井点降水法在输水管线施工中的应用

徐　岩

(闹德海水库管理局， 辽宁 阜新　123000)

井点降水法在输水管线施工中的应用

徐岩

(闹德海水库管理局， 辽宁 阜新123000)

【摘要】本文以辽宁大伙房水库输水应急入连工程为例，介绍了井点降水法在输水管线施工中的应用。实践证明，对于地下水位以下存在粉细沙地层的沟槽开挖，采用井点降水，可实现沟槽的干面开挖，避免坡面塌方，保证管线安装质量，加快施工进度，从而节省工程费用。采用井点降水，是流沙地层最优的施工排水方案。

【关键词】应急入连工程； 输水管线； 基坑排水； 井点降水

1前言

大伙房水库输水应急入连工程由北、南两段组成。北段工程由大伙房输水(二期)工程之鞍山加压泵引出，向碧流河水库供水。南段工程由碧流河水库向大连市供水。线路总长201.31km，由DN2800预应力钢套筒混凝土管(简称PCCP管)、钢管及隧洞组成。应急入连工程年输水量3×108m3，是一项大型输水工程。其中，北段工程2+500～4+000管线段埋深5～7m，采用明挖施工，临时边坡为1∶(1.4～1.5)。该段地层自上而下分别为：上层黏土和粉质黏土，层厚2～3m；以下为粉细沙层，渗透系数K为11.23m/d。地下水埋深一般为2～5m。

该段挖槽施工过程中，若采用明排地下水，粉细砂层必将产生流沙，导致边坡失稳塌滑，给施工带来极大麻烦。因此，做好施工排水是确保该段管线顺利施工最重要的前提条件。

2排(降)水方案的比较论证与选择

2.1施工方案1

由于该工程段地下水位较高(地下水位埋深2～5m)，故采用钢板桩支护方案。钢板桩支护会涉及地下水进到开挖槽内的情况，对沟槽基础影响较大，当开挖面低于地下水位时，土体的含水层被切断，地下水就会从沟槽侧壁和沟槽底渗入到开挖槽内。槽内虽然有明排泵排水，但仍然会有滞留水使槽底基础强度降低，压缩性增大。另外，由于线路太长，钢板桩用量过大，钢板桩施工难度加大，会直接影响工期。所以，第一方案不可行。

2.2施工方案2

按设计图纸放坡开挖，采用槽底挖集水坑明排水方案。经比较，放坡明排水开挖不但会使槽底基础强度降低，压缩性增大，还会由于地面2m以下为粉细砂层，当槽内被动土含水量增加时，导致土体强度、刚度降低，出现边坡失稳产生流沙的可能性。从施工角度看，在地下水位以下开挖，地下滞留水增加开挖机械施工难度，管线安装的施工难以顺利进行，地基在滞留水的长期浸泡下，地基强度大大降低，也降低了地基承载力。为保证管线沟槽开挖的顺利施工，同时，保证管线基础地基强度不受损失，就是要在地下水位较高且设计开挖沟槽基础低于地下水位时，采取降低地下水位的措施，使沟槽内保持在干燥状态下施工，所以最后确定井点排水方案。

井点降水优点是:沟槽开挖施工和管线安装施工不受渗水影响；地基强度不受影响，地基承载力不降低；施工进度加快。

3井点排水计算

3.1基坑降水深度设计

该工程沟槽开挖深度大于7m，底宽5m，放坡系数1∶(1.4～1.5)。要求将远离井点一侧的地下水位降到槽底0.50m以下。综合考虑，将最小降深确定为7.50m；对于沟槽深度大于7m处，则根据实际深度确定最小降深及井点埋深。

在采用管井井点降水的同时，基坑开挖仍应设置明沟。其作用在于收集基坑和边坡局部渗水及其他地下水。该工程管线为单线安装。考虑施工场地布置及操作影响，管井井点沿沟槽单排布设。具体位置见右图1。

图1　井点降水剖面单位:m

3.2基坑涌水量计算和井点设计

基坑降水的涌水量与场地水文地质条件、基坑形状大小及补给水边界条件等有关。根据地质勘察报告所提供的工程水文地质条件，该工程降水按无压非完整井计算。渗透系数K=11.23m/d，滤水管长度选定为2m。

a.井点管埋深：

H′=H1+Δh+iL+l

式中H′——井点管埋设深度，m；

H1——井点管埋设至基坑底面的距离，m，取7m；

Δh——降水后地下水位至基坑底面的安全距离，m，取1m；

i——水力坡度，单排线状井点可取1/4；

L——井点管至水井中心的水平距离，m，取13.5m；

l——滤管长度，m，取2m。

由此求得H′=7+1+1/4×13.5+2=13.475m，取H′=14m。

b.影响半径R:

式中S——井点管内水位降落值，由于地下水位2m，基坑开挖深度7m，水位要降至基坑以下0.5m，所以S=7-2+0.5=5.5 m；

H——井水有效深度,H=H′-H=14-2=12。其中，H取地下静水位。

c.含水层有效深度H0:

=1.84×7.5=7.5m

d.基坑涌水量计算:

采用大口井法预测基坑涌水量。

将窄长式基坑视为一眼“大井”。该方案按工程质量评定项目划分管线，每120m作为一个单元进行计算。 计算基坑假想半径：

式中F——集水井平面面积。

由此求得基坑渗水量：

Q=1.366K×(2 H0-S)S/(lg(R+R0)-lgR0)

=1.366×11.23×(2×7.5-5.5)5.5/

lg(124.5+22)-lg22=3549m3。

式中K——土的渗透系数，m/d；

H——含水层厚度，m;

S——水的降低值,m;

R——抽水影响半径;

R0——基坑的假想半径。

e.每根井点最大出水量:

=338m3

式中r——井点管半径，为0.2m；

l——滤管长度；

K——土的渗透系数。

f.确定井点数:

n=m×Q/q=11.55，取12。

考虑堵塞等因素的井点备用系数，一般取m=1.1。

g.井点管最大间距

D=L/n=10m，取10m。

式中L——单元工程长度。

4井点排水设计

4.1井点平面布置

根据上述计算结果，沿输水管线每10m设一个井点。具体布置见右图2。

图2　井点平面布置图单位：m

4.2排水沟设置

在施工路一侧距离井点24m处设置排水沟，将地下水明排至自然沟渠。排水沟底宽1m，坡度系数1∶0.5。

沟槽两侧排水沟通过3寸泵将局部渗水排到地面排水沟。

4.3井点降水结构

井点直径0.60m。井管采用直径400mm钢筋竹笼，滤管长度2m。滤管部分及混凝土井管外用碎石进行填充。滤管外缠两层过滤网。井点结构见图3。

图3　井点结构

4.4抽水设备选择

管井井点降水每一个管井单独用一台水泵进行抽水以降低地下水位。该工程降水深度较大，采用型号为150QJ 32-30深井泵式潜水泵，其优点是：安装简便、耗能少、效率高、成本低。

5井点降水作业及效果

5.1井点降水作业程序

a.先将地面排水沟挖好，并与自然渠道连接，防止排出的地下水淹没农田。

b.在沟槽开挖前7d完成井点降水施工准备。

c.沟槽开挖前5d进行第一单元打井施工。

d.每天完成一个单元的打井施工，其单元长度与管道安装进度相同。

e.提前4d对即将安装管道的单元进行抽水。

f.抽水4d后进行该单元的沟槽开挖。

g.沟槽开挖、管道安装、回填期间井点抽水不间断，直至施工区回填完成后停止抽水，进行抽水设备拆除，安装至下个施工区，循环进行，确保施工连续性。

另外，抽水值班人员要加强责任心，及时检查井点水泵出水情况，发现问题及时更换水泵。

5.2井点降水效果

在大伙房水库输水(二期)营盘配水站施工中，开挖钢管管线3号支墩，采取放坡明排明挖施工，开挖深度8m,设计开挖坡度为1∶1.2，设计开挖量2300m3。据地质勘探资料，其地面以下3m为粉质黏土，3m以下为粉细砂层，地下水位埋深3m。开挖至7m时，因地下水位过高出现流砂现象，至一定程度后边坡开始塌方，机械继续开挖已塌方土方，越挖塌方越厉害，塌方超过设计边线10多m，最终采用打木桩模板支护才开挖到设计面高程，延误工期3d。

因为有营盘配水站施工教训，所以该段工程采用井点降水方法，按计算井点间距10m、井深14m施工，经过实际开挖施工检验，计算数据合理，开挖时工作面及沟槽底面和坡面无渗水、塌方现象，每天开挖沟槽长度200多m。安装混凝土输水管(PCCP管)30多根，每根管长6m、内径2.8m,地基承载力试验完全满足设计要求。

6结语

应急入连工程四标段的施工实践证明，对地下水位以下存在粉细砂地层的沟槽开挖，采用井点降水具有以下优点：

a.工程质量提高。采用井点降水后，可以实现沟槽的干面开挖，避免坡面塌方；基底无水，方便了施工；提高了地基承载力，加快了管道安装进度，保证了管线安装精度。

b.工程进度加快。提高了机械施工效率，加快了施工进度，为工程赢得了工期。

c.经济效益显著。井点排水不仅确保了工程质量，保证了施工安全，而且改变了施工条件，节省了施工材料、机械设备台班和人工，也节省了工程费用。

中图分类号：TV551.4

文献标志码：A

文章编号：1005-4774(2015)02-0035-04

Application of Well Point Dewatering Method in Water Pipeline
Construction

XU Yan

(NaodehaiReservoirAuthority,Fuxin123000,China)

Abstract：In the paper, Liaoning Dahuofang Reservoir water conveyance Dalian entrance project is adopted as an example for introducing the application of well point dewatering method in water pipeline construction. Practice shows that for ditch excavation below underground water level with silty fine sand stratum, adopting well point dewatering can realize dry surface excavation of ditch, avoid slope collapse, ensure pipeline installation quality, accelerate construction progress, and save project cost. Well point dewatering is adopted as the best construction drainage plan in the quicksand stratum.

Keywords：emergency Dalian entrance project; water pipeline; foundation pit dewatering; well point dewatering