管井井点降水技术在河道截水潜堰工程施工中的应用

□周作娟

在水利工程施工中，由于水工建筑物大都布置在河床或河道两岸，所以施工位置一般地下水较为丰富，地下水水位较高，因此在基础开挖施工中，往往形成地下水水位高于基坑开挖基底地面现象，从而导致基坑积水。为了保证基坑在干燥条件下施工，防止基坑边坡失稳坍塌，基坑必须采取降水措施以保证工程施工质量。管井井点降水技术作为常用的基坑降水方法之一，以其施工简便、降水效果明显、施工成本低、适合有较大渗透系数的地基场地等优点，在水利工程施工中得到广泛应用。

1.工程概况

在滹沱河生态修复三期工程（位于河北省灵寿县）中，水生态修复是整个工程建设任务中的重要内容，是对整治段河道按照生态来水量及生态原则进行溪流水面水系建设，建设水域面积共计102 万m2，溪流水面补水流量达到30m3/s。根据生态水系需求，在桩号3+600 至桩号9+600 内共修建了中山水面岛北潜堰、中山水面截渗潜堰、1#截渗潜堰、2#截渗潜堰四座挡水建筑物。其中中山水面岛北潜堰（以下简称“岛北潜堰”）在生态水系上游，距离上游黄壁庄水库较近，地下水丰富，水位较高，在工程施工中需要进行基坑降水，以保证基础施工安全顺利进行。岛北潜堰工程具体位于中山湖岛北河道主槽内桩号5+000 处，顺水流方向总长为113.7m，分别由上游防护段、多级跌水堰段和下游防护段3 部分组成，工程等级为五级。

2.降水方案设计

2.1 地下水降水方法的选择

根据本工程的地质层多为砂砾的实际情况，选择为基坑四周采用环形的管井井点降水技术，视实际情况补加管井。

2.2 管井降水技术的原理

通过在基坑周围布置若干个降水井，依靠井管内放置的潜水离心水泵，将地下水抽送至地面，使基坑周围地下水水位降低，从而控制基坑周围土料水分，增加基坑边坡的稳定性，有利于基础开挖，保证建筑物基础在干燥状态下施工，提高工程质量。

2.3 根据地勘资料和现场实际情况，设计计算管井降水参数

下列公式中涉及的部分符号参考图1。

图1 管井降水示意

2.3.1 基坑总涌水量（Q）

Q=1.366K(2H－S)S÷lg(1+R/r0)=1851.33m3/d

式中：

K—涂层渗透系数，取值0.3m/d；

H—含水层厚度，取值为10m；

S—水位降深，取值为10+1=11m；

R—降水影响半径，；

r0—基坑等效半径，其中，基坑面积为A=7254.06m2，经计算r0=48.06m。

2.3.2 降水井设计单井出水量（q）

q=1.1Q/n=63.61m3/d。

式中：

n—管井数量，计划环形布置32 眼井。

2.3.3 单井出水能力（q0）

q0=120πrslK1/3=121.18m3/d

式中：

l—为有效过滤器长度，取值为7.5m；

rs—为滤水井管半径，取值为0.2m。

经计算q0＞q，管井布置数量满足要求。

计划环形布置32 眼井。岛北潜堰上下游护底高差2.1m，井深设置为上游排管井深11m，左右排管井深12m，下游排管井深15m。

2.3.4 管井和水泵的设计参数

降水井井管采用无砂混凝土管作为滤水管，内径400mm，外径500mm，壁厚50mm,孔隙率25%～30%。每节管长10m，将下端3m 井管作为沉砂管，沉砂管以上井管分为综合工作管段和辅助工作管段，并用60 目尼龙网包裹外层，防止地下水大颗粒泥沙进入水泵并造成危害。

为了避免周围泥土和雨水进入降水井，井管上端应高出地面约30cm 并置警示标志，以免因机械碰撞导致井管损坏。为了增强过滤效果，在井管与井孔间的环状间隙填入小粒径石屑滤料，滤料直径控制在2mm~8mm 之间，环隙上端填黏土进行封闭。

根据基坑总涌水量和计划使用的潜水泵数量采用流量40m3/h，扬程25m，功率为4kw 的潜水泵。

井点降水施工前，由电工负责用电线路的架设与维护，以确保在抽水期间持续供电。为避免井管滤网阻塞，特别是刚开始抽水阶段，抽水应保持连续进行。

施工临时用电必须规范化、标准化。临时用电线路不得随意拉接，应架空敷设。施工用电应符合“三级配电”“一机一闸一保护”原则，用电线路不得水中浸泡。电源线绝缘良好，电器部分设置接零，并保持干燥。各防护装置应完好并有专人维修保养。

2.4 施工围堰

施工围堰环形布置在岛北潜堰基坑边线外，坡脚距离基坑边线2m 左右。围堰采用梯形断面，边坡1∶2.0，顶宽12m，顶面高于水面0.5m~0.7m。如图2 所示。

为减少水位变动对围堰的淘刷，可以在临水边坡设置厚度0.5m 的草袋护坡，草袋下面铺设防水彩条布防渗。见图3。

图3 围堰填筑示意

围堰填筑分层进行，采用开挖土料填筑。首先用自卸汽车将土料运输至工作面，用推土机将其推平，然后再使用85kw 履带式拖拉机碾压、压实，边角部位采用3.2kw 蛙式打夯机夯实。待建筑物主体施工结束并通过验收后，再进行围堰拆除。围堰拆除从上至下逐层、逐段施工，使用挖掘机开挖土方，自卸汽车运输土方至合适地点。

2.5 降水管井布置

如图4 所示，工程降水管井为内径400mm 的无砂混凝土管，管井环形布置在围堰上，管井中心距离基坑边10m，数量为32 眼，间距均匀且不大于15m，上游排管井深11m，左右排管井深12m，下游排管井深15m。

图4 降水管井布置

视实际降水情况，若需要补井，可在基坑中间（上下游方向）或环向增设管井，其间距均匀布置且不大于15m，井深5m~8m。抽水采用扬程为20m 的潜水泵，通过管道或排水沟集中排到围堰下游。

2.6 降水

降水时采用分层降水法，控制降水速度，防止基坑边坡因渗透压力过大，造成边坡失稳产生坍塌事故。开始降水时，排水降速以0.5m/d~0.8m/d 为宜，接近排干时，速度可达1.0m/d~1.5m/d。降水期间应派专人对围堰进行巡视，遇到裂缝及沉陷，及时组织人员、机械进行加固维护。施工期间要加强检查，专门组织检查小组，由专人负责指挥，责任到人。在地下水控制水位未达到设计要求前，每天检查观测1 次，达到设计降深水位且稳定后，2—5 天检查观测一次，降水结束后，15 天内检查观测3 次。

3.降水方案实施

此次降水方案实施中，在设备方面共投入ZZ-6A 冲击钻4 台,三相无堵污水电泵4 台,200kw 发电机1 台,WQ40-20-3.0潜水泵36 台。其具体施工工艺流程如图5 所示。

井点放样定位。井位依据方案设计，由专业的测量人员对井点进行放样确定。

挖泥浆池。根据现场条件在基坑内挖泥浆池，用于钻井护壁。

挖深坑。由于基坑在河道内，地下多有冲积的大块石头和朽木，为清除井位下障碍物,应根据现场实际情况确定是否在井位处挖深坑,当井口土质松散时,须设置护筒,避免泥浆浸泡、冲刷导致孔口坍塌。

钻井。管井均采用冲击钻成孔,粘土泥浆护壁。根据第一口井成孔情况,确定钻进到砂石地层时,是否釆取泥浆护壁成孔。钻井时应按质控要求及时测量钻杆垂直度，确保井孔圆正垂直。

吊放井管。吊放井管的关键控制点有两点：一是保证吊放井管要垂直，并保持在井孔中心；二是管与管连接要紧密，防止错位。吊放时用8 吨汽车吊缓慢吊运，统一指挥，有序进行。质控测量人员跟进测量，保持中心垂直度。放置好之后，记录当前井底高程、管顶高程。

填滤料。为防止土料细土堵塞无砂混凝土滤水井管，在井管与井孔环形之间填入粒径2mm~8mm 的滤料。

洗井。滤料填筑完成，洗井应在成井4h 内进行，以免时间过长护壁泥皮逐渐老化难以破坏影响渗水效果。洗井采用洗井泵洗井，清除孔内泥浆至井内完全出清水为止。

水泵安装。管井潜水泵使用钢丝绳固定牢固，接通抽水管道并吊放至规定深度。根据现场实际情况布设电缆和电闸箱，做到单井单控电源，并安装自动抽水装置和漏电保护系统。

井水抽排。在管井外侧1.5m~1.8m 处开挖排水槽，排水槽深0.7m，下口宽0.6m，上口宽1.2m，排水槽内铺设塑料布用于防渗，槽底向水流方向倾斜。采用扬程为20m 的潜水泵将管井内的水抽到排水槽，汇集后再由地埋排水管排至围堰下游。

抽降。在进行地下水抽降时，由于开始抽水出水量大，为了防止排水能力不足,可有间隔的逐一起动水泵。水泵启动后,应逐一检查单井出水量、出砂量。

抽水期间的监测和维护。在抽排地下水期间，每天需观测地下水水位变化情况，尤其是降水初期每天观测1-2 次，并对地下水水位进行记录。降水期间要定期对降水井进行检查和维护，派专人巡视降水井，严禁向井内投放异物，确保降水井完好且运行稳定，保证基坑施工安全。

封井方法。降水工作结束后，提出水泵，向井内填筑碎石，距地面2m 范围内采用混凝土进行填充。

4.工程施工保证措施

在岛北潜堰降排水施工中，始终把质量保证措施、安全保证措施和文明施工环保措施作为重要环节精心规划并高标准落实到位。

质量保证措施方面。降水施工的各个工序特别是关键工序都设专人负责，施工前做好技术交底，严格按照规范施工。钻孔过程中，严格按照操作规程作业，保证降水井井位和垂直度的准确性。严格控制井管滤料的质量，不合格的一律不许使用。每台潜水泵设置单独开关，做到一机一闸一保护，达到安全用电。为了保证降水井作业的连续性，在工地准备1 台200kw 的发电机作为备用电源，以备停电时使用。

安全保证措施方面。建立以项目经理为主的现场安全管理组织体系，在施工现场设立专职安全员负责施工现场的安全检查，发现问题隐患及时处理。做到“安全第一，预防为主”。根据现场实际制定有效的安全管理制度特别是安全生产责任制并严格执行。在施工中重点对起重吊运、临时用电、基坑边坡失稳作为重要危险源进行防控。

文明施工环保措施方面。施工现场设置专门人员负责现场的环境保护和清洁卫生。清孔时泥浆均排至指定地点并及时处理，以免其污染环境；洗孔时排除的污水均排至指定集水坑，并及时处理；施工时严格控制噪音，避免对外界的干扰和影响；施工过程中电缆电线和排水管路要合理布置，避免乱拉电线和水管。

5.降水效果

岛北潜堰工程施工从2021 年2 月1 日开始至6 月10 日结束，历时4 个多月的时间。从降水过程来看，前6 天逐渐开启32 台水泵，根据降水井的深度加大，逐渐减至24 台水泵，每天抽水量在2000m3左右，上游观测井水深9m，下游观测井水深在13m 左右，均低于上下游基坑底面1.5m 左右，满足了施工技术要求，达到了工程预期的效果。

6.结语

实践证明，管井井点降水技术在截水浅堰基础施工中能够保证了基坑边坡的稳定和潜堰混凝土基础在干燥条件下施工，是一项行之有效的降水措施，在截水潜堰工程施工中具有较好的应用前景。但需要注意的是，在选择实施降水方案时，一定要有详细真实的地勘资料，资料不全或与现场情况不符，需重新进行勘探。对于井管布置、井深、水泵的型号、数量等重要参数一定要经过科学设计计算，不可以简单凭经验盲目施工。另外，在实施降水方案时，要了解基坑周围建筑物情况，以防因降水对相邻建筑物造成安全影响。□