管井淺井組合降水技術在穿黃埋涵工程中的應用

湯懷義，崔慶瑞，趙文明，丁 博

（聊城市黃河河務局，山東 聊城 252000）

1 概況

南水北調東線穿黃工程基坑、基槽開挖時，常常遇到地下水威脅，尤其是基坑、基槽開挖深度在10 m以上的地段。土壤被水浸泡后，土體變軟，抗剪能力降低，基坑、基槽邊坡塌落，施工條件惡化，影響后續工序施工；同時，基坑、基槽土體承載能力下降，強度降低，穩定性變差。為防止上述現象的發生，保證后續工序干場作業，降低地下水位成為制約工程施工的重要因素。

2 降水措施

基坑降水采取以滲為主、滲抽結合的大口徑管井降水及局部配合淺井降水的方式，即在基坑、基槽周圍布置一些單獨工作的管井、配合淺井共同降水。每個管井配備1臺潛水泵，兩個或多個淺井配備1臺自吸泵。當潛水泵、自吸泵抽水時，井內水位下降，在井的周圍自然形成降水漏斗，幾個或多個漏斗相互作用，形成一個大的降水區域，將地下水位降到基面以下1.5 m，避免地下水位過高給施工帶來的不利影響。

3 井位布置

3.1 管井布置

根據設計圖紙要求開挖邊坡，結合工程各部位的具體情況進行管井布置，井管直徑50 cm，管材為無砂混凝土管，每節長0.95 m。

（1）封閉布置：對于基礎挖深10 m以上、工期相對較長的關鍵工段，采取封閉布置的方式。沿軸線方向兩側各布置2排管井，井位呈梅花形布置；靠近建筑物的2排管井距離建筑物1.5～2 m，用于降低建筑物底部的地下水位；遠離建筑物的2排管井距離建筑物8～10 m，用于截住由于邊坡開挖流向基坑的滲水，以減少靠近建筑物的2排管井的抽水量。建筑物兩端各布置1排管井，截住兩端的地下水向基坑的滲流通道。

（2）沿線布置：對于挖深相對較淺、工期相對較短的工段，采取沿線布置管井的方式。沿軸線方向兩側各布置1排管井，間距根據工程部位、地下水位和周圍環境適當確定，一般15～20 m。

3.2 淺井布置

管井降水是大范圍的，但基面清理前局部可能出現滲水，靠管井長時間降水無法滿足要求，結合工地的實際情況，采用淺井輔助降水技術解決。

（1）布置方式：淺井根據工程的實際情況布置。如果整個基面出現滲水，可根據情況分排打井，井深2～3 m，管徑 3 cm，行間距 2 m×2 m，井位呈梅花形布置；如果只是坡腳出現滲水，可在坡腳布置2排淺井，間距2 m；坡腳滲水嚴重時，可采用管徑5 cm的粗管，間距可適當減小，如采用1 m。

（2）連接方式：為節省能源、減少支出和降低運行成本，管徑3 cm的淺井每2個連在一起；管徑5 cm的粗管每8～10個連在一起，中間用防水膠布纏繞，防止漏氣、漏水。

4 管井、淺井施工

4.1 管井

（1）材料：管井包括井管、外圍濾料及封底三部分。為降低管井造價和節約成本，工程施工時選用直徑50 cm、長0.95 m的無砂混凝土管。這種管材取材方便，操作簡單，下管速度快。

（2）成孔：管井成孔時，用當地打井用的鉆機鉆孔，直徑50 cm的無砂混凝土管選用70 cm的鉆頭。鉆機鉆進時，為防止塌孔和流沙進入井管，采用泥漿護壁。同時，保持泥漿面高度在井口以下0.5～1 m，泥漿水在孔內起到護壁的作用。造孔采用清水固壁法，有利于成井后深井的出水量。下管時，如果管井孔內泥漿過稠，須將稠泥漿抽出，邊抽邊加清水，始終保持孔內水面高度滿足要求。

（3）下井管：成孔后立即下管，下井管前在井口處安設高1.5 m的井架，并保持井架豎直。下第一根無砂混凝土管時，管徑四周均勻布設4根2～3 m的竹笓，用8#鐵絲綁扎牢固，留出3根豎向鐵絲，用于控制井管的下降速度。下管時，控制第一根管的垂直度，當下降到一定深度時在地面以上將第二根管接好，包裹兩層濾布，綁扎牢固，繼續下落，直到下至設計深度。

孔壁與管壁之間根據不同地質條件填不同的濾料，透水條件較好的管井，填石粉、小石屑進行反濾；透水條件稍差的管井，填堅固、圓滑、均勻的天然砂進行反濾。對井底非完整透水層的管井，先在井底填兩層反濾料，第一層與管壁周圍的濾料相同，第二層濾料為前一層濾料粒徑的5倍；完整井底也要進行封底，避免降水過深，破壞井底土層。完整井底可先填 0.5 m 砂，再填 0.5 m 的碎石。

填料前，對反濾料反復進行檢查，不使用粒徑過大、過小的反濾料，控制反濾料的質量。填料過程中，遇到填空或堵塞可進行插搗并連續填料，使井管四周濾料均勻，直至填完為止。

（4）洗井：下完濾料后立即洗井，洗出反濾料中的粘土顆粒及粉細砂碎屑，使出水清澈流暢，防止泥漿沉淀糊住管壁，造成管井透水不暢。用3 kW的潛水泵抽水，抽水自上而下在不同的高度進行，水位降幅不宜過快，避免造成周圍地層土粒流失、管井出現塌落的現象。

（5）運行：施工期內，必須保持深井連續抽水，施工用電保證率100%，配備足夠數量備用水泵。

4.2 淺井

沿開挖基坑坡腳部位布置，每2個井管由三通與25ZB25-0.75 kW自吸泵連接，自吸泵安裝在基坑邊坡土臺上，通過軟導管排出。

（1）沖孔：用Φ50mm鋼套管連接潛水泵形成高壓水槍，對準設計井點，扶正、壓緊，左右旋轉套管，在水流沖擊下套管底部砂土被不斷沖出，套管逐漸下沉，直至達到設計孔深為止。

（2）沉管：井孔沖成后，立即拔出沖管，插入PVC井點管，灌填砂濾料，并檢驗每根井點管沉設后的滲水性能。其檢查方法是：正常灌填砂濾料時，井管口有泥漿水冒出；否則，向管內灌清水洗孔后填料。安裝完畢后立即進行抽水試驗，以檢查管路接頭質量、井點出水和抽水機械運行情況等，發現問題及時處理。

（3）運行：淺井使用時連續抽水，經常觀測淺井的真空度。若發現問題，及時查找漏氣原因，并采取相應的消除方法。

5 水泵型號選擇

5.1 管井水泵

（1）選擇過程：潛水電泵具有重量輕、安裝方便、適應性強的特點，不受吸程限制，根據管井的出水量、抽水深度、總揚程，結合施工經驗和鉆井時工程地質情況選擇潛水泵。先選用5.5 kW的深井泵，由于洗井期間抽氣嚴重，后改用3 kW的深井泵，結果表明部分管井還是滿足不了實際需要，以致抽氣現象時常出現；最后，改為3、2 kW深井泵間隔布置的降水方式，抽氣現象明顯減少。

（2）選擇結果：選用3、2 kW深井泵間隔布置的降水方式，經過一段時間的抽水試驗后，基本能夠滿足要求，水量基本滿管，抽氣現象逐步減少；土方開挖過程中，滲水能夠滿足開挖要求，降水效果明顯。

5.2 淺井水泵

管徑3cm的每2個淺井連在一起，選用0.75 kW、揚程20 m的自吸泵抽水；管徑5 cm、8～10個連在一起的淺井，采用3 kW、揚程30 m的自吸泵抽水。

6 排水量影響因素

6.1 高程對排水量的影響

高程對排水量的影響主要表現在淺井上。土方開挖接近基面時布置淺井，此時淺井與管井口之間的高差接近10 m。開始抽水時，淺井水直接排入管井內，再由管井排走；這樣，排水量極小，幾乎全是氣泡；經過排水人員的細致檢查，沒有發現漏氣。隨后，試著將淺井排水口高程降低，經過一段時間運行后，淺井出水量有所增加。經過多次試驗，最后將淺井排水管集中起來，統一排到基面兩端的小坑內，再集中排出，這樣淺井的排水量基本正常。

6.2 多泵對排水量的影響

（1）管井：每個管井內均放置 1個深井泵，3、2 kW的深井泵間隔布置，考慮到成本因素，每3眼井共用1個四通管，將水量匯總后排入指定位置。當其中1個管井出現問題不抽水時，管道內的水仍然較大，導致管井漏水，影響邊坡穩定；土方開挖過程中，由于管井影響施工，需要暫停其中1個管井時，操作較為困難，影響其他管井降水。后經調試，每眼井單獨設立1根排水管，分別排向指定位置。

（2）淺井：基坑開挖到一定高程后，分3排布置淺井，開始時每個淺井設1臺自吸泵，考慮到成本、電纜、管道對施工的影響，擬減少自吸泵的用量。試著用1臺自吸泵帶4個淺井，試抽時淺井只上氣不出水；改1臺自吸泵帶3個淺井，淺井出水量極小；用1臺自吸泵帶2個淺井，淺井出水量有所增加，與單井出水量無明顯差別。

6.3 邊界條件對排水量的影響

該工程穿越位山灌區東、西干渠。東、西干渠引水時，由于邊界條件的變化，滲水明顯增強，對管井、淺井抽水量存在一定的影響。如，位山引黃西渠引水時，扭面段及明渠段靠近渠道一側邊坡滲水嚴重，管井、淺井排水量較另一側偏大，因此邊界條件的變化對排水量存在一定的影響。

7 降水效果

土方開挖前10～15 d開始進行管井降水，開挖過程中繼續實施降水。土方開挖時，施工人員堅守工地，邊挖邊拆除多余的無砂混凝土管，并及時做好保護。當土方開挖到基面高程附近時，開始布置淺井降水。通過管井、淺井組合降水，能夠保持土方開挖過程中基面干燥，水位基本保持在開挖面以下1.5 m，沒有出現塌坡、地面沉降等問題。