坪上应急引水工程富水软基管道安装施工简述

2010-08-15罗中元刘彦卫

山西水利 2010年2期

罗中元，刘彦卫

（1.山西省滹沱河坪上水利工程管理局，山西太原 030002；2.山西省水利建筑工程局，山西太原 030006）

1 概况

坪上应急引水工程位于忻州市定襄县、忻府区、原平市和五台县境内，其引水点以坪上泉域的泉水为水源，水源地位于五台县境内的滹沱河干流及其支流清水河上，距定襄县城约40km，距忻府区约60km。供水干线管道自甲子湾村西南引水隧洞出口调压池开始沿滹沱河右岸河滩埋设，管线走向先向西北方向途经南湾、谭村、新堡、张家庄、东建安、大建安、檀上村绕过系舟山，在瑶池村西南穿越滹沱河，向西南方向经宏道至季庄西北进入季庄加压泵站前池，干管长30.37km，其中PCCP管道长9.91km（富水软基5km），玻璃钢管道长20.46km（富水软基18.5km）。主要富水软基段分布如下：从桩号7+550～17+441.8除个别平面转点位于岩石基础上外，其余大部分管线的地质条件基本相同。

2 施工中存在的主要问题

软基部位的地下水位本身就高，再加上管线沿途经过的农田基本上是水浇地，表层土的持水量相当高（包括2km长的水稻地），2008年7月施工队伍进场后，发现多数管线部位形不成施工道路，有些部位甚至连工程机械都进不去。施工道路和有效的降水措施成为制约施工进展和工程质量的主要因素，不能形成施工道路，不能成功降水，管线开挖、安装、回填等工作无法正常开展。

3 解决措施

3.1 施工道路

施工道路是所有施工工序能够正常进行的前提。因此要在合理规划每段施工道路使用周期的前提下，采用经济合理的方法尽快形成施工道路。施工道路的形成尽量一步到位，因为这样可以将管材提前按照排管图排放在管沟边，为下一步施工创造有利条件。

富水软基管线施工中，由于管槽边施工道路不易形成，需要投入一定的资金修筑。首先确定每段管槽边施工道路使用周期，其次确定修筑标准，最后确定修筑方案。在解决施工道路时，该工程综合利用了时间、空间方面的有利因素，形成了多元化的解决方案。对使用周期较长的路段，采用砂砾或乱毛石铺填50cm厚以形成施工道路。其缺点是拆除、恢复耕地时，由于部分砾块石被挤压入下层的耕植土中，很难彻底拆除干净，群众意见较大。在附近有干的取土场，而且施工道路使用时间不太长时，采用铺填80cm厚的干土形成施工道路。其缺点是耐久性差，由于下部土层含水率高，一方面容易被压翻浆，另一方面容易遭到降水破坏，优点是易拆除，没有遗留问题，群众易于接受。在PCCP管道安装中，由于PCCP管材比玻璃钢管材要重得多，运输车辆大，对施工道路要求较高，铺填工程量很大。鉴于年内不能完工的情况，将地下水位高、地表承载能力差的瑶池段PCCP管道运输安排在冬季，这样个别管线段可以不修路，即使在需要修路的管线段，也缩减了不少工程量，降低了施工道路的修筑费用。

水稻田段的管线施工道路很难形成，不仅修路费用高，而且对稻田的影响大，村民意见很大。鉴于这种情况，该工程利用冬季施工，穿越了多数稻田，取得了良好的效果。

3.2 工程降排水

3.2.1 轻型井点降水

在6+500～7+130段管线施工中采用轻型井点降水。其优点是当地质条件变化不大、降排水深度较小时，采用该方法降水可使设备一次到位，工程量也较小。缺点是对地质条件适应性差，不适用有砂卵石层的地质条件，且对地下水涌水量变化的适应性也较差，降水深度受最大吸程的影响。该工程采用2台18kW的真空泵，配合使用直径48mm的花管（间距1.2m），在管沟两侧布置，开挖深度小于5m时，降水效果较好。由于管沟开挖深度多在5m左右，井管排水方法所形成的降水漏斗有些高，在管沟开挖的底部地下水再次出露，所以试用了630m，其后的降排水工程没有继续采用。

3.2.2 井管降水

在20km的富水软基管线工程施工中，有18km采用了井管降水。在7+550～13+850段管线施工中，井管降水效果非常好，管槽开挖深度多在5m左右，管槽开口宽度13m左右，管线右侧打井降水，打井深度15m，井间距10m，无砂混凝土管的内径为35cm。根据不同地段用水量的不同，井内选用不同流量的潜水泵，其中最大泵35m3/h，扬程26m，最小泵15m3/h，扬程26m。每段管线降水最少提前5～6d开挖，如果排水周期短，边坡土体含水率高，容易造成边坡塌滑。开始由于排水周期短，边坡的不良级配砂颗粒较粗，管槽开挖过程中的边坡塌滑现象比较严重。随着施工的进展，逐渐将排水周期延长，排水效果明显好转。

3.2.3 降水效果比较

在20+400～20+800段施工时，尝试采用单排单管单泵的井点降水并配合潜水泵明排的方法降水。井管直径38mm、井间距10m，井深6～8m，使用防沙自吸喷射泵（流量6m3/h）。受井深限制，当管槽开挖深度在5m以内时，配合潜水泵明排，降水效果较好。当个别部位开挖深度大于5m时，明排水泵的压力增大，降水效果明显变差。

在21+924～25+020段施工时，由于管线周围的土质渗透性差，正常情况下的超前排水达不到预期效果，迫于进度压力，在降水效果不太理想的情况下，必须继续开挖。此时，需要配合一些潜水泵明排降水，以保证施工的正常进行。遇个别部位土体保水性能特强、土体自稳能力极差、出现塌滑现象时，施工被迫停止。但已开挖部分的排水不停，3~5d后，当再次开挖时，边坡自稳能力有所好转。这种方法对短距离、黏粒含量较高、管井降水效果不太明显的管线比较实用。

3.3 管线开挖

预排水达到一定效果后，开始管线开挖。开挖过程中，要观察降水效果和地质条件的变化，根据这些变化改变开挖方法和采取一些支护措施来确保边坡稳定安全。在13+500～13+000段开挖时，发现边坡为级配不良砂，流动性特强。针对这种情况，在边坡两侧采用直径20cm、间距50cm的松木桩支护，取得了良好的效果。当发现降水效果差、土体含水量较高的情况时，除配合潜水泵明排，在开挖上也要采取相应的措施。

3.4 管道安装

对玻璃钢管而言，管材较轻，一般采用汽车吊，移动方便，为充分发挥管道安装的专业人力资源、设备资源的施工能力，通常情况下会安排2～3个工作面来满足一个安装队伍的安装能力。该工程每根玻璃钢夹砂管自重约4t，每个安装工作面采用一台16t汽车起重机配合2个3t的手板葫芦吊装管道，每两个邻近的工作面共用一支安装队伍，正常情况下，开挖力量和安装力量均能高效发挥其作用。个别工作面由于地质或降水效果不理想，需要缩短循环进尺。迅速通过某一区域时，要统一部署管道安装任务，使其迅速通过。对PCCP管道而言，由于管材本身较重，要求吊车的起重吨位较大，通常采用履带吊，大吨位的履带吊不适宜于长距离移动，一个工作面一台吊车，该工程每根PCCP管道自重约12t，采用一台80t的履带式吊车配合2个10t的倒链安装作业，正常情况下每个班可安装10根管道。

3.5 管沟回填

管道安装工程设计时，通常考虑用原土回填。在富水软基中使用原土回填，一方面管道安装从开挖到回填历时不会很长，含水量较高的土壤没有足够的脱水时间，另一方面管道安装工程沿管线的征地范围有限，不会征用足够的晒土场。用这样的土体回填管沟，回填质量达不到设计要求。解决该问题时，在富水土质管段，利用管顶以上表土以下的沟边土（这部分土壤沥干时间长，含水率低）回填管Ⅰ区；在富水低液限粉细砂、淤泥管段，将管Ⅰ区置换成碎石回填，可以满足设计要求。在管Ⅱ区以上的管沟回填，设计压实度相对较小，全部采用原土回填。