大垸子泵站基坑深井降水方案及實施

向明

(湖北騰升工程管理有限責任公司，湖北 武漢 430000)

1 工程背景

1.1 工程概況

大垸子泵站工程位于湖北省仙桃市東部沙湖鎮，與省會城市武漢毗鄰，距仙桃市中心約40 km。設計排水標準為10年一遇3日至5日暴雨作物耐淹深度，工程建成后將解決通順河仙桃段排水能力不足的問題。大垸子泵站水(船)閘下游初擬泵站設計流量為181 m3/s，為Ⅱ等工程，泵站規模為大(2)型。工程主要建設內容包括水工建筑物、機電設備、金屬結構、工程配套設施、工程管理設施等，工程布置于大垸子閘西南區域。新建大垸子泵站站址位于東荊河左堤162+980處，泵站軸線與大垸子閘軸線相距約400 m。

1.2 地質條件

站址區地基土層上部主要為淤泥質土及粘性土層，其持力層為淤泥質土及壤土層，下臥壤土、砂壤土，局部為淤泥質土，其承載力特征值為70～130kPa，建基面以下土層地基承載力不能滿足泵站設計應力要求，地基基礎應進行處理，建議采用樁基礎，其樁基礎形式可采用鉆孔灌注樁，樁端持力層及樁長根據荷載計算確定，建議以下部礫砂層⑨作為基礎持力層。因主泵房基坑緊臨江家垱險段堤基，其見基面高程為8.90 m，基坑開挖形成的臨空面高達10.00～12.50 m。堤基淤泥質壤土層厚4.80～5.60 m，其頂板高程為13.33～14.30 m，底板高程為7.73～9.50 m。基坑開挖時邊坡極可能沿淤泥質壤土層滑動，從而導致東荊河左堤堤基產生剪切變形破壞而引起堤身變形破壞危及堤防安全，所以設計須引起高度重視并須采取相應工程處理措施。因此主泵房基坑臨東荊河左堤堤內側邊坡建議采用樁基礎，以控制因基坑開挖可能導致的東荊河左堤堤基變形破壞。

主泵房站址地基上部為粘性土層，下部為粉細砂、中粗砂及砂卵(礫)石。站址處粘性土層底板高程-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，在承壓水的作用下，基坑開挖時，主泵房會出現基坑突涌現象，特別是洪水期γH<γo(ho+H)更易發生基坑突涌。因此基坑開挖時須采取一定的防滲或基坑井點降水處理措施以確保基坑穩定。

2 基坑降水方案設計

基于大垸子泵站工程地勘資料及工程區中細砂層滲透系數，為提升基坑邊坡砂層的穩定性，泵室底板及前池反濾層必須進行人工降水，此外，工程區地下水具有較大降深，含水層厚度及滲透系數均較大，不適用于輕型井點降水，應采用深井群降水。

結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應按120 m×25 m尺寸設計，且基坑等效半徑應為42 m；基坑降水其余參數按照以下公式確定：

(1)

(2)

(3)

n=1.1Q/q

(4)

式(1)～(4)中：R—降水影響半徑(m)；S—降水深度(m)，取6.80 m；H—含水層厚(m)，取17m；k—滲透系數(m/d)，取6.05 m/d；Q—基坑涌水量(m3/d)；γ0—基坑等效半徑(m)，取42 m；q—單井出水量(m3/d)；rs—透水濾管半徑(m)，取0.15 m；l—透水濾管進水段長(m)；n—深井數量(口)。

根據大垸子泵站工程實際資料，計算得降水影響半徑為135.70 m，基坑涌水量為2 395 m3/d，單井出水量310 m3/d，深井數量為8口，按照該數量進行深井設置便能滿足基坑降水要求，且井距離應控制在20 m。大垸子泵站深井降水水位示意圖見圖1。

圖1 降水井水位示意圖

3 基坑降水施工

3.1 成井施工

3.1.1 施工準備

按照大垸子泵站工程降水管井設計圖進行井位測放和井位標記，對于井點設置過程中遇到的地面障礙物應徹底清除。采用管徑700 mm、壁厚6.00 mm的直縫鋼管進行長度分別為2.00 m、3.00 m和5.00 m的護口管預制。進行護口管埋設時必須將其插入原狀土層，護口管上部應高出地面0.20～0.30 m，并通過草辮子和黏性土將管外部封堵嚴實，避免施工過程中發生返漿現象。鉆機安裝時，為達到設計垂直度要求，應采用水平尺進行安裝后機臺的測量，并將大鉤、轉盤和孔中心控制在一條直線上，并應在鉆頭和鉆桿連接處設置2根鉆鋌。

考慮到泵站工程基坑深井降水施工材料包括鋼管、濾網、濾料等，為保證施工質量，應在材料進場后進行產品合格證檢查和材料工程性能試驗，并按照設計要求進行材料堆放保管。大垸子泵站基坑降水成孔通過自帶卷揚機下放井管的300沖擊型鉆機完成。為保證鉆機鉆進施工質量，應在鉆機進場前通過反鏟履帶將鉆機安放區域碾壓平整密實，鉆機就位后應做到勾頭、磨盤和孔位與中心線對齊，垂直度控制在1%以內。

3.1.2 鉆孔、清孔

鉆孔時應保持套管垂直鉆進，并隨時觀察水位、涌砂、氣體溢出等情況變化，并保證孔身圓正。待鉆進至設計孔深后必須及時清孔換漿，以避免發生泥漿沉淀及井孔坍塌。具體而言，應通過成孔鉆頭提筒并以勻速吊入井底，并將自造漿液逐漸提出井孔，持續向井孔內灌注清水，如此循環往復，直至提筒內水體變清澈，結束清孔換漿，但是，孔內注水過程還應持續進行，以維持孔內水頭壓力，避免塌孔。清孔后采用設備自帶的測繩量測孔底沉渣，并將其厚度控制在20 cm以內。

3.1.3 安裝井管及濾料回填

按照設計要求事先配置濾水管和實管，并逐節編號，采用機械自帶的卷揚機逐節下放、吊裝和焊接直縫鋼管，并保證焊縫順直飽滿。用鋼板將最下節井管封底處理，井管至少比地面高出50 cm。

采用循環水填料法將粒徑1～3 mm的砂石濾料填入井管和鉆孔之間的間隙內，并始終保證井管垂直居中，當實際回填量達到理論回填量80%時，采用測繩測量濾料實際回填高度并按設計值進行校正，洗井使填料達到設計密實度后再填入黏土封閉井管和鉆孔間隙。

3.2 降水運行

采用口徑85 mm的抽水泵和出水量60 m3/h的潛水泵，輸水管通過泵管與抽水泵相連，將尺寸1.20 m×1.20 m×1.80 m的三級沉淀池設置在排水管線與市政接入口處。為降低基坑降水對周圍環境的影響，應嚴格按需降水，并根據基坑開挖深度和承壓水頭安全埋深確定基坑降水運行過程中減壓抽水井數量和實際抽水量。根據開挖深度，應逐漸降低承壓水頭，以避免基坑降水可能導致相鄰地面沉降。

3.3 封井

完成深井降水后應按設計要求進行基礎和結構抗浮力驗算并在降水井管壁焊接2層直徑500 mm的圓形鋼環止水圈，下層止水圈的焊接位置在距離底板底100～200 mm處，上層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，防止井孔內承壓水上涌。大垸子泵站降水井封堵應遵循以砂還砂、以土還土的原則，含水層段、隔水層段和底板底區域應分別回填砂土、黏土和微膨脹混凝土，回填層達設計強度后增設焊板封堵井孔。

4 結論

通過對工程基坑深井降水設計及施工過程的分析表明，基坑降水設計必須嚴格依據巖土工程勘察報告及泵站基坑降水對周圍影響的預測，為節省降水施工費用，提升成功率，可以先進行2個降水井的施工及現場抽水試驗，獲取相關的水文地質及深井降水試驗參數，為后續施工提供依據。考慮到工程區含水層的非均質性，其各含水層含水量差額屬于隨機變量，所以在基坑降水設計階段應針對井點數量、孔深、井徑、濾料、抽水機械等預留一定的安全儲備，保證降水施工工效。