大垸子泵站基坑深井降水方案及实施

向明

(湖北腾升工程管理有限责任公司，湖北 武汉 430000)

1 工程背景

1.1 工程概况

大垸子泵站工程位于湖北省仙桃市东部沙湖镇，与省会城市武汉毗邻，距仙桃市中心约40 km。设计排水标准为10年一遇3日至5日暴雨作物耐淹深度，工程建成后将解决通顺河仙桃段排水能力不足的问题。大垸子泵站水(船)闸下游初拟泵站设计流量为181 m3/s，为Ⅱ等工程，泵站规模为大(2)型。工程主要建设内容包括水工建筑物、机电设备、金属结构、工程配套设施、工程管理设施等，工程布置于大垸子闸西南区域。新建大垸子泵站站址位于东荆河左堤162+980处，泵站轴线与大垸子闸轴线相距约400 m。

1.2 地质条件

站址区地基土层上部主要为淤泥质土及粘性土层，其持力层为淤泥质土及壤土层，下卧壤土、砂壤土，局部为淤泥质土，其承载力特征值为70～130kPa，建基面以下土层地基承载力不能满足泵站设计应力要求，地基基础应进行处理，建议采用桩基础，其桩基础形式可采用钻孔灌注桩，桩端持力层及桩长根据荷载计算确定，建议以下部砾砂层⑨作为基础持力层。因主泵房基坑紧临江家垱险段堤基，其见基面高程为8.90 m，基坑开挖形成的临空面高达10.00～12.50 m。堤基淤泥质壤土层厚4.80～5.60 m，其顶板高程为13.33～14.30 m，底板高程为7.73～9.50 m。基坑开挖时边坡极可能沿淤泥质壤土层滑动，从而导致东荆河左堤堤基产生剪切变形破坏而引起堤身变形破坏危及堤防安全，所以设计须引起高度重视并须采取相应工程处理措施。因此主泵房基坑临东荆河左堤堤内侧边坡建议采用桩基础，以控制因基坑开挖可能导致的东荆河左堤堤基变形破坏。

主泵房站址地基上部为粘性土层，下部为粉细砂、中粗砂及砂卵(砾)石。站址处粘性土层底板高程-1.14～1.82 m，泵站建基面以下有4.06～6.84 m厚的粘性土及砂壤土，在承压水的作用下，基坑开挖时，主泵房会出现基坑突涌现象，特别是洪水期γH<γo(ho+H)更易发生基坑突涌。因此基坑开挖时须采取一定的防渗或基坑井点降水处理措施以确保基坑稳定。

2 基坑降水方案设计

基于大垸子泵站工程地勘资料及工程区中细砂层渗透系数，为提升基坑边坡砂层的稳定性，泵室底板及前池反滤层必须进行人工降水，此外，工程区地下水具有较大降深，含水层厚度及渗透系数均较大，不适用于轻型井点降水，应采用深井群降水。

结合大垸子泵站工程泵室、前池等的平面布置，深井群降水中的基坑应按120 m×25 m尺寸设计，且基坑等效半径应为42 m；基坑降水其余参数按照以下公式确定：

(1)

(2)

(3)

n=1.1Q/q

(4)

式(1)～(4)中：R—降水影响半径(m)；S—降水深度(m)，取6.80 m；H—含水层厚(m)，取17m；k—渗透系数(m/d)，取6.05 m/d；Q—基坑涌水量(m3/d)；γ0—基坑等效半径(m)，取42 m；q—单井出水量(m3/d)；rs—透水滤管半径(m)，取0.15 m；l—透水滤管进水段长(m)；n—深井数量(口)。

根据大垸子泵站工程实际资料，计算得降水影响半径为135.70 m，基坑涌水量为2 395 m3/d，单井出水量310 m3/d，深井数量为8口，按照该数量进行深井设置便能满足基坑降水要求，且井距离应控制在20 m。大垸子泵站深井降水水位示意图见图1。

图1 降水井水位示意图

3 基坑降水施工

3.1 成井施工

3.1.1 施工准备

按照大垸子泵站工程降水管井设计图进行井位测放和井位标记，对于井点设置过程中遇到的地面障碍物应彻底清除。采用管径700 mm、壁厚6.00 mm的直缝钢管进行长度分别为2.00 m、3.00 m和5.00 m的护口管预制。进行护口管埋设时必须将其插入原状土层，护口管上部应高出地面0.20～0.30 m，并通过草辫子和黏性土将管外部封堵严实，避免施工过程中发生返浆现象。钻机安装时，为达到设计垂直度要求，应采用水平尺进行安装后机台的测量，并将大钩、转盘和孔中心控制在一条直线上，并应在钻头和钻杆连接处设置2根钻铤。

考虑到泵站工程基坑深井降水施工材料包括钢管、滤网、滤料等，为保证施工质量，应在材料进场后进行产品合格证检查和材料工程性能试验，并按照设计要求进行材料堆放保管。大垸子泵站基坑降水成孔通过自带卷扬机下放井管的300冲击型钻机完成。为保证钻机钻进施工质量，应在钻机进场前通过反铲履带将钻机安放区域碾压平整密实，钻机就位后应做到勾头、磨盘和孔位与中心线对齐，垂直度控制在1%以内。

3.1.2 钻孔、清孔

钻孔时应保持套管垂直钻进，并随时观察水位、涌砂、气体溢出等情况变化，并保证孔身圆正。待钻进至设计孔深后必须及时清孔换浆，以避免发生泥浆沉淀及井孔坍塌。具体而言，应通过成孔钻头提筒并以匀速吊入井底，并将自造浆液逐渐提出井孔，持续向井孔内灌注清水，如此循环往复，直至提筒内水体变清澈，结束清孔换浆，但是，孔内注水过程还应持续进行，以维持孔内水头压力，避免塌孔。清孔后采用设备自带的测绳量测孔底沉渣，并将其厚度控制在20 cm以内。

3.1.3 安装井管及滤料回填

按照设计要求事先配置滤水管和实管，并逐节编号，采用机械自带的卷扬机逐节下放、吊装和焊接直缝钢管，并保证焊缝顺直饱满。用钢板将最下节井管封底处理，井管至少比地面高出50 cm。

采用循环水填料法将粒径1～3 mm的砂石滤料填入井管和钻孔之间的间隙内，并始终保证井管垂直居中，当实际回填量达到理论回填量80%时，采用测绳测量滤料实际回填高度并按设计值进行校正，洗井使填料达到设计密实度后再填入黏土封闭井管和钻孔间隙。

3.2 降水运行

采用口径85 mm的抽水泵和出水量60 m3/h的潜水泵，输水管通过泵管与抽水泵相连，将尺寸1.20 m×1.20 m×1.80 m的三级沉淀池设置在排水管线与市政接入口处。为降低基坑降水对周围环境的影响，应严格按需降水，并根据基坑开挖深度和承压水头安全埋深确定基坑降水运行过程中减压抽水井数量和实际抽水量。根据开挖深度，应逐渐降低承压水头，以避免基坑降水可能导致相邻地面沉降。

3.3 封井

完成深井降水后应按设计要求进行基础和结构抗浮力验算并在降水井管壁焊接2层直径500 mm的圆形钢环止水圈，下层止水圈的焊接位置在距离底板底100～200 mm处，上层止水圈的焊接位置在底板面以下200～300 mm的位置，以封堵井孔，防止井孔内承压水上涌。大垸子泵站降水井封堵应遵循以砂还砂、以土还土的原则，含水层段、隔水层段和底板底区域应分别回填砂土、黏土和微膨胀混凝土，回填层达设计强度后增设焊板封堵井孔。

4 结论

通过对工程基坑深井降水设计及施工过程的分析表明，基坑降水设计必须严格依据岩土工程勘察报告及泵站基坑降水对周围影响的预测，为节省降水施工费用，提升成功率，可以先进行2个降水井的施工及现场抽水试验，获取相关的水文地质及深井降水试验参数，为后续施工提供依据。考虑到工程区含水层的非均质性，其各含水层含水量差额属于随机变量，所以在基坑降水设计阶段应针对井点数量、孔深、井径、滤料、抽水机械等预留一定的安全储备，保证降水施工工效。