井点降排水在输水管道施工中的应用

2017-06-27王德霞

四川水利 2017年2期

关键词：井管输水管管井

王德霞，熊别

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，四川双流，610225)

井点降排水在输水管道施工中的应用

王德霞，熊别

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，四川双流，610225)

在工程建设中地下高水位对地下结构施工影响非常大，一般明挖法无法保障干场作业，更会造成基坑失稳，易产生安全隐患。南水北调配套工程输水管道施工中，高地下水严重影响到管道安装进度及质量，项目部通过方案对比、现场试验，最终采用井点降排水措施中的管井法，经过降水计算、井点布置、降排水实施，有效控制了地下水位，保证了施工质量。

输水管道降水计算井点布置管井法井点降排水措施

1 工程概述

1.1 工程概况

沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元第一标段，主要承担向市、镇的输水任务，输水管道主要由2大部分组成，包括泊头市段和交河镇段，全部由石津干渠设置的2个分水口门引水至泊头市水厂和东辛阁水厂，管道全长4.397km，管道的结构形式主要采用单排DN500和DN800球墨铸铁管(DIP)，在与泵站和水厂交接处采用钢管连接。

1.2 水文地质条件

本工程区勘察揭露地层均为第四系全新统松散沉积物，近地表为以冲积为主的地层，岩性为浅黄、棕黄色、灰黄色粉粒含量较高的砂壤土、壤土，局部为粘土或粉砂。其下为以冲积、湖沼沉积为主的地层，岩性为褐灰和灰黄壤土、粘土、砂壤土，局部为灰色～灰黄色粉砂。

本工程区勘察期间浅层地下水属第四系孔隙潜水，水位埋深1.8m～3.6m，水位标高10.0m左右，主要受大气降水及五号干沟沟水变化影响。地下水位动态年变化幅度2.0m左右。

2 井点降水方案比选

根据设计图纸，管道底部距地面4m左右，现场实际情况地下水位在地面以下2m左右，结合以往施工经验，进行了三种排水方案对比，一是明排法，将开挖断面加大，在基础面底部一侧开挖排水明沟，每间隔20m开挖集水坑集中抽排，经现场试验，排水效果差，无法保障管道安装建基面干场作业，而且增加了开挖回填工程量，此方案不行；第二种方案是轻型井点降水法的插管法，先开挖一层至出水断面高程，然后每间隔2m造孔，孔径5cm，孔深至建基面以下2m，本次试验造孔深度为4m，选择直径为4cm的PVC管，将伸入地下最端头2m范围开花孔，并用无纺土工布包裹，直接插入造成的孔中，每5根管道引出地面后接入直径10cm的主管再接入抽水泵抽排，现场试验该方法降水速度慢，效果不佳，而且容易在管的端部堵死发挥不了作用；最后选用轻型管井法实施，从涌水计算，管井布置到设备选型逐步进行确定，后期实施效果明显。

3 降水井点参数设计

3.1 涌水量计算

输水管道基本按直线型布置，在进行排水计算时可将其视为矩形基坑，长度取100m，宽度取12m，降水井的数量较多，井与井之间相互影响，为了使数据更加精确采用群井法计算。

3.1.1 影响半径(R)计算

式中：R——降水影响半径(m)；

S——基坑水位降深(m)，地下水位较浅，埋藏深度1.8m～3.6m，基坑开挖4m，地下水降低到基坑底板0.5m以下，计算时取5m；

K——渗透系数(m/d)，根据招标文件取0.0164m/d；

H——含水层厚度(m)，根据地质剖面取20m。

计算得R=5.7m。

3.1.2 基坑总涌水量计算

基坑远离边界：

式中：Q——基坑总涌水量(m3/d)；

K——渗透系数(m/d)，根据招标文件取0.0164m/d；

R——渗透影响半径(m)，取5.7m；

L——降水长度(m)，取100m；

H——潜水含水层厚度(m)，取20m；

h——降水后剩余含水层厚度(m)，取15m；

计算得Q=50.3m3/d。

3.1.3 单井涌水量计算

式中：q——单井涌水量(m3/d)；

K——渗透系数(m/d)，K取0.0164m/d；

d——为滤管直径(m)，计算时取0.3m；

l——为滤管长度(m)，计算时取0.5m。

计算得q=9.15m3/d。

设计在管开挖开口线1m处布置降水井，单排布置，降水井间距10m，井径(外)0.4m，内径0.3m，滤料厚度呈环状厚度5cm以上，设计井深为12m。

3.2 降水井的构造与设计

(1)井深：地面以下12m；

(2)井径：管井外径400mm，内径300mm；

(3)滤水管材管内径及规格：选用多孔无砂混凝土管，管内径300mm，外径400mm，每节管长1m；

(4)填砾厚度：环绕井管外壁50mm以上；

(5)滤料规格：采用颗粒磨圆度较好的3mm～5mm的豆石围填；

(6)含砂量：降水井抽水期间，水质清澈，不出现泥沙排出现象；

(7)管井内水位深度控制在地面下10m。

3.3 降水井布置

根据降水的目的，水文地质条件与渠道开挖的深度等因素进行管井的具体布置：沿管道布置方向单侧布置，降水井的深度取12m(可根据具体地质情况进行调整)，降水井的井距10m，井径(外)0.4m，降水井布置见图1。

图1 降水井布置(单位：m)

3.4 水泵选择及配备

管井降水水泵选用潜水泵：125QJ20-20/2，流量20m3/h,扬程20m，功率2.2kW。管井内抽出的水抽入基坑北侧排涝沟。

4 降水井施工

降水井施工工艺流程：定井位→挖泥浆池→钻机就位→钻井→换浆→下管→回填滤料→洗井→下泵→铺设排水管线→试抽、验收→降水维护管理。

4.1 井孔施工

降水井采用HG-1500型车载泵吸反循环钻机钻孔。测量放线确定井位，钻机就位后挖泥浆池，加水开始钻进，钻进时比设计深度多钻0.5m以上，钻进过程中注意泥浆浓度，必要时加水稀释。钻孔完成后，立即按下述成井工艺进行施工。

4.2 成井工艺

安装管井装置的工作称为成井工艺，它包括安装井管(井壁管、过滤管和沉淀管)、填砾、洗井、试抽等工作。

4.2.1 安装井管

洗井结束后，安装井管。滤水管为内径300mm的混凝土滤水管。

井管安装前的工作：检查井的尺寸和深度是否满足设计要求；清理井底沉淀物，并适当稀释泥浆；检查井管的质量；反滤料及封闭用的粘土运抵现场。

4.2.2 下管方法

采用托盘法下管。将预置的井底用钢丝绳托吊放入孔口，然后将预置的水泥井管安装在井底上，并逐节下入孔内，直到全部井管下到预定深度。各井管之间采用竹杆或竹皮并用铁丝绑扎连接，为防止井内出现涌砂，各井管接头之间采用塑料薄膜进行封闭。

4.2.3 填砾

将筛选好的砾料均匀地投入井管与井壁之间的环状间隙中，填砾的目的是在过滤器与井壁之间形成人工过滤层，此过滤层可以增大过滤器四周的孔隙率和透水性，减小进水时的水头损失，以增大单井出水量，还可以起到滤水挡砂的作用，防止含水层中的细小砂粒涌进过滤器内。井管安装完毕后，必须立即进行填砾。填砾须沿井管四周均匀地连续填入砾料，速度不宜过快。

4.2.4 洗井及试抽

洗井须在下管、填砾之后立即进行。洗井的目的在于清除井内的泥浆和岩屑，疏通含水层，增强井孔周围含水层的渗透性，使过滤器周围形成一层良好的滤水层，使降水井达到正常的出水量。洗井时间须延续到水清砂净为止。方法为采用污水泵或潜水泵直接抽水，洗井结束后进行试抽。