南水北调东线穿黄河工程基坑、基槽开挖时,常常遇到地下水威胁,尤其是基坑、基槽开挖深度在10m以上的地段。土壤被水浸泡后,土体变软,抗剪能力降低,基坑、基槽边坡塌落,施工条件恶化,影响后续工序施工;同时,基坑、基槽土体承载能力下降,强度降低,稳定性变差。为防止上述现象的发生,保证后续工序干场作业,降低地下水位成为制约工程施工的重要因素。
2 降水措施
基坑降水采取以渗为主、渗抽结合的大口径管井降水,局部配合浅井降水的方式,在基坑、基槽周围布置一些单独工作的管井,配合浅井共同降水。每个管井配备1台潜水泵,两个或多个浅井配备1台自吸泵。当潜水泵、自吸泵抽水时,井内水位下降,在井的周围自然形成降水漏斗,几个或多个漏斗相互作用,形成一个大的降水区域,将地下水位降到基面以下1.5m,避免地下水位过高给施工带来的不利影响。
3 井位布置
穿引黄渠埋涵及连接明渠工程位于黄河左岸,紧接穿黄隧洞,横穿位山灌区东、西干渠,工程区域降水较少,多年平均降水量630mm,每年6-9月份降水量占全年总量的70%以上,地下水位在37.5m高程。位山灌区引水对地下水位影响较大,距离较近,补给较快;工程挖深在10m以上,且基础有110m液化段需采用挤密碎石桩处理,降、排水显得尤为重要。
3.1 管井布置
根据设计图纸要求的开挖边坡,结合工程各部位的具体情况进行管井布置,井管直径50cm,管材为无砂砼管,每节长0.95m。
3.1.1 封闭布置
对于基础挖深10m以上、工期相对较长的关键工段,采取封闭布置的方式。沿轴线方向两侧各布置2排管井,井位呈梅花形布置;靠近建筑物的2排管井距离建筑物1.5-2m,用于降低建筑物底部的地下水位;远离建筑物的2排管井距离建筑物8-10m,用于截住由于边坡开挖流向基坑的渗水,减少靠近建筑物的2排管井的抽水量。建筑物两端各布置1排管井,截住两端的地下水向基坑的渗流通道。
3.1.2 沿线布置
对于挖深相对较浅、工期相对较短的工段,采取沿线布置管井的方式。沿轴线方向两侧各布置1排管井,间距根据工程部位、地下水位和周围环境适当确定,一般15-20m。
3.2 浅井布置
管井降水是大范围的,基面清理前,局部可能出现渗水,靠管井长时间降水无法满足要求,结合工地的实际情况,采用浅井辅助降水解决。
3.2.1 布置方式
浅井根据工程的实际情况布置。如果整个基面出现渗水,可根据情况分排打井,井深2-3m,管径3cm,行间距2×2m,梅花形布置;如果只是坡脚出现渗水,可在坡脚布置2排浅井,间距2m;坡脚渗水严重时,可采用管径5cm的粗管,间距可适当减小,如采用1m。
3.2.2 连接方式
为节省能源,减少支出,降低运行成本,管径3cm的浅井每2个连在一起;管径5cm的粗管每8-10个连在一起,中间用防水胶布缠绕,防止漏气、漏水。
4 管井、浅井施工
4.1 管井
(1)材料
管井包括井管、外围滤料及封底三部分。为降低管井造价,节约成本,工程施工时选用直径50cm、长0.95m的无砂砼管。这种管材取材方便,操作简单,下管速度快。
(2)成孔
管井成孔时,用当地打井用的钻机钻孔,直径50cm的无砂砼管选用70cm的钻头。钻机钻进时,为防止塌孔和流沙进入井管,采用泥浆护壁。保持泥浆面高度在井口以下0.5-1m,泥浆水在孔内起到护壁的作用。造孔采用清水固壁法,有利于成井后深井的出水量。下管时,如果管井孔内泥浆过稠,将稠泥浆抽出,边抽边加清水,始终保持孔内水面高度满足要求。
(3)下井管
成孔后立即下管,下井管前,在井口处安设高1.5m的井架,保持井架竖直。下第一根无砂砼管时,管径四周均匀分布4根2-3m的竹笓,用8#铁丝绑扎牢固,留出3根竖向铁丝,用于控制井管的下降速度。下管时,控制第一根管的垂直度,当下降到一定深度时,在地面以上将第二根管接好,包裹两层滤布,绑扎牢固,继续下落,直到下至设计深度。
孔壁与管壁之间根据不同地质条件填不同的滤料,透水条件较好的管井,填石粉、小石屑反滤;透水条件稍差的管井,填坚固、圆滑、均匀的天然砂进行反滤。对井底非完整透水层的管井,先在井底填两层反滤料,第一层与管壁周围的滤料相同,第二层滤料为前一层滤料粒径的5倍;完整井底也要进行封底,避免降水过深,破坏井底土层。完整井底可先填0.5m砂,再填0.5m的碎石。
填料前,对反滤料反复进行检查,不使用粒径过大、过小的反滤料,控制反滤料的质量。填料过程中,遇到填空或堵塞可进行插捣,连续填料,井管四周滤料均匀,直至填完为止。
(4)洗井
下完滤料后立即洗井,以破碎泥皮,洗出反滤料中的粘土颗粒及粉细砂碎屑,使出水清澈流畅,防止泥浆沉淀糊住管壁,造成管井透水不畅。用3kw的潜水泵抽水,抽水自上而下在不同的高度进行,水位降幅不宜过快,避免造成周围地层的土粒流失,管井出现塌落。
(5)深井的运行管理
施工期内,必须保持深井连续抽水,施工用电保证率100%,配备足够数量备用水泵。
4.2 浅井
沿开挖基坑坡脚部位布置,每2个井管由三通与25ZB25-0.75KW自吸泵连接,自吸泵安装在基坑边坡土台上,通过软导管排出。
(1)冲孔
用φ50mm钢套管连接潜水泵形成高压水枪,对准设计井点,扶正、压紧,左右旋转套管,在水流冲击下套管底部砂土被不断冲出,套管逐渐下沉,直至达到设计孔深。
(2)沉管
井孔冲成后,立即拔出冲管,插入PVC井点管,紧接着灌填砂滤料。检验每根井点管沉设后的渗水性能,方法是:正常灌填砂滤料时,井管口有泥浆水冒出;否则,向管内灌清水洗孔后填料。安装完毕后立即进行抽水试验,以检查管路接头质量、井点出水和抽水机械运行情况等,发现问题及时处理。
(3)运行
浅井使用时连续抽水,经常观测浅井的真空度。发现问题,及时查找漏气原因,并采取相应的消除方法。
5 水泵型号选择
5.1 管井水泵
5.1.1 选择过程
潜水电泵具有重量轻、安装方便、适应性强的特点,不受吸程限制,根据管井的出水量、抽水深度、总扬程,结合施工经验和钻井时工程地质情况选择潜水泵。先选用5.5kw的深井泵,洗井期间抽气严重,说明水量无法满足深井泵需要;后改用3kw的深井泵,部分管井还是满足不了深井泵需要,抽气现象时常出现;后改为3kw、2kw深井泵间隔布置的降水方式,抽气现象明显减少。
5.1.2 选择结果
1)管井
选用3kw、2kw深井泵间隔布置的降水方式,经过一段时间的抽水试验,认为基本能够满足要求,水量基本满管,抽气现象逐步减少;土方开挖过程中,渗水能够满足开挖要求,降水效果明显。
2)浅井
管径3cm的每2个浅井连在一起,选用0.75kw、扬程20m的自吸泵抽水;管径5cm、8-10个连在一起的浅井,采用3kw、扬程30m的自吸泵抽水。
6排水量的影响因素
6.1 高程对排水量的影响
高程对排水量的影响主要表现在浅井上。土方开挖接近基面时布置浅井,此时浅井与管井口之间的高差接近10m。开始抽水时,浅井水直接排入管井内,再由管井排走;这样,排水量极小,几乎全是气泡;经过排水人员的细致检查,没有发现漏气。试着将浅井排水口高程降低,一段时间后,出水量有所增加;经过多次试验,最后将浅井排水管集中起来,统一排到基面两端的小坑内,再集中排出,这样浅井的排水量基本正常。
6.2 多泵对排水量的影响
1)管井
每个管井内均放置1个深井泵,3kw、2kw的深井泵间隔布置,考虑到成本因素,每3眼井共用1个四通管,将水量汇总后排入指定位置。排水过程中出现了一些问题,当其中1个管井出现问题不抽水时,管道内的水仍然较大,且通过四通管流向出问题的管井内,不易被发现,导致管井漏水,影响边坡稳定;或土方开挖过程中,由于管井影响施工,需要暂停其中1个管井时,操作较为困难,影响其他管井降水。后经调试,每眼井单独设立1根排水管,分别排向指定位置。
2)浅井
基坑开挖到一定高程后,分3排布置浅井,开始时每个浅井设1台自吸泵,考虑到成本、电缆、管道对施工的影响,拟减少自吸泵的用量。试着用1台自吸泵带4个浅井,试抽时浅井只上气不出水;改1台自吸泵带3个浅井,浅井出水量极小;用1台自吸泵带2个浅井,浅井出水量有所增加,与单井出水量无明显差别。
6.3 边界条件对排水量的影响
该工程穿越位山灌区东、西干渠,东、西干渠引水时,由于边界条件的变化,渗水明显增强,对管井、浅井抽水量存在一定的影响。如:位山引黄西渠引水时,扭面段及明渠段靠近渠道一侧边坡渗水严重,管井、浅井排水量较另一侧偏大,边界条件的变化对排水量存在一定得影响。
7 降水效果分析
土方开挖前10-15天,开始进行管井降水,开挖过程中继续实施降水。土方开挖时,施工员坚守工地,边挖边拆除多余的无砂砼管,及时做好保护。当土方开挖到基面高程附近时,开始布置浅井降水。通过管井、浅井组合降水,能够保持土方开挖过程中基面干燥,水位基本保持在开挖面以下1.5m,没有出现塌坡、地面沉降等问题。
8 结语
8.1 管井、浅井组合降水对以潜水为主、地层渗透性比较好、上层滞水不丰富的基坑,降水效果会更好些;对上层滞水比较丰富、大型基坑降水,效果也较为明显。
8.2 管井、浅井组合降水中,管井设计参数的选择非常关键。根据工程地址情况,考虑参数选择误差、成井质量、工程重要性,设计管井个数时,根据经验可乘以一个安全系数,一般取1.2-1.5。
8.3 管井、浅井组合降水的关键是成井的质量。保持井孔足够大、不塌孔,填料足量、增加透水性。合理调节各管井、浅井的运行方式,达到最优。
作者单位:聊城黄河河务局
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