高水头大型深基坑降排水施工技术在南水北调中线工程中的应用

2015-03-22韩书冬田家兴河南省河川工程监理有限公司

河南水利与南水北调 2015年9期

□ 韩书冬 □ 田家兴 □ 单强（河南省河川工程监理有限公司）

1 工程概况

南水北调中线一期干线工程为Ⅰ等工程。白河倒虹吸工程为输水工程的一部分，其中白河倒虹吸工程分为管身段、连接段及渐变段、进出口闸室段和退水闸闸室段等主要建筑物均为1级建筑物。退水闸泄槽、消力池等次要建筑物为3级建筑，设计流量为330m3/s，加大流量为400m3/s。

2 基坑降排水应用分析

2.1 相比建筑行业，水利水电工程项目地下水补给较为丰富、地下水水头较高

建筑行业施工范围主要为城镇地区，而水利水电建设行业施工区主要在靠近地表水的区域进行施工，因此在基坑开挖施工过程中，虽然建筑工程施工也受地下水影响，但水利水电建设工程施工地下水的补给相比建筑行业要大得多，对工程建设的影响也相对较大。

2.2 相比建筑行业，基坑规模较大

建筑工程施工任务主要为房建工程施工，工程规模有限，而水利水电工程施工规模相比建筑行业要大得多，因此施工难度也相对较大。

2.3 相比建筑行业，基坑开挖地质条件较为复杂

由于建筑行业的工程主要为房建工程，施工范围主要为城镇地区，基础地质情况在施工前都已经多次查勘，比较清楚明了，但水利水电行业工程施工范围比较偏僻，在施工前针对工程施工位置的地质勘探相比建筑行业要少得多，地质情况的不确定因素也比较多。因此在水利水电工程施工过程中不能生搬硬套建筑施工工法，必须通过吸收和改良，形成一套针对水利水电建设行业的工法来满足施工需要。

3 施工工法特点

3.1 采用抽水强排方式代替防渗墙，解决基坑周边地下水补给问题

在建筑工程施工中由于施工场地受到限制，且施工规模比较小基坑开挖多采用直立边坡开挖方式，因此在防渗方面主要采用水泥灌注桩结合防渗墙的方式进行防渗。但在水利水电工程施工过程中，由于施工规模大、地质情况复杂，若采用同样的方式进行施工，施工成本较高，且不一定获得较好的施工效果，而采用强排方式解决基坑周边地下水补给问题，可根据现场实际情况及时调整，比较灵活，施工成本也相比较低。

3.2 在开挖工作面加密明排系统，解决基坑内部排水问题

在建筑工程施工中，基坑周边布置降水管井或采用高喷防渗墙方式进行防渗，由于施工规模比较小，降水管井影响范围基本可以覆盖整个基坑施工区域，比较容易达到较好的施工效果。但在水利水电工程施工过程中比较难以达到同样的施工效果，必须加密明排系统来解决基坑内部排水问题。

3.3 施工方法比较灵活，针对不同的地质情况可及时调整施工方式

在本施工工法中采取了多样化的施工措施“周边较高强度的管井排水+坑底网状轻型井点降水+辅以坑底四周明排”进行施工，因此在施工过程中可以根据现场实际施工情况及时进行调整以达到最好的施工效果。

4 适用范围

地下水补给丰富，施工规模大、地层构造复杂，相对不透水层埋置较深的深基坑降排水施工。

5 施工工艺原理

多种降排水措施综合使用，根据现场实际情况有针对性的对基坑开挖及降排水施工过程中所遇到的问题分别进行解决。如采用在基坑周边布置高强度降水管井，解决周边地下水补给问题；采用加密明排系统的方式，解决开挖期间开挖施工工作面排水问题；采用坑底布置网状轻型井点降水，解决建基面脱水、干地施工需要。

根据现场实际情况及不同地层施工的需要，及时对施工参数进行调整，保证后续主体结构混凝土施工要求。

6 施工工艺流程及操作要点

6.1 施工工艺流程

施工准备→降水管井施工→开挖临时性明排系统施工→建基面轻型井点施工。

6.2 降水管井施工要点

6.2.1 管井布置总体方案

根据工程的实际情况，管井的总体布置方案应与基坑开挖方案、水文地质条件紧密结合，主要考虑以下几个方面。一是分级降水方案:基坑较深，采用分级放坡开挖，并且基坑上、下含水层渗透性具有明显的差异，降水深度较大，排水量较大，因此管井排水采用两级排水方案。一级降水管井主要用来把地下水从天然地下水位（一级马道平台附近）降到二级马道高程以下，满足二级马道平台开挖条件；二级降水管井主要用来把地下水位从二级马道平台降到建基面附近。二是一级降水管井布置:在基坑开挖到天然地下水位布置一级马道，在一级马道平台内侧布置一级降水管井。由于一级管井主要降排基坑上层强透水层中的地下水，故管井深度以揭穿上层含水层为宜。上层含水层渗透系数大，其影响半径大，单个管井出水量大，故管井的间距适当大一些。三是二级降水管井布置:根据基坑开挖方案，初步考虑在EL121m平台布置二级马道，二级降水管井布置二级马道平台内侧。二级马道高程可根据一级降水管井降水效果进行调整。二级管井不仅要降排基坑上层强透水层中的地下水，还要降排下层中等透水层中的地下水，为了保证建基面干地施工，故管井应进入建基面以下一定深度。二级管井含水层平均渗透系数小，影响半径小，单个管井出水量小，故管井的间距应适当小一些。

6.2.2 单个管井出水量计算

由于管井排水降深较大，不宜按裘布依公式计算其出水量，现根据《供水管井技术规范》（GB50296-99）中过滤管可能过水量Qg及孔壁可能进水量确定其出水量。

6.2.3 管井间距

管井的总排水量按基坑总涌水量的80%进行计算，可根据管井排水总量和单个管井的出水量计算需要布设的管井数量。

6.2.4 管井深度

管井深度由地下水位降深、水泵吃水深度、底部沉淀管长度、水跃值等确定。在计算管井深度时主要考虑疏干边坡的地下水，并尽量降低基坑底部的地下水位，减少轻型井点的排水量，管井排水形成的地下水降落漏斗范围应尽量大一些，故管井应有足够的降深，达到额定的出水量。

6.2.5 管井结构

管井结构如下:上部为混凝土井管，下部6.00～7.50m采用同直径的无砂混凝土作为过滤管（孔隙率≥0.15），底部为沉淀管，过滤管外包土工布或60目纱网，井管与孔壁之间环状空隙填充级配良好、洁净的中粗砂作为反滤料。

6.3 明排系统施工

6.3.1 临时性排水施工

在开挖基坑面开挖纵横向排水沟（间排距10m），形成网格状。通过网格排水沟将地层中的水通过排水沟汇至布置的集水井后，将水抽排出基坑。当开挖面粘土岩脱水具有一定承载力后，采用机械进行开挖。

6.3.2 经常性排水施工

开挖至建基面后，在结构建筑物轮廓线外开挖形成封闭的排水系统，阻隔周边建基面以下的渗水以保证建基面干地施工。

6.3.3 轻型井点施工

当开挖至建基面以上20～30cm时，采用轻型井点将地下水降至建基面以下，保持建基面相对干燥作业。根据施工工期需要及混凝土分块情况，拟采用分段降水的方式布置轻型井点，分区段降排，降水完成一个区段浇筑一段的垫层混凝土，井点环形布置于每个区段四周，并超出设计结构线1m。

轻型井点系统由井点管、联接管、总管和抽水设备所组成。在地面上铺设集水总管，将各井点与总管用钢管连接。地下水经井点管、联接管和总管由抽水设备抽至周边排水沟。井管间距初拟为1～2m，井点造孔深度为1～2m，根据现场实际降水情况适时调整参数。混凝土浇筑期间建基面外侧设置有排水沟与集水井连通，排水沟深50cm，以保证混凝土施工期的排水。