流沙层不良地质段井点降水施工工艺关键技术研究

杜英飞 汪向阳

摘要：南方地区降雨频繁、降雨量大，且安庆地区临近长江，整体施工区域内渗水量大，流沙现象严重，河道岸坡开挖难度大、成型困难，通过现场实施轻型井点降水配合深管井降水相结合的施工方案，有效地保证河道开挖质量及岸坡整体稳定，降低了河道开挖过程中存在的较大安全风险。通过轻型井点降水配合深管井降水标准化设计方案及标准化的过程控制措施，保证了河道开挖过程中整體稳定及岸坡成型质量，为水系综合治理工程市场后期针对流沙层河道岸坡施工提供了宝贵的施工经验。

关键词： 沿江地区；流沙层；不良地质；降水；技术研究

1 引言

安庆市水系综合治理工程流沙层施工质量、安全风险极大，型体质量控制要求严格，采取轻型及管井相互配合的降水标准化设计方案，保证了施工过程的本质安全。通过现场严格控制地下水抽排及河道分层开挖标准，保证现场河道开挖过程中因地下水强渗而导致垮塌事故发生。同时保证整体岸坡成型质量及稳定。

2 目的和意义

工程区位于扬子准地台下扬子台拗沿江拱断褶带安庆凹断褶束，主要受郯庐断裂带的北东向次生断裂—头坡断裂控制，头坡断裂活动于燕山运动晚期及喜马拉雅运动早期，沿断裂带分布有石英正长斑岩及花岗岩体，该断裂走向北东、倾向南东、倾角约60°，西段强烈切割，岩石破碎并硅化。该断裂位于工程区的东南侧，直线距离约20.0km左右。

本工程区勘探深度范围内的主要地层有第四系全新统冲积层（Q4al），由淤泥，粉质粘土、粉质壤土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土与粉砂互层、粉细砂等组成，钻孔揭露厚度大于37m。根据安庆地区的地层岩性特点，按照不同的堆积、沉积环境特点和形成顺序，全新统冲积层（Q4al）分为⑧小层。区内地下水按其赋存特征和埋藏条件可划分为第四系孔隙潜水和季节性承压水。孔隙潜水主要赋存于上部壤土、互层以及粉细砂透镜体中，接受大气降水的补给，枯水期地下水向江、湖、河排泄，洪水期接受江、湖、河水补给。季节性承压水埋藏于粘性土层之下砂性土层中，勘察期间水位埋深一般为0.5～3.0m，与江水、湖水相通，承压水头的大小随补给区水位的变化而变化，地质条件差、流沙问题严重。现场河道开挖极难成型，对现场施工安全存在较大隐患，同时，开挖后岸坡施工整体质量问题严重，如何能较好、较快地完成该河道的开挖施工，并且在河道整体施工完成后如何保证后期整体稳定是本课题研究的只要目的。

3 国内外研究水平综述

目前国内水系综合治理工程正在前期开发阶段，河道开挖施工相关方案已初成规模，但针对沿江流沙层不良地质段标准的设计方案、标准化的施工程序及标准化的管理体系，保证流沙层不良地质段河道安全的施工国内尚无系统研究。

4 课题研究内容和实施方案

该项目北起泉潭峡，南至港桥泵站，全长约1000m，是港桥泵站前引河，距离长江约200m左右。属于粉细砂地质结构，根据地勘报告换算得出，渗透系数为2.678m/d（洪水期采用注水试验渗透系数最大值）。

因工期时间紧、任务重，工程需提前在洪水期就开始动工，并且土方开挖就是第一道工序。因地质条件属于粉细砂层，现场实地开挖后发现，粉细砂层会随渗透水流一并排出（流砂现象），这势必会造成边坡失稳以及地基承载力下降等现象。

本工程采取的措施是：河道采用跳仓式开挖土方，初步计划分段开挖河道长度为40m-60m，间隔围堰长度为40m-20m，利用跳仓可以起到一定的截渗效果。沿河道方向按设计间距沿路分布井点管，同时在间隔围堰上也按设计分布井点管，使每个仓的井点管形成“回”形或者“U”形。轻型井点降水可以很好的起到排水+截渗的作用（也起到挡水帷幕的效果）。在作业层上采用明沟和集水井的方式配合河道表面水的降水。

本工程河床底高程为6.0m左右，需全线采用轻型井点降水。井点降水可以避免大量涌水、涌砂、冒泥、翻浆，也可提高土方开挖河道边坡的稳定性，防止流砂现象发生，渗流向下改善土的性质，使基底土质更加密实。结合本工程河道施工主要在洪水期，周期较长的特点，采用轻型井点降水法，沿河道环状布置进行人工降水。

4.1 施工流程

放线定位 铺设总管 钻孔（或冲孔） 安装井点管、填砂、砾滤料，上部填粘土 密封用弯联管将井点管与总管接通 安装集水箱 开动真空泵排气，再开动离心泵抽水 测量观测井中地下水位变化 河道结束及回填完后拔管。

4.2 井点施工方法

①井点管的埋设，成孔用冲击式或回旋式钻机成孔，孔径为150-200mm，井深比井点设计深0.5m。井点用机架吊起并徐徐插入井孔中央，使之露出地面200mm。井点管与孔壁间及时用粗砂灌实，井点管要位于砂滤水层中间，并且井点管在地面-1.0m深度内用粘土填实，以防止漏气。

②井点管埋设完毕后应接通总管。总管设在井点管外侧0.5m处，一旦井点干管铺好后，用胶管将井点管和干管连接，并用8号铁丝绑牢。一组井点管设备连接完毕后，与抽水设备联通，接通电源，即可试抽水，检查有无漏气、淤塞情况，出水是否正常。如有异常情况，应检修后方可使用，如压力表读数在0.15～0.20MPa，真空度在90kPa以上，表明各连接系统无问题，即可投入正常使用。

③井点管的使用时，应保证连续不断的排水，并配有双电源以防断电。一般抽水3～5d后水位降落漏斗趋于稳定。正常出水规律是“先大后小，先混后清”。如不上水，或水一直较混或出现清后水混等情况，应立即检查纠正。

④待河道、一级护坡施工及养护完成后，方可拆除井点系统，拔出可借助倒链或杠杆起重机，所留孔洞用砂或土填塞。

⑤井点降水时，应对水位降低区域内的建筑物进行沉降观测，发现沉陷或水平位移过大时，应及时采取防护技术措施。

4.3 过程控制措施

4.3.1 质量控制

①施工前应有降水设计.当在基坑外降水时，应有降水范围的估算。在临近本工程的重要建筑物及公共设施上设置沉降观测点，开始降水时，应缓慢进行，防止降水速度过快，影响建筑物及公共设施地基发生不均匀沉降。随时观察地基沉降情况，控制降水速度。

②井点管间距、埋设深度应符合设计要求。各组井点系统的真空度应保持在60kPa以上，压力应保持在0.16MPa。

③降水系统施工完后，应试运转，如发现井管失效，应采取措施使其恢复正常。如无可能恢复则应报废，另行设置新的井管。

④降水系统运转过程中应随时检查观测井中的水位，了解降水情况，控制降水效果。

⑤为了保证达到有效降水，机械型号、功率须达到方案要求。并现场配有备用泵。

⑥井点降水设备正常工作后，应设置专人24小时不间隔值班，以防出现异常应及时修复。

⑦因河道范围比较长，宜在基坑中部设置临时井点系统进行辅助降水，井点环不能封闭时，在机械挖土有开行路线入口部位向基坑外侧延长10m作为保护段，以确保降水效果。

4.3.2 安全过程控制措施

①进入施工现场的作业人员，必须正确佩戴安全帽及穿戴好劳动防护用品。

②如有交叉作业应设专人监护或有防护措施，否则严禁施工，以免发生物体打击及碰撞事故。

③如在夜间施工安全照明必须充足。

④文明施工责任区划分明确，无死角，责任落实，并设有明显标记，便于检查、监督。

⑤施工用機械、设备完好、清洁，安全操作规程齐全，操作人员持证上岗，并熟悉机械性能和工作条件。

⑥施工现场在施工过程中出现的各种坑、沟、孔洞，施工单位应根据实际情况，设置标准的与地平行的安全沟道盖板或可靠的围栏、档脚板或警告标志。

⑦拉电源时，严禁将电线直接勾挂在闸刀上或直接插入插座内使用，必须用插头连接。

⑧施工单位应经常组织施工人员进行安全文明施工学习，使每位施工人员掌握安全文明施工知识，不断地提高安全文明施工意识，做到安全生产文明施工。

⑨由于井点降水处于湿工作状态下，电源安全装置须达到三级保护要求。

4.3.3 环保控制措施

①井点施工产生的泥浆、弃土应及时清运，运输时必须覆盖，避免产生扬尘和遗撒。

②排出的地下水应经过沉淀处理后方可排入专用管道。

③施工现场应遵守现行国家标准《建筑施工场界噪声限值》GB12523规定的噪声限值，发现超标应及时采取措施纠正。

5 结语

江淮地区降雨频繁、降雨量大，且安庆地区临近长江，整体施工区域内渗水量大，流沙现象严重，河道岸坡开挖难度大、成型困难，通过现场实施轻型井点降水配合深管井降水相结合的施工方案，有效地保证河道开挖质量及岸坡整体稳定，降低了河道开挖过程中存在的较大安全风险。通过轻型井点降水配合深管井降水标准化设计方案及标准化的过程控制措施，保证了河道开挖过程中整体稳定及岸坡成型质量，为水系综合治理工程市场后期针对流沙层河道岸坡施工提供了宝贵的施工经验。

参考文献：

[1] 张瑞瑾，葛洲坝水利枢纽工程的流沙问题及其解决途径[J].中国水利，1981（4）：36-38.

[2] 李国斌，高亚军，许慧.三峡水利枢纽上下游引航道冲刷措施研究[J].水利学报，2007（10）：239-245.

[3] 谈广鸣.通航建筑物引航道泥沙问题及其处理途径[J].水电能源科学，1998，，1（4）：54-58.