水利工程中河道软基超大深基坑降水质量控制技术*

李 莹，刘淑敏，唐棋滨，巴达荣贵

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

近年来，随着我国水利工程建设不断快速发展，深大基坑工程越来越多[1-3]。在进行基坑开挖时，若地下水位较高，则极易发生由渗流引起的工程事故[4]。对于此类工程问题，可由基坑降水解决[5]。基坑降水一方面可使施工在干燥的环境中进行，另一方面有利于维持基坑稳定性。然而，基坑降水会导致基坑周围的渗流变得复杂，对周围构筑物产生一定影响[6-7]。因此，为了保证基坑施工顺利快速完成，必须根据工程具体情况、工程地质及水文条件选择合适的基坑降水方法。

基坑降水目前主要采用以下方法[1]：明沟排水法、井点降水法、截水与堵水等，其中，最常用的方法为井点降水法。

1 工程概况

1.1 水闸、船闸工程概况

北支江上游水闸、船闸工程项目主要包括新建上游水闸和上游船闸等。水闸由上游钢筋混凝土铺盖、闸室、下游钢筋混凝土护坦组成，左岸与护坡亲水平台相接，右岸与船闸上闸首相邻。闸室为平底开敞式结构，由闸底板、闸墩、工作闸门等组成。水闸共3孔，每孔净宽60.0m，闸底板顺水流方向长30.0m，闸室总宽225m(不含船闸)，闸墩宽7.5m，闸墩顶高程为6.700m。采用驱动式翻板闸门，尺寸为60.0m×4.5m(宽×高)，采用液压启闭机操作。

根据选定闸址的枢纽总体布置，通航建筑物为一线单级船闸，布置在枢纽右岸，左邻泄洪建筑物，右毗岸边侧与亲水平台相接。船闸主要建筑物包括上闸首、下闸首、闸室、上游引航道和下游引航道5部分，根据船闸规模、等级和过闸方式等要求，船闸主体建筑物及上、下游引航道总长346.0m。本基坑设计使用年限2.0年，基坑安全等级一级，安全重要性系数取1.1。

1.2 工程地质

上游水闸位于北支江上游，距离现状上堵坝约50m。场区北侧为在施泵站，南侧现状为农田，地面高程为5.630～9.090m，场区水面宽约300m。场地地貌属富春江冲海积平原与山体交接部位，地势较开阔。

根据勘探揭露的地层情况，上游闸线基岩为燕山期入侵的花岗闪长岩，埋深30～50m，左岸埋深浅、右岸深。按地质时代、成因类型及工程特性，自上而下划分为7个大层，细分为17个亚层和1个夹层。土层性状如表1所示。

表1 各土层物理力学指标

2 基坑排水

2.1 初期排水

按围堰基坑围护面积计算，基坑积水约17.5万m3，考虑基坑渗水及降雨因素，总排水量取1.5倍基坑积水量，则初期排水量约为26.3万m3。初期排水强度按912m3/h考虑，基坑初期积水约12d可抽干，平均水位下降速度约0.25m/d。

围堰在堰体施工闭合后根据基坑规模，在下游围堰南侧布置1座泵房，共布置5台250WL 400-13-22离心泵作为主要排水设备。

2.2 经常性排水

经常性排水主要是汇集于基坑的降雨与基础渗漏水、施工过程中的废水等，基础开挖时基坑内设置断面为0.5m×0.5m的排水边沟，同时每20m设置一集水坑，集中抽排基坑内雨水及地下水到围堰外。经常性排水强度按400m3/h考虑，抽水泵房设100WL80-13-5.5水泵5台。

2.3 抽水设备配置

由于经常性排水量较初期小，故设备按初期排水强度配置，如表2所示。

表2 抽水设备配置

3 降水井排水

3.1 降水井设计

1)降水井布置

基坑布置疏干井(管井)，水闸段分别在闸上0+007.00、闸下0+037.00设置2排降水井，船闸闸左(右)0+003.00竖向设置1排降水井，降水井间距一般为10m，根据开挖降水前情况，可适当调节管井数量及平面位置，降水井直径800mm，深15m，插入标高-11.000m或进入⑤1淤泥质粉质黏土1.0m，共布置控制性降水井91口。

2)井管构造

井点系统由潜水泵和管井组成，管井构造如图1所示。井孔直径800mm，井管采用φ300mm PVC管，PVC管上打φ14@50孔，呈梅花形布置，外包70目钢丝网和塑料丝网3层，用6目铅丝网绑扎。

图1 管井结构

3.2 管井降水施工

3.2.1施工准备

1)进行现场临时设施及临时用水、用电的搭设和布置工作。

2)根据设计和施工进度要求配置机械设备。

3.2.2工艺流程

管井降水工艺流程如图2所示。

图2 管井降水工艺流程

3.2.3工艺要点

1)成孔 考虑到本工程地质细砂中含带圆砾，故采用冲击钻机成孔，其孔径应≥800mm，深度大于设计深度，并确保钻孔圆正垂直；钻孔时收集土样，确认含水层的位置和土的颗粒组成。

2)清孔 在井管未下井时应首先进行清孔操作，一般使用清水置换，再通过砂石泵排除沉渣，同时测出孔的深度。

3)下井管 按设计构造要求下入井管。

4)填滤料 待井管下至设计深度后，稀释井内泥浆至合适比例，之后马上在井管周围灌填级配碎石，并用黄泥封孔。回填砂滤料过程中，要沿井点管周围均匀填充，使滤层厚度相同，填砂滤料用量须符合规范要求；井点下沉结束后，要立即检验井点的渗水能力；在砂滤料从井点管四周灌进井孔的过程中有泥浆沿井点管内流出，或清水注入井点管内迅速渗透下去，即可认定井管质量良好。若水无法向下渗透，应立即妥善处理。

5)洗井 完成上一步骤后，必须按要求洗井，利用污泥泵对井底不断抽洗以确保渗水效果。

6)抽水试验 作最大降深抽水，用稳定流原理计算出水量，测出静止水位和降深。

7)安装水泵和控制电路 安装前检查电机和泵体，水泵功率P=7.5kW，扬程H=50m，流量Q=50m3/h，设备检查无损后安装。

8)试抽 对井管进行单井试抽，若有异常情况发生，需再次洗井并重新做抽水试验。

3.3 降水井施工质量控制要求

1)根据相关规范和设计图纸施工，钻机安装应调整水平，且钻孔应垂直，确保井管可成功下入预设深度。

2)在下井管过程中不可转动或上下移动，避免滤网损坏、泥砂涌入其中。

3)井管外填滤料为级配砾石加中粗砂，要匀速下放，充填密实。

4)下放水泵时一般用钢丝绳或铁丝捆扎牢固，水管口要扎紧扎牢，水泵安装后井口宜设置盖板，避免异物掉入井中。

5)降水前，应仔细核查水管、水泵和电缆等，一旦发现问题应尽早解决。在更换新水泵前一般要先对滤井进行冲洗，清除沉渣。

施工质量检验主要执行JGJ 111—2016《建筑与市政工程地下水控制技术规范》，如表3所示。

表3 管井施工质量验收标准

3.4 降水控制措施

在进行基坑开挖时，坑内降水井中的水位应在基坑底面标高1.000m以下。降水方向与基坑开挖方向相同。

在每段基坑开挖前7d，开始对该段基坑进行降水，采用阶梯流量法降水，保证水位在每层开挖面下1m；降水施工过程中，做好各降水井的水位观察工作，水位降至设计高程后，暂停抽水，待井内水位上升后再开泵抽水，基坑降水时间从基坑第1层开挖到闸底板结构封闭结束，运行时间较长。在降水过程中，应注意降水管路及设备保护，保证基坑降水正常运行。

1)在降水过程中，做好各观测孔的水位测定，一旦发现观测孔内水位下降值超出设计值，要调整降水速度，必要时停止抽水。

2)在降水过程中，做好基坑附近建筑物、围堰监测工作。发现建筑物和围堰沉降值或倾斜值等监测数据超出设计和规范要求时，对监测数据进行分析，调整降水速度，必要时停止抽水，采取回灌措施或注浆补偿措施，保证建筑物和围堰安全。

3)在降水过程中，加强降水施工的运行记录。记录降水井出水量Q、水位降深值S。降水运行记录每天提交。

4)基坑降水应与基坑开挖工作互相配合，根据开挖顺序、开挖进度等情况及时调整降水速度和降水井的运行数量；反之，分析降水运行数据指导开挖施工。在基坑开挖过程中，滤水井管随基坑开挖破除，破除后在井管周围及时用黏性土封闭，确保深井泵发挥正常功能，保证降水效果。

3.5 降水井封堵

覆土完成后封闭基坑内井点管，对井管进行封堵，采用C20混凝土回填封堵。

3.6 降水井管理

基坑降水、排水工程从基坑开挖到主体结构混凝土施工结束，运行时间较长。为保证基坑降水正常，应做好基坑排水、降水的日常管理工作，具体内容如下。

1)定期巡查降排水系统的运行状态，及时发现并解决故障隐患。

2)抽水仪器要定期维护，降水时不能任意停抽。

3)留意井口，避免杂物落入井中，定期检查排水管、沟，冬季降水应做好防冻工作。

4)更换水泵时，测出井深，判断水泵安装的合适深度。

5)及时记录降水井的水位变化，若水位升高至接近基坑底部，需通过洗井方式让水位恢复。

6)安排专职巡视人员随时测量降水井内水位，并根据水位情况随抽随停，保证水位在基坑底部1m。

4 结语

依托北支江上游水闸、船闸工程，介绍水利工程河道软基超大深基坑降水质量控制措施。该工程地质条件复杂，河道下覆软基，基坑较深，施工难度较大，采取井点降水法进行基坑降水。从降水井设计、管井降水施工、降水井施工质量控制要求、降水控制措施及降水井封堵与管理等角度进行梳理，形成一套成熟全面的适用于水利工程领域的河道软基超大深基坑降水方案。该基坑降水方案在北支江上游水闸、船闸工程中应用效果良好，该基坑降水方法对类似水利工程建设有一定参考价值。