考慮滲透破壞的復雜地質條件下渠道降排水施工優化

蘆琴

摘 要：降排水是基坑開挖施工過程中的核心工作。文章以南水北調某渠道工程基礎渠系坑道開挖為參考，對其在施工過程中遇到的高地下水位的情況進行施工方案的優選過程進行介紹，以便對類似工程提供參考和借鑒。

關鍵詞：降排水；渠道；方案優化

中圖分類號：TV551 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0072-02

引言

自在英國倫敦伯明翰某鐵路隧道施工中首次采用豎井法抽取基坑中的滲流水的方法至今，時光荏苒，科學技術日新月異，時至今日，在全球范圍內，降排水工程已歷經百年的錘煉，在土木工程設計的各個領域中都誕生了各式各樣，效果明顯的降排水方法，為世界土木工程的發展做出了巨大的貢獻。

南水北調中線干線工程多以明渠工程為主，就目前而言，施工方法多采用明挖的方式進行，即采用自上而下，分層開挖等；正鏟和反鏟單獨使用或搭配使用等的方式進行基坑的開挖施工作業。在基坑開挖施工過程中，隨著開挖深度的不斷增加，伴隨著施工地點地下水豐富，地下水位高的特點，開挖斷面的土體很有可能在地下水的滲流作用下產生管涌、流土、接觸沖刷等形式的破壞，從而造成塌方或是其他險情，導致影響施工安全[1-2]。目前常用的降排水方法[3-4]有：真空（輕型）井點、噴射井點、電滲井點、管井、輻射井（水平井點）及引滲井、大口井等。各種方法在實際施工過程中選擇的參考依據有土類性質、滲透系數、降水深度和工程所在地的水文地質特征。

由于降排水的效果直接關乎到工程的安危和成敗，所以在降排水方案制定時要進行嚴密的計算和優化本文以南水北調中線工程進行降排水方案對比分析，選擇最適合的降排水方法，以滿足工程施工需求。

1 工程概況

南水北調某標段工程地處北亞熱帶北緣，受季風進退影響，四季分明。一年中春秋兩季較短，冬夏歷時較長。春季溫度回升快，前期少雨干旱，后期間有低溫陰雨；夏季受西太平洋副熱帶高壓控制，氣溫高而降雨多；秋季晝暖夜涼，溫差較大，并時有連綿陰雨；冬季受強大的西伯利亞和蒙古冷高壓控制，干燥寒冷，雨雪稀少。該區域屬北亞熱帶濕潤地區，雨量較充沛，多年平均降雨量大于700mm。

在該工程中明渠渠道全長11.296km，過水斷面采用梯形斷面。渠道設計水深7.5m，渠道一級坡以下內坡為1：2.0-1：3.25，填方及半挖半填渠道外坡為1：1.75-1：2.0。起點渠底高程為136.395m，終點渠底高程為135.537m，渠道縱坡為1/25000，設計底寬為15.5～22.0m。全渠段采用砼襯砌，渠坡厚度10cm，渠底厚度8cm。砼襯砌強度等級為C20，抗凍標號F150，抗滲標號W6。全渠段采用復合土工膜防滲，在渠底及渠坡防滲復合土工膜下均鋪設粗砂墊層和排水系統，確保了渠道的襯砌穩定。

本渠段地表多為第四系履蓋，工程涉及的地層有上第三系（N）和第四系（Q）。上第三系（N）河湖相沉積層，具多韻律構造，由粘土巖、砂質粘土巖、泥灰巖、泥質粉砂巖、砂巖、砂礫巖等互層或其中幾種巖性組成，多數為泥質結構，呈微膠結，局部鈣質微膠結。巖性、巖相變化大，厚薄不一。

工程區內水系較發育，屬長江水系。部分小河流為季節性河流，汛期水量豐沛，枯水期水量很小或斷流干涸。本渠段第四系孔隙裂隙水、承壓水分布于上更新統（Q3）中、粗砂、礫砂含水層中，含水層厚3～6m，地下水位137.6～140.1m，埋深3～8m。含水層隨巖性變化（含泥量不同），含水性、透水性不均，年水位變幅約1～3m。局部地段具承壓性，承壓水頭約2.0～3.0m。

本標段部分渠段地下水位高出渠底板4～6m，施工時存在且基坑涌水問題，且地表下1～3m上層滯水分布不均，存在施工排水問題。因此，本標段施工將受地下水位影響，施工降排水首當其沖。

2 渠道施工方案優化的技術措施[5-6]

2.1 采用有效的降排水措施

渠道降排水主要采用明排的方法，地下水位較高渠段擬采用管井深井降排。施工時當基坑開挖遇到地下水和地表水（降雨），在基坑內隨同挖方一起設置集水溝。每隔30～40m挖一集水坑，集水坑直徑不小于0.8m，坑底低于集水溝底0.7～1.0m。集水溝和集水坑隨挖土逐層加深，挖至設計高程后，坑底低于基坑底1～2m。并沿基礎開挖線以外根據積水情況在集水坑內布設3PNL或2PNL型污水泵，抽排至渠道兩邊頂部排水溝內。頂部排水溝結合永久性排水溝，按永久性排水溝形式進行開挖，溝內鋪設塑料薄膜，以保證防滲效果和排水溝基礎不被破壞。

2.2 對復雜地質條件及時、有效的處理

本標渠道段內分布的粘性土一般具弱～中等膨脹性，施工中需進行膨脹土的處理，確保工程質量。對策為：（1）換填。選擇合格的回填料源，施工前進行生產性工藝試驗，取得填筑所需的各項技術參數，填筑過程中嚴格按試驗參數、配置設備進行施工，確保填筑碾壓質量滿足設計要求。（2）提高渠道護坡工程的質量。（3）施工過程中對開挖邊坡設置若干觀測點，安排專人對坡面開挖前、后的蠕變進行跟蹤監測，防止產生滑坡、崩塌等災害。

2.3 提高混凝土襯砌板的質量

減少或杜絕混凝土表面的氣泡，保證過水斷面的糙率小，和避免引水外滲，減小水頭損失和水量損失等。對策為：（1）優化施工方案，合理配置資源，保證混凝土澆筑質量。（2）加強混凝土養護和溫控工作，防止混凝土產生早期裂縫。（3）加強混凝土止水、伸縮縫、預應力張拉的施工管理工作，確保施工質量，防止混凝土表面出現滲水現象。（4）嚴格施工標準。

2.4 合理安排施工，做好土方平衡及混凝土施工

對策為：（1）合理安排總體施工程序，優化施工工序銜接。（2）優化施工方案，加快施工進度。（3）配備足夠的施工機械設備，保證設備能力滿足高強度施工的需要。（4）圍繞渠道施工這條關鍵線路，協調其他項目的施工，加強現場組織協調與管理，將進度計劃逐層分解細化，制定施工進度保證措施，同時用優良的施工質量和安全文明的施工環境保證工程施工有序、順利進行。endprint

2.5 不同工期采用不同降排水方法

（1）工程初期排水

工程初期排水依據工程施工施工特點及總體安排，初期排水主要針對渠道倒虹吸導流建筑物修建完成后，開始進行基坑初期排水。

并根據積水量的大小，選定合適的排水泵數量。

基坑初期排水流量按Q=3V/T進行計算，式中：

Q-初期排水流量，m3/h；

V-基坑內積水休積，m3；

T-排水時間，h。

（2）渠道施工期的降排水

施工期排水主要包括施工區滲水、降雨匯水、混凝土養護用水。

根據類似工程成功經驗，本標段渠道降排水主要采用明排的方法，地下水位較高渠段擬采用管井深井降排。

溝、井的截面應根據排水量確定，基坑排水量V滿足下列要求：

V≥1.5Q

式中：Q-基坑總涌水量，經計算基坑總涌水量為0.124m3/s。

V≥1.5Q=1.5×0.124m3/s=0.186m3/s。

此外，還要考慮施工區水流控制和明排設備配置的問題，確保在緊急情況下有足夠的設備可用，能將施工區域內的各種外來水進行導引、抽排，以保護施工區的正常施工，以疏通天然排水溝、施工區域周邊排水網絡，確保排水暢通。

3 結束語

基坑降水作用有保持作業面干燥，方便施工；增加開挖斷面的穩定性，防止邊土顆粒流失；降低含水率，提高土體力學性能；進而增強土體固結強度。

基坑降水方法很多，隨著科學技術的進步和軟件的研發推廣，在渠道降排水方案優化選擇方面也是碩果累累。

本文根據南水北調工程中線某工程，根據實際工程進行渠道降排水施工方案的優化設計，充分考慮地質、水文、氣象、施工條件、施工機具等條件，提出了一整套既有利于降排水，又有利于施工進度、施工質量以及施工安全的施工方案，為類似工程的施工提供了一定的參考價值。

參考文獻：

[1]郭暉，孫婧.南水北調中線工程建設管理的若干思考[J].人民黃河，2015，37（1）：121-125.

[2]李新軍，李勇，井書光，等.南水北調工程建設管理工作指南[M].北京：國務院南水北調工程建設委員會辦公室建設管理司，2005.

[3]李志萍，韓亞，劉攀峰，等.渠道降排水方案優化設計[J].華北水利水電大學學報（自然科學版），2014，35（1）：26-29.

[4]華北水利水電大學.南水北調潮河五標降排水方案可行性論證報告[R].鄭州：華北水利水電大學，2014：35.

[5]汪水光.南水北調穿黃隧洞工程盾構換刀加固區降排水方案應用[J].水利與建設管理，2015（11）：20-23.

[6]李志萍，張帥，趙靜，等.南水北調中線潮河段Ⅴ標降排水方案優化設計[J].人民黃河，2016，38（4）：97-100，105.endprint