南水北调安阳V标项目降水方案的改进与优化

2012-08-31陈学才张全才王青峰中国水利水电第十一工程局有限公司

河南水利与南水北调 2012年22期

□陈学才 □张全才 □王青峰（中国水利水电第十一工程局有限公司）

南水北调安阳段总干渠AY23+000～AY24+300的1.3㎞范围内，原地质资料中地下水位均低于渠道底板设计高程，设计中未考虑降水措施。但在开挖实施中发现有地下水，水位高出渠道底板设计高程2.0～2.5 m。按照工程常规降水方法上报了《主渠道基坑降水措施》。在总干渠左右岸一级马道上各打一排井，进行深井降水，保证整个工作面干地施工。但该方案总投资较高，后经研究从非常规的技术层面解决了降排水问题，确保了工程施工顺利实施。

1.工程概况

1.1 工程地质情况

根据地勘资料，结合施工期开挖中的地层岩性，该段地层岩性自上而下为：①黄土状中粉质壤土，厚度2～3 m，底部海拔高程90.9～93.6 m；②黄土状重粉质壤土，厚度4～6 m，底部海拔高程85.8～89.7 m；③-1黄土状中粉质壤土，厚度8～10 m，底部海拔高程79.1～80.8 m，分布于桩号AY23+000～AY23+400；③-2黄土状轻粉质壤土，厚度4～6 m，底部海拔高程80.8～82.2 m，分布于桩号AY23+400～AY24+000；③-3黄土状重粉质壤土，厚度 4～5 m，底部海拔高程 80.8～83.3 m，分布于桩号AY24+000～AY24+300；④砂壤土，厚度2m左右，底部～高程77.3～79.5 m；⑤卵石，厚度未揭穿。第③层土层岩性不均、相变较快。渠底板位于第③层顶部。本段地下水类型为第四系松散层孔隙潜水，具承压性，含水层为第③-2层黄土状轻粉质壤土、第④层砂壤土和第⑤层卵石。据安阳段初设报告资料，2004年2月该段地下水位海拔高程87.01 m，预测多年高水位海拔高程89.5 m左右，高于渠底板3.7 m左右，施工期观测该段地下水位海拔高程88.10～88.87 m，高于渠底板2～3 m左右，该段存在施工排水问题。

1.2 工程设计情况

总干渠主渠道边坡坡长20 m，坡比为1∶2，边坡衬砌C20W6F150混凝土厚度为10㎝，渠道底板衬砌C20W6F150混凝土厚度为8㎝。渠道设计断面图见图1。

图1 渠道设计典型断面示意图

2.降水方案的拟定

2.1 方案拟定

为了实现课题目标，项目部组织技术骨干，查阅了相关资料，召开了专题会议，提出以下3种方案。

2.1.1 采用渠底明沟加集水坑降水。

即在主渠道中间，沿主渠道方向，开挖1条宽1.5 m、渠道底板以下深2 m的明沟，明沟内填入20～80 mm碎石，顺渠道方向每50 m挖1集水坑，利用泵抽排至沉淀池而后排入万金干渠倒虹吸。

2.1.2 在主渠道底板左右两侧采用盲沟加集水井的方式进行降水。

即在主渠道底板左右两侧，顺渠道方向各挖1道底宽1.5 m，上口宽3.0 m，深2.0 m的明沟，各埋入1道直径250 mm的软式透水管，然后用20～40 mm的碎石将该明沟填实，顺渠道方向每50m打1集水井，抽排至沉淀池，然后排入万金干渠倒虹吸。

2.1.3 井点降水法进行降水。

即在主渠道中间，沿主渠道方向，布置1排水井，井内设无砂混凝土管。具体井间距、井深等数据根据实际出水情况确定，每口井的水均汇集到一总管直接排至万金干渠倒虹吸。

2.2 各方案的实验论证

实验开始前，首先使用洛阳铲，在渠道两侧下部打了8个观测孔，用于检测实验效果。

实验计划明沟底部暂高于渠道底板1 m，待实验成功后进行正式实施。2009年1月6日至1月23日，对方案一进行了可行性实验。实验过程中，集水坑内始终没水，但观察孔内水位变化很小，始终下不去。经过分析，原因是渠道底部宽17 m，渠底中间的明沟距离边坡距离大，而明沟只有2 m深，水位高差小，无法形成渗水“漏斗”，最终该方案被否定。

2009年2月9日至2月25日，对方案二进行了可行性实验。在主渠道AY23+160～AY23+460段，首先顺渠道底板左右侧各开挖了1道明沟（沟底部暂高于渠道设计底板1m进行实验），又开挖了6个集水坑（间距50 m），6个集水坑内各放入1个0.15 m寸管道泵进行抽排。8个探孔进行水位观测。实验结果证明：方案二理论上可行，但边坡地下水涌水量很大，加上地质条件为沙壤土，水位只下水降1.1～1.5 m，坍塌严重，导致明沟淤塞，无法进行下道工序施工。

2009年2月27日至3月15日，对方案三进行了可行性实验。在主渠道AY23+160～AY23+460段主渠道中间，沿主渠道方向，布置一排深水井（共8眼井，7.5 kW水泵），井间距25～30 m、井深17～18 m(渠道设计底板以下13～15 m)。实验结果：方案三实际效果明显，排水1 d可下降地下水位2.0～2.8 m，无堵塞等异常情况，可以达到预定目标。最终选定方案3作为实施新方案。

3.新方案进一步论证及实施

3.1 对新方案的进一步分析

最终实现降排水成功，需要做好4个方面的工作：第一，通过观测、总结、分析，确定合适的井间距、合适的井径、合适的井深等参数，为后续实施提供可靠数据。第二，及时观测探孔、水井水位高程，首先控制日降水水位高度不超过20㎝。第三，在降水水位达到预定高程后，根据观测情况，调整水泵型号，控制涌、排水量平衡，让排水量微高于涌水量；先购买一定数量的2.5 kW、5.5 kW、7.5 kW、9 kW、11 kW等不同规格的潜水泵，根据工作进展情况，不足时再及时购买。第四，当涌、排水量平衡后，安装适宜的电磁感应开关，自动控制水泵开与关。

3.2 新方案实施

按上述方案实施，预计总投资为常规降水方法的65%。故很快就付诸实施。

第一，根据实验情况，综合计算出水井间距为20～25 m，水井直径取400～600 mm，渠道底板以下水井井深宜为13～15 m。已经成型的井，不再重新打井，降水效果不理想时，通过增加集水坑的办法解决；

第二，购置了水泵、电磁感应开关；

第三，2009年4月10日至2009年4月20日，连续每天观测探孔水位、水井水位、水泵间歇次数等数据，经分析调试，最终达到涌、排水平衡。各降水井的水泵型号及降水情况综合统计,见表1，降水井水位、出水量曲线见图2。

3.3 新方案实施效果

地下水位降至设计底板高程以下1 m，满足旱地施工要求，水位观测成果见表1。控制投资比常规降水方法减少投资约30%，经济效益明显，工程量对比见表2。

4.封井方案及实施

由于是在工作区域内打井进行降排水，在整个施工期间降排水工作不能中断，这样就存在着正常施工完成后水井封堵及原设计的混凝土底板是否存在漂浮问题。为解决该问题，考虑充分利用原设计中的单向逆止阀的作用，对降水井封堵处理工作进行了详细设计（见图3），并设计了特殊情况处理方案（见图4），降水区渠底结构为：8 cm混凝土+复合土工膜+保温板（厚2 cm和3 cm两种）+10 cm粗砂+10 cm中细砂。

图2 降水井水位及出水量曲线图

表1 水位观测成果表

表2 工程量对比表

4.1 正常情况处理方案

待全部降水区渠底衬砌完成，密封胶施工完毕后，开始进行水泵撤出、水井封堵工作。图3所示保温板底部向下开始2 m范围内用C10混凝土封堵，混凝土下部至井底使用砂、石混合料回填。水泵撤出之前，根据井深、井径准确计算出一口井需要的砂、石用量、混凝土用量，提前将砂石料、混凝土料准备到位，将水泵从井中提出，迅速向井内灌注砂、石混合料、混凝土。混凝土内应添加早强剂。每次应同时封堵多口水井。井体封堵过程中，当部分水井封堵完成后，地下水位上升，水压力升高，渠道单向逆止阀将发挥作用出水，需要提前准备黏土砖、砂子、水泥，在渠底垂直渠道方向，砌筑50㎝高的挡水墙，将已封堵完成区与施工作业区分开。并用水泵进行抽排，将未完成封堵工作的区域保护好，以保证正常施工。

4.2 特殊情况处理方案

按照上述正常情况处理方案进行井体封堵过程中，如果出现异常情况，比如当水泵从井内拔出后，井内水位上升特别迅速，来不及向井内填入石子和混凝土。这种情况下就要立即将水泵放入井内，继续抽排水，改为下述方法施工：在井内出水管距离渠道底板顶面高程30～40㎝处，加设1个阀门，见图4。水泵不停排水情况下向井内填石子和混凝土，首先向井内慢慢填入较大石子，注意不要将水泵砸坏，石子露出水面后，立即向井内灌注混凝土。待混凝土振捣完成后，停止排水，将该阀门关闭，立即按照上述“5.1”项完成井口封堵工作。该方法是水泵不再回收，将水泵和联接出水管、电缆一并永久埋入井内。