输水工程地下高水位降水措施分析

2017-04-09张鹏飞

山西水利 2017年9期

关键词：明沟井管井点

张鹏飞

（山西省漳河水利工程建设管理局，山西长治 046000）

技术与应用

输水工程地下高水位降水措施分析

张鹏飞

（山西省漳河水利工程建设管理局，山西长治 046000）

管线工程沟槽开挖、地基处理、管道安装等工程出现地下高水位、穿河段、顺河段等不良地质条件或雨季施工。经过分析、土样监测、降水方案比选，选择合适的降水方式，计算排水量，最终选定降排水方案，保障高水位施工段的顺利施工。

地下高水位；明沟降水法；井点降水；土样监测

管线工程沟槽开挖、地基处理、管道安装等工序，都要求严格的施工条件。工程出现地下高水位、穿河段、顺河段等不良地质条件或雨季施工时，保证施工正常进行的措施是降低水位。要分析现场水文地质情况，选择合适的降水方式，计算排水量，并最终选定降排水方案，保证水位至少低于工作面0.5 m。

1 土样试验检测

采集管线在不同地段的不良地质土样（取土深度为3～5 m），对所有样点进行筛选、剔除异常值后，统计和分析特性如下。

含水量大，天然孔隙比大。不良地质段原状土样的含水量一般大于20%，统计的平均值为31%，有些区域的含水量可达50%。孔隙比一般在1.0～2.68，统计的平均值为1.6。说明该土体的抗剪强度小、压缩性高[1]。

土体接近完全饱和。研究土样的饱和度为80%～92%，统计均值为90%。

垂直渗透性低。土体的固结速度慢，水平渗透性比垂直渗透性高。

抗剪强度低。试验显示软土的快剪强度均值为8.35 kPa，其值随着土层的深度而提高；内摩擦角一般较小，也有达29°的。

压缩性高。压缩系数α1-2的统计均值为1.17 MPa-1，最大的达到3.3 MPa-1。

承载力低。该土体的地基承载力区间在20～130 kPa，平均值为98 kPa，不进行地基加固，无法满足施工标准。

2 降水方案的对比

根据地下水位、地下水量、土壤类别、管道埋设深度，管沟降水常采用的方式，有明沟降水法、轻型井点降水法、管井降水法和大井点降水法、沉井降水法。

明沟降水法，在沟槽两侧各挖出一条明沟，明沟沟底标高低于沟槽沟底标高，将地下水收集后排入集水井或集水坑，再通过水泵抽吸排出，保证了施工期所需的干燥面。明沟降水法最简单、有效，适合于地下水位不高、水量不大、无流砂的管沟降水[2]。

轻型井点降水法，又称小井点降水。沿管沟两侧钻井至含水层或滞水层，然后将带有滤水孔眼的小型井管置放到井内，井管四周填充滤水材料，以降低水位。适合地下水位较高、水量较大、粉土、亚砂土、砂上土质以及流砂的管沟降水[3]。

管井降水法，在沟槽外围布置一定数量的井，周围高于管井的地下水在重力作用下流入井中，用潜水泵将水抽出。理论上，适用于深度大于15 m，渗透系数取值范围10～250 m/d的土层。根据施工经验，只要保证成井质量，在超出理论范围，渗透系数小于10 m/d的土层中，井深为12 m的降水井群，也能取得理想的降水效果[4]。

大型井点降水法，在降水区内钻大型井孔，安装滤管及深井水泵，将地下水抽吸排出。特点井管管径大，降水覆盖区域较大，多用于大型建筑物的地下降水，输水工程的沟槽开挖降水很少采用[5]。

沉井降水法，在降水工作面上，预先制作钢筋混凝土筒身，待混凝土达到一定强度后，在井筒内分层挖土、运土，借沉井筒自重产生的压力，使筒身下沉形成深基坑积水，多用于管线工程中顶管施工降水。

3 制定降水方案

3.1 选定降水方式

管道沿线地下水位较高，基底发生淤泥、流砂等特殊地质状况，与设计管道基础的地质勘察报告存在较大偏差。为保证管道的正常铺设，满足工程的进度要求，对地下水位较高区域、沿河段和地势较为低洼区等地下水位高、土层渗水量大、沟槽开挖较深的区域，加大降水措施。

综合考虑工程进度要求和实际地质水文条件，依据土样检测结果，采取双排轻型井点降水法和明沟集水坑排水法相结合的施工措施来降低地下水位，将水位控制在管道基础底0.5 m以下，保证施工所需作业面的施工条件。

3.2 降水方案

施工区特点：土体含水层比较厚，含水量大，地下水位高；地下水补给丰富；土体不同深度包含有透水层、阻水层，相互交叉，会使部分水量难以排出，则沟槽开挖后边坡可能有少量滞水难以排出，边坡稳定性降低。

制定降水方案时，沟槽两岸顶面应做缓坡，沟槽附近不得设置渗水井，防止雨雪等通过渗水井进入沟槽，保持边坡稳定。

3.2.1 轻型井点降水

降水井施工流程：测量放线确定井位、钻机准备工作、钻孔工序（钻孔时土体自然造浆）、清孔工序（稀释泥浆）、洗浆合格后下入井管、井管包网、井管四周下填滤料、洗井、排水至清、开始抽降。

井点降水材料：井点管直径40～50 mm的钢管，带管箍，下端选取长为2 m的直径为10 mm的滤管。连接管直径为40～50 mm的塑料透明管、胶皮管，顶部安装铸铁头。集水总管直径为75～100 mm的钢管，钢管上安装接头。滤料粒径为0.5～3.0 cm石子。

机械设备：正循环钻机2台以上；W-1.0/7型空气压缩机（排气量1.0 m3/min，排气压力0.7 MPa）1台；内径300 mm水泥砾石滤水管；2～4 mm砾石滤料；降水量最大时可将用电容量提高至300 kW。

钻孔前注意事项：确认钻孔位置下方无隐蔽建筑物或埋线等埋置物；提前挖好泥浆坑，避免泥浆到处溢流；现场电器设备，应设置安全防漏电措施；配电箱应置于砌台之上，将电线架空或入地时应固定好，防止施工人员触电。

施工技术要求：钻孔施工时，采用正循环钻机，清水钻进，孔径500 mm，一径到底成孔；钻孔结束后换浆，彻底清除孔底沉渣；检查孔深合格后，下入水泥砾石滤水井管，内径300 mm，要保证井管连接正直、牢固。

滤料为粒径1.2～1.7 mm的砾石，不能含其它杂质；向井管四周填料时，应人工缓慢从孔口周围均匀下填，严禁一次大量倒入，保证井管正直、滤料密实；将滤料填至地面以下1.0 m后，用粘土封孔。

井管施工完工后须立即组织洗井，洗井时可采用空气压缩机及水泵联合洗井，直道井水出水为清水且出水量正常。

降水井布置：平面布置。防止地下水向沟槽内涌入，沿沟槽顶外平面1.0 m处布置降水井点，孔径为500 mm，井内均下入水泥砾石滤水管，内径为300 mm，在井管四周填入直径2～4 mm的砾石滤料或3 mm的石屑，滤料粒径视不同地质条件确定。

管井结构竖向布置。降水井点顺管沟排列，井间距约为10～15 m，井深10～15 m。

残留滞水的处理。沟槽坡脚挖设矩形沟坑，向里填充碎石等粗骨料将残留滞水明排引入管井或集水井中排出。

地面防渗措施。沿沟槽5 m范围内禁止设置用水点；沿沟槽边3 m范围内做好地表的排水工作，防止雨水、弃水渗入沟槽引起边坡稳定性降低，保持边坡稳定。

质量检验标准，孔深允许偏差±10 cm，孔径允许偏差±2 cm，垂直度许偏差1%，洗井水的含砂率小于5%可停止洗井。

3.2.2 沟槽明沟排水

工程所涉及的河道平缓，上游围堰截流后基本可以自留流出，基坑基本无余水，经常性排水采用明排结合井点降水的方案进行控制。

排水沟设置要保证地下水正常排出，也要保证有足够的施工面。排水沟设在距沟槽底角处0.35 m处，管沟长50 m，两端开挖集水井抽排水，集水井容量以需排水量为准；泄水渠设置在地面平行于管井轴线外1.0 m，明沟尺寸0.4 m×0.4 m（宽×深），内置土工布。

根据施工区域含水量高低情况，缩扩集水井距离。排水泵应保证现场24 h工作，设专人观测检查。

施工现场地面有水的区域，开挖速度应放慢，开挖30 m后停止开挖，观察排水沟的情况。观察管沟两边的土质情况，如发现管沟两边的土体有下滑或坍塌的迹象，应及时解决。

降排水工作准备好以后，先试排水，全程要检查所有的降水设备、排水管路、电器安装设备（闸箱、开关、线路）等，待整体合格后，才能开始连续降水。正常排水期间，要定期观测水位、流量的变化。沟槽开挖等各工序施工时注意保护周围的降水井。

3.2.3 降水方案实施过程的监测、维护、完善

降水监测：利用降水井进行地下水位观测，每隔4 h观测一次，直至水位达到施工要求为止；对观测记录及时进行整理，绘关系曲线，分析水位下降的趋势，预测地下水位下降到设计深度的时间并合理调整抽水井数；在整个降水期间，对水文地质条件差的地段增加降水井。

降水系统的维护：维持井点完好，定期检查、维修抽水设备，发现问题及时处理，确保施工正常进行；当沟槽回填或者附属建筑物基本完成时，降水工序可以结束，将全部降水井回填恢复；降排水期间，禁止向井内投放杂物，以免影响降排水质量。施工中无法避免落入杂物的井，应将井口绑扎封闭；已落入杂物的井，检查降水情况，严重受影响的再次洗井。

降水方案的完善：对特高水位的施工区域，须进行抽排水。根据情况设置抽水泵，抽排至渗水影响半径范围以外区域，不能影响施工道路，不能破坏临近耕地、附属建筑物。增设抽水泵后进行试排水，试排期间全面检查降水设施，包括设备、井点管线路、电器设备（闸箱、开关、线路）的安装等是否安全、合格，发现不妥立即处理，全部合格才可进行连续降水。降排水期间定期观察水位的下降情况、流量的变化。降水后地下水位至少保持在沟槽基底0.5 m以下，降排水才算有效。

3.2.4 质量安全保证措施

质量保证措施。

对成孔孔径和成孔深度进行测量验收。依据施工现场设置井点位置、土体物理性指标、地下水位，严格执行每孔的填砂量，控制打孔埋管施工工序，填砂数量和厚度符合设计。井孔坍塌，将井管拔除后重新进行冲孔。

插入井管时有地下水从井管内冒出，则确定孔底填砂质量良好、井管滤头插入泥土中、滤网透水性良好。否则此井质量不合格，需拔除井管重新打孔和下管。降排水系统运行一定时间后，水变清则井管的质量合格。反之，排水始终混浊甚至排不出水，需拔除井管重新打孔、下井。

安全保证措施。

操作冲孔机具时须安置平稳，防止机具突然倾倒或冲孔管下落，损伤使用人员或机械设备；钻孔完成且未下井时，必须用盖板封严，保证人员和设备的安全；经常检查设备运转情况，防止设备突然停止运行，影响降水效果，延误工期。