井點(diǎn)降水法在輸水管線施工中的應(yīng)用

徐　巖

(鬧德海水庫(kù)管理局， 遼寧 阜新　123000)

井點(diǎn)降水法在輸水管線施工中的應(yīng)用

徐巖

(鬧德海水庫(kù)管理局， 遼寧 阜新123000)

【摘要】本文以遼寧大伙房水庫(kù)輸水應(yīng)急入連工程為例，介紹了井點(diǎn)降水法在輸水管線施工中的應(yīng)用。實(shí)踐證明，對(duì)于地下水位以下存在粉細(xì)沙地層的溝槽開(kāi)挖，采用井點(diǎn)降水，可實(shí)現(xiàn)溝槽的干面開(kāi)挖，避免坡面塌方，保證管線安裝質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，從而節(jié)省工程費(fèi)用。采用井點(diǎn)降水，是流沙地層最優(yōu)的施工排水方案。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)急入連工程； 輸水管線； 基坑排水； 井點(diǎn)降水

1前言

大伙房水庫(kù)輸水應(yīng)急入連工程由北、南兩段組成。北段工程由大伙房輸水(二期)工程之鞍山加壓泵引出，向碧流河水庫(kù)供水。南段工程由碧流河水庫(kù)向大連市供水。線路總長(zhǎng)201.31km，由DN2800預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(簡(jiǎn)稱PCCP管)、鋼管及隧洞組成。應(yīng)急入連工程年輸水量3×108m3，是一項(xiàng)大型輸水工程。其中，北段工程2+500～4+000管線段埋深5～7m，采用明挖施工，臨時(shí)邊坡為1∶(1.4～1.5)。該段地層自上而下分別為：上層黏土和粉質(zhì)黏土，層厚2～3m；以下為粉細(xì)沙層，滲透系數(shù)K為11.23m/d。地下水埋深一般為2～5m。

該段挖槽施工過(guò)程中，若采用明排地下水，粉細(xì)砂層必將產(chǎn)生流沙，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)塌滑，給施工帶來(lái)極大麻煩。因此，做好施工排水是確保該段管線順利施工最重要的前提條件。

2排(降)水方案的比較論證與選擇

2.1施工方案1

由于該工程段地下水位較高(地下水位埋深2～5m)，故采用鋼板樁支護(hù)方案。鋼板樁支護(hù)會(huì)涉及地下水進(jìn)到開(kāi)挖槽內(nèi)的情況，對(duì)溝槽基礎(chǔ)影響較大，當(dāng)開(kāi)挖面低于地下水位時(shí)，土體的含水層被切斷，地下水就會(huì)從溝槽側(cè)壁和溝槽底滲入到開(kāi)挖槽內(nèi)。槽內(nèi)雖然有明排泵排水，但仍然會(huì)有滯留水使槽底基礎(chǔ)強(qiáng)度降低，壓縮性增大。另外，由于線路太長(zhǎng)，鋼板樁用量過(guò)大，鋼板樁施工難度加大，會(huì)直接影響工期。所以，第一方案不可行。

2.2施工方案2

按設(shè)計(jì)圖紙放坡開(kāi)挖，采用槽底挖集水坑明排水方案。經(jīng)比較，放坡明排水開(kāi)挖不但會(huì)使槽底基礎(chǔ)強(qiáng)度降低，壓縮性增大，還會(huì)由于地面2m以下為粉細(xì)砂層，當(dāng)槽內(nèi)被動(dòng)土含水量增加時(shí)，導(dǎo)致土體強(qiáng)度、剛度降低，出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)產(chǎn)生流沙的可能性。從施工角度看，在地下水位以下開(kāi)挖，地下滯留水增加開(kāi)挖機(jī)械施工難度，管線安裝的施工難以順利進(jìn)行，地基在滯留水的長(zhǎng)期浸泡下，地基強(qiáng)度大大降低，也降低了地基承載力。為保證管線溝槽開(kāi)挖的順利施工，同時(shí)，保證管線基礎(chǔ)地基強(qiáng)度不受損失，就是要在地下水位較高且設(shè)計(jì)開(kāi)挖溝槽基礎(chǔ)低于地下水位時(shí)，采取降低地下水位的措施，使溝槽內(nèi)保持在干燥狀態(tài)下施工，所以最后確定井點(diǎn)排水方案。

井點(diǎn)降水優(yōu)點(diǎn)是:溝槽開(kāi)挖施工和管線安裝施工不受滲水影響；地基強(qiáng)度不受影響，地基承載力不降低；施工進(jìn)度加快。

3井點(diǎn)排水計(jì)算

3.1基坑降水深度設(shè)計(jì)

該工程溝槽開(kāi)挖深度大于7m，底寬5m，放坡系數(shù)1∶(1.4～1.5)。要求將遠(yuǎn)離井點(diǎn)一側(cè)的地下水位降到槽底0.50m以下。綜合考慮，將最小降深確定為7.50m；對(duì)于溝槽深度大于7m處，則根據(jù)實(shí)際深度確定最小降深及井點(diǎn)埋深。

在采用管井井點(diǎn)降水的同時(shí)，基坑開(kāi)挖仍應(yīng)設(shè)置明溝。其作用在于收集基坑和邊坡局部滲水及其他地下水。該工程管線為單線安裝。考慮施工場(chǎng)地布置及操作影響，管井井點(diǎn)沿溝槽單排布設(shè)。具體位置見(jiàn)右圖1。

圖1　井點(diǎn)降水剖面單位:m

3.2基坑涌水量計(jì)算和井點(diǎn)設(shè)計(jì)

基坑降水的涌水量與場(chǎng)地水文地質(zhì)條件、基坑形狀大小及補(bǔ)給水邊界條件等有關(guān)。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告所提供的工程水文地質(zhì)條件，該工程降水按無(wú)壓非完整井計(jì)算。滲透系數(shù)K=11.23m/d，濾水管長(zhǎng)度選定為2m。

a.井點(diǎn)管埋深：

H′=H1+Δh+iL+l

式中H′——井點(diǎn)管埋設(shè)深度，m；

H1——井點(diǎn)管埋設(shè)至基坑底面的距離，m，取7m；

Δh——降水后地下水位至基坑底面的安全距離，m，取1m；

i——水力坡度，單排線狀井點(diǎn)可取1/4；

L——井點(diǎn)管至水井中心的水平距離，m，取13.5m；

l——濾管長(zhǎng)度，m，取2m。

由此求得H′=7+1+1/4×13.5+2=13.475m，取H′=14m。

b.影響半徑R:

式中S——井點(diǎn)管內(nèi)水位降落值，由于地下水位2m，基坑開(kāi)挖深度7m，水位要降至基坑以下0.5m，所以S=7-2+0.5=5.5 m；

H——井水有效深度,H=H′-H=14-2=12。其中，H取地下靜水位。

c.含水層有效深度H0:

=1.84×7.5=7.5m

d.基坑涌水量計(jì)算:

采用大口井法預(yù)測(cè)基坑涌水量。

將窄長(zhǎng)式基坑視為一眼“大井”。該方案按工程質(zhì)量評(píng)定項(xiàng)目劃分管線，每120m作為一個(gè)單元進(jìn)行計(jì)算。 計(jì)算基坑假想半徑：

式中F——集水井平面面積。

由此求得基坑滲水量：

Q=1.366K×(2 H0-S)S/(lg(R+R0)-lgR0)

=1.366×11.23×(2×7.5-5.5)5.5/

lg(124.5+22)-lg22=3549m3。

式中K——土的滲透系數(shù)，m/d；

H——含水層厚度，m;

S——水的降低值,m;

R——抽水影響半徑;

R0——基坑的假想半徑。

e.每根井點(diǎn)最大出水量:

=338m3

式中r——井點(diǎn)管半徑，為0.2m；

l——濾管長(zhǎng)度；

K——土的滲透系數(shù)。

f.確定井點(diǎn)數(shù):

n=m×Q/q=11.55，取12。

考慮堵塞等因素的井點(diǎn)備用系數(shù)，一般取m=1.1。

g.井點(diǎn)管最大間距

D=L/n=10m，取10m。

式中L——單元工程長(zhǎng)度。

4井點(diǎn)排水設(shè)計(jì)

4.1井點(diǎn)平面布置

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，沿輸水管線每10m設(shè)一個(gè)井點(diǎn)。具體布置見(jiàn)右圖2。

圖2　井點(diǎn)平面布置圖單位：m

4.2排水溝設(shè)置

在施工路一側(cè)距離井點(diǎn)24m處設(shè)置排水溝，將地下水明排至自然溝渠。排水溝底寬1m，坡度系數(shù)1∶0.5。

溝槽兩側(cè)排水溝通過(guò)3寸泵將局部滲水排到地面排水溝。

4.3井點(diǎn)降水結(jié)構(gòu)

井點(diǎn)直徑0.60m。井管采用直徑400mm鋼筋竹籠，濾管長(zhǎng)度2m。濾管部分及混凝土井管外用碎石進(jìn)行填充。濾管外纏兩層過(guò)濾網(wǎng)。井點(diǎn)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3　井點(diǎn)結(jié)構(gòu)

4.4抽水設(shè)備選擇

管井井點(diǎn)降水每一個(gè)管井單獨(dú)用一臺(tái)水泵進(jìn)行抽水以降低地下水位。該工程降水深度較大，采用型號(hào)為150QJ 32-30深井泵式潛水泵，其優(yōu)點(diǎn)是：安裝簡(jiǎn)便、耗能少、效率高、成本低。

5井點(diǎn)降水作業(yè)及效果

5.1井點(diǎn)降水作業(yè)程序

a.先將地面排水溝挖好，并與自然渠道連接，防止排出的地下水淹沒(méi)農(nóng)田。

b.在溝槽開(kāi)挖前7d完成井點(diǎn)降水施工準(zhǔn)備。

c.溝槽開(kāi)挖前5d進(jìn)行第一單元打井施工。

d.每天完成一個(gè)單元的打井施工，其單元長(zhǎng)度與管道安裝進(jìn)度相同。

e.提前4d對(duì)即將安裝管道的單元進(jìn)行抽水。

f.抽水4d后進(jìn)行該單元的溝槽開(kāi)挖。

g.溝槽開(kāi)挖、管道安裝、回填期間井點(diǎn)抽水不間斷，直至施工區(qū)回填完成后停止抽水，進(jìn)行抽水設(shè)備拆除，安裝至下個(gè)施工區(qū)，循環(huán)進(jìn)行，確保施工連續(xù)性。

另外，抽水值班人員要加強(qiáng)責(zé)任心，及時(shí)檢查井點(diǎn)水泵出水情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更換水泵。

5.2井點(diǎn)降水效果

在大伙房水庫(kù)輸水(二期)營(yíng)盤(pán)配水站施工中，開(kāi)挖鋼管管線3號(hào)支墩，采取放坡明排明挖施工，開(kāi)挖深度8m,設(shè)計(jì)開(kāi)挖坡度為1∶1.2，設(shè)計(jì)開(kāi)挖量2300m3。據(jù)地質(zhì)勘探資料，其地面以下3m為粉質(zhì)黏土，3m以下為粉細(xì)砂層，地下水位埋深3m。開(kāi)挖至7m時(shí)，因地下水位過(guò)高出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，至一定程度后邊坡開(kāi)始塌方，機(jī)械繼續(xù)開(kāi)挖已塌方土方，越挖塌方越厲害，塌方超過(guò)設(shè)計(jì)邊線10多m，最終采用打木樁模板支護(hù)才開(kāi)挖到設(shè)計(jì)面高程，延誤工期3d。

因?yàn)橛袪I(yíng)盤(pán)配水站施工教訓(xùn)，所以該段工程采用井點(diǎn)降水方法，按計(jì)算井點(diǎn)間距10m、井深14m施工，經(jīng)過(guò)實(shí)際開(kāi)挖施工檢驗(yàn)，計(jì)算數(shù)據(jù)合理，開(kāi)挖時(shí)工作面及溝槽底面和坡面無(wú)滲水、塌方現(xiàn)象，每天開(kāi)挖溝槽長(zhǎng)度200多m。安裝混凝土輸水管(PCCP管)30多根，每根管長(zhǎng)6m、內(nèi)徑2.8m,地基承載力試驗(yàn)完全滿足設(shè)計(jì)要求。

6結(jié)語(yǔ)

應(yīng)急入連工程四標(biāo)段的施工實(shí)踐證明，對(duì)地下水位以下存在粉細(xì)砂地層的溝槽開(kāi)挖，采用井點(diǎn)降水具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a.工程質(zhì)量提高。采用井點(diǎn)降水后，可以實(shí)現(xiàn)溝槽的干面開(kāi)挖，避免坡面塌方；基底無(wú)水，方便了施工；提高了地基承載力，加快了管道安裝進(jìn)度，保證了管線安裝精度。

b.工程進(jìn)度加快。提高了機(jī)械施工效率，加快了施工進(jìn)度，為工程贏得了工期。

c.經(jīng)濟(jì)效益顯著。井點(diǎn)排水不僅確保了工程質(zhì)量，保證了施工安全，而且改變了施工條件，節(jié)省了施工材料、機(jī)械設(shè)備臺(tái)班和人工，也節(jié)省了工程費(fèi)用。

中圖分類號(hào)：TV551.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1005-4774(2015)02-0035-04

Application of Well Point Dewatering Method in Water Pipeline
Construction

XU Yan

(NaodehaiReservoirAuthority,Fuxin123000,China)

Abstract：In the paper, Liaoning Dahuofang Reservoir water conveyance Dalian entrance project is adopted as an example for introducing the application of well point dewatering method in water pipeline construction. Practice shows that for ditch excavation below underground water level with silty fine sand stratum, adopting well point dewatering can realize dry surface excavation of ditch, avoid slope collapse, ensure pipeline installation quality, accelerate construction progress, and save project cost. Well point dewatering is adopted as the best construction drainage plan in the quicksand stratum.

Keywords：emergency Dalian entrance project; water pipeline; foundation pit dewatering; well point dewatering