確性。嚴(yán)格控制井管濾料的質(zhì)量，不合格的一律不許使用。每臺(tái)潛水泵設(shè)置單獨(dú)開(kāi)關(guān)，做到一機(jī)一閘一保護(hù)，達(dá)到安全用電。為了保證降水井作業(yè)的連續(xù)性，在工地準(zhǔn)備1 臺(tái)200kw 的發(fā)電機(jī)作為備用電源，以備停電時(shí)使用。

安全保證措施方面。建立以項(xiàng)目經(jīng)理為主的現(xiàn)場(chǎng)安全管理組織體系，在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立專(zhuān)職安全員負(fù)責(zé)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題隱患及時(shí)處理。做到“安全第一，預(yù)防為主”。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際制定有效的安全管理制度特別是安全生產(chǎn)責(zé)任制并嚴(yán)格執(zhí)行。在施工中重點(diǎn)對(duì)起重吊運(yùn)、臨時(shí)用電、基坑邊坡失穩(wěn)作為重要危險(xiǎn)源進(jìn)行防控。

文明施工環(huán)保措施方面。施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置專(zhuān)門(mén)人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境保護(hù)和清潔衛(wèi)生。清孔時(shí)泥漿均排至指定地點(diǎn)并及時(shí)處理，以免其污染環(huán)境；洗孔時(shí)排除的污水均排至指定集水坑，并及時(shí)處理；施工時(shí)嚴(yán)格控制噪音，避免對(duì)外界的干擾和影響；施工過(guò)程中電纜電線和排水管路要合理布置，避免亂拉電線和水管。

5.降水效果

島北潛堰工程施工從2021 年2 月1 日開(kāi)始至6 月10 日結(jié)束，歷時(shí)4 個(gè)多月的時(shí)間。從降水過(guò)程來(lái)看，前6 天逐漸開(kāi)啟32 臺(tái)水泵，根據(jù)降水井的深度加大，逐漸減至24 臺(tái)水泵，每天抽水量在2000m3左右，上游觀測(cè)井水深9m，下游觀測(cè)井水深在13m 左右，均低于上下游基坑底面1.5m 左右，滿(mǎn)足了施工技術(shù)要求，達(dá)到了工程預(yù)期的效果。

6.結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，管井井點(diǎn)降水技術(shù)在截水淺堰基礎(chǔ)施工中能夠保證了基坑邊坡的穩(wěn)定和潛堰混凝土基礎(chǔ)在干燥條件下施工，是一項(xiàng)行之有效的降水措施，在截水潛堰工程施工中具有較好的應(yīng)用前景。但需要注意的是，在選擇實(shí)施降水方案時(shí)，一定要有詳細(xì)真實(shí)的地勘資料，資料不全或與現(xiàn)場(chǎng)情況不符，需重新進(jìn)行勘探。對(duì)于井管布置、井深、水泵的型號(hào)、數(shù)量等重要參數(shù)一定要經(jīng)過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)算，不可以簡(jiǎn)單憑經(jīng)驗(yàn)盲目施工。另外，在實(shí)施降水方案時(shí)，要了解基坑周?chē)ㄖ锴闆r，以防因降水對(duì)相鄰建筑物造成安全影響。□