季 晨 郭桂祥 楊 勇

（1.鹽城市機械排灌處，江蘇 鹽城 224003；2.蘇州潤禹工程咨詢管理有限公司，江蘇 蘇州 215128）

1 工程概況

本泵站工程為老站改建項目，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4 級，臨時建筑物為5 級；設計防洪（潮）標準采用50年一遇，排澇標準采用10年一遇，裝機ZLB-1400 型軸流泵3 臺，單機流量約為7.0 m3/s，共裝機1200 kW。

本工程基坑土方開挖的大致范圍為：基坑兩側(cè)防洪堤段開挖坡比1∶2，最大挖深12 m（▽-4.0 m），上口開挖長度約120 m；基坑兩端上下游段開挖坡比1∶3，最大開挖深度8 m（▽-4.0 m），上口開挖寬度100 m；整個開挖段降水面積約125 m×105 m。

開挖防洪堤堤頂高程約為▽8.0 m，基坑水位埋深約為▽3.5 m 以下，▽3.5 m 以上主要為原堤防填筑土質(zhì)，土質(zhì)較好。降水設施計劃在上層土方開挖結(jié)束后開始布置，降水深度控制在9 m 以上。

2 工程施工降水的難點

由于在基坑外側(cè)工程設計中未采用任何阻水截流措施，基坑開挖放坡受周圍地形建筑物限制，故采用何種降水手段保證開挖的順利實施以及在施工過程中的邊坡穩(wěn)定，成為施工單位首先要解決的難題。

（1）施工降水難點一。站身兩側(cè)施工場地狹窄，老泵站建于原有防洪堤上，距墩墻左側(cè)10 m 為防洪閘，右側(cè)建有原站房管理設施，不宜進行大面積開挖，且要保證開挖降水引起周邊設施的均勻沉降；最大設計開挖坡比為1∶2，局部1∶1，要解決高含水量粉沙地質(zhì)小坡比邊坡易坍塌與出現(xiàn)流沙問題。

（2）施工降水難點二。站身位置開挖深度大，最大挖深達到12 m，站身原防洪堤填筑范圍以下20 m 左右土質(zhì)主要為粉沙質(zhì)粘土（透水系數(shù)為1～4 m/d）夾部分流沙土質(zhì)，含水量高（粉沙層含水量達到35%以上），要求水位降深大，站身前后均為高水位河流，水源回補充分，由于三面臨河，局部有管涌，施工降水難度大。

整個工程工期較緊，要求確保2013年3 月底具備水下階段性驗收條件，滿足汛期防汛功能。能否順利實施深基坑開挖，是控制整個工程進度、質(zhì)量的關鍵。狹窄場地范圍內(nèi)的深基坑開挖質(zhì)量是整個工程能否按期完工并發(fā)揮效益的關鍵，而影響此開挖質(zhì)量的關鍵因素就是基坑降水。

由于本工程為市級財政項目，投標限價較低，基坑降水既要滿足施工需要，又要考慮工程的經(jīng)濟效益，因此，這種施工設計既無防水、截流措施也無任何基坑支護的基坑開挖，如何保證施工安全對施工單位是一個嚴峻考驗。

3 基坑降水形式的比選

基坑降水方法主要有明溝加積水井降水、輕型井點降水、噴射井點降水、電滲井點降水、管井井點降水、深井井點降水等。各種降水方法有其特點和適應條件，比選如下：

（1）輕型井點降水適用于面積不大且降水水位不深的基坑，降水水位一般在3～6 m 之間，若要求降水深度大于6 m，理論上可以采用多級井點降水系統(tǒng)，但需要基坑四周有足夠的空間，以便于放坡或挖槽，分級布置井管。輕型井點的管路過長、分支多、密封度差，會導致管井真空度不足，影響出水量，分級布置時施工干擾大。

（2）噴射井點降水系統(tǒng)能在井點底部產(chǎn)生25 cm 水銀柱的真空度，其降水水位深度大，一般在8～20 m 范圍。其適用的土層滲透系數(shù)和輕型井點一樣，一般為0.1～50 m/d，在滲透系數(shù)3～50 m/d 的砂土中應用最為有效。但其抽水系統(tǒng)和噴射井管的施工工藝較為復雜，運行故障率較高，維護困難，配套功率較大，能量消耗大，運行費用較高。

（3）電滲井點降水適用于滲透系數(shù)很小的細顆粒土，如：粘土、亞粘土、淤泥和淤泥質(zhì)粘土，這些土的滲透系數(shù)小于0.1 m/d，需要與輕型井點和噴射井點結(jié)合運用，其降低水位深度取決于輕型井點和噴射井點。

（4）管井降水一般適用于降水系數(shù)大、地下水豐富的地層，每口管井出水流量可達50～100 m3/h，土的滲透系數(shù)在100～200 m/d 范圍內(nèi)，這種降水方法一般用于潛水層降水。

（5）深井井點降水是有基坑支護情況下使用較多的降水方法，其優(yōu)點是降水深度大、降水量大，在砂礫等滲透系數(shù)大、透水層厚度大且一般輕型井點和噴射井點降水無效的情況下，采用此方法最為適宜。管井（或深井）成井質(zhì)量控制較為復雜，單井出水量較大，易出泥、出沙。

在分析總結(jié)這些常規(guī)降水方法優(yōu)缺點的基礎上，如何找到一個既滿足本工程具體施工技術要求而又比較經(jīng)濟的降水方案，能在避免分級干擾的同時，既能解決輕型井點、噴射井點等降水方法因真空度不足等因素影響出水效果以及分級干擾問題，也能克服管井（深井）降水的出泥出沙、降水不均勻的弊端，成為項目部選擇降水方案需要探討的一大課題。

4 方案提出及最佳方案確定

4.1 方案提出

工程開工前，項目部就本工程基坑開挖的降水問題，針對現(xiàn)場施工條件和設計圖紙、招標文件要求，積極展開討論。通過主動走訪多年前參加老站施工的技術人員，了解當年老站施工時基坑狀況以及當時施工所采取的降水措施，并結(jié)合相關專家意見和現(xiàn)有常規(guī)降水方法及以往的施工經(jīng)驗，提出了多種降水方案。然后對方案在本項目實施中可能存在的施工難點、運行缺陷等情況進行了詳細的分析、計算和研究，最終利用輕型井點降水原理，結(jié)合輕型井點降水以及噴射井點降水優(yōu)點，采取了在井點結(jié)構(gòu)的設計和抽水方法上有重要創(chuàng)新的小口徑鍍鋅鋼管井點降水方法，其與傳統(tǒng)的降水方法相比有了較大突破。

（1）小口徑鍍鋅鋼管井點降水方法主要設備和用材：Φ25 鍍鋅鋼管，壁厚2.5 mm；小功率單相自吸泵；井體濾管包裹材料、濾料等。

（2）降水深度：單級5～12 m。

（3）適用土質(zhì)以及降水能力：粉質(zhì)粘土、粉砂土；降水能力較強，適用于含水量較大（一般20%～35%）土質(zhì)；滲透系數(shù)一般為0.1～10 m/d。

（4）單機配套功率：0.75～1.0 kW。

（5）布置方式：單排或多排環(huán)狀線性布置。

4.2 方案實施

圖1 無壓非完整井涌水量計算

小口徑鍍鋅管井井點降水方案的關鍵工序：一是井點設計。采用理論計算的方法確定井管的數(shù)量與間距，目標是滿足降水的要求，由技術科負責計算，公司工程部、總工室審查審批。二是試驗井施工及抽水試驗。在開挖范圍四角和中心各鉆井點1～3 眼試驗，單井、三井聯(lián)機連續(xù)抽水12 h 以上，精確計量實際抽水量，目標是單井出水量滿足設計要求，達到10 t/d 以上，不出泥、出沙。三是實施井點施工。參照相關規(guī)范施工，安裝連接好抽水管道系統(tǒng)，保證孔管的垂直度，保證濾管、濾料質(zhì)量，控制出泥出沙，控制好工程工期，目標是達到設計與抽水試驗標準。四是聯(lián)機抽水。不間斷進行抽水，注意檢查每臺井泵的運行情況，及時更換故障水泵，檢查泵管連接密封程度，目標是保證所有管井達到設計要求。

4.2.1 井點設計

按照無壓非完整井、抽水原理與輕型井點基本相同，計算依據(jù)參照輕型井點。

（1）計算參數(shù)

降水面積A=125×105=13125 m2；

滲透系數(shù)取K=2 m/d；

降水深度S=9 m（基坑底平面上下各8 m、1 m）。

（2）井管結(jié)構(gòu)設計

H（井管長度）≥H1（現(xiàn)狀地面至基坑底面距離）+h（基坑中央最深挖掘面至降水曲線最高點的安全距離m）+I×L（降水曲線坡度與井點至基坑中心短邊距離的乘積）+l0（濾水管長）=8（4）+1+1/10×105/2+2=16（12）m（括號內(nèi)為基坑兩端井點深度）

（3）涌水量計算（由于井底沒有達到不透水層，所以按照無壓非完整井計算）

無壓非完整井涌水量計算見圖1。lgx0）

式中：

Q—基坑總涌水量；

K—滲透系數(shù)，取2 m/d；

H0—有效帶深度，取H0=1.85×（S1+l）=1.85×16=29.6 m；

S—水位降低值，取9 m；

R—抽水影響半徑，取R=1.95×S×（H0×K）1/2=1.95×9×（29.6×2）1/2=135 m；

x0—基坑假想半徑，取x0=（A/π）1/2=64.65 m；

Q=1.366×2×（2×29.6-9）×9/（lg135-lg64.65）=1677 m3/d。

（4）確定井點管的數(shù)量與間距

q（單根井點管每天的出水量）=65×π×d×l×K1/3=65×3.14×0.02×2×21/3=10.32 m3/d

n（井點管需要根數(shù)）=1.1×Q/q=1.1×1677/10.32=180 根

D（井點管間距）=2×（L+B）/n=2×（125+105）/180=2.5 m

（5）校核水位的實際降低數(shù)值

應滿足設計要求。

（6）水泵選擇

一般按照涌水量、滲透系數(shù)、井點管數(shù)量與間距、降水深度以及需用水泵功率等數(shù)據(jù)選擇水泵的型號（包括流量、吸程等）。經(jīng)過選擇比較，并通過現(xiàn)場抽水能力測試，最終選擇1ZDB65 型單相自吸泵作為降水用泵。

其主要性能：流量3.5 m3/h，吸程9 m（實際使用時達到12 m 以上），單機單相功率750 W，配套接管外徑25 mm。

根據(jù)降水深度要求以及單相自吸泵抽真空能力，可以采用三井、四井、五井等并聯(lián)后總管接自吸泵，并保證自吸泵在各并聯(lián)井管單元管道內(nèi)能夠形成70 kPa 左右的真空壓力，日最大抽水流量可以達到40 m3/d 左右。

4.2.2 試驗井施工與抽水試驗

（1）單井施工工藝流程

井管與濾管制作→測量放線→挖井點溝槽→沖孔→下沉井管以及濾管并調(diào)整居中→灌填粗砂濾料→上部回填粘土密封→安裝單井抽水設備→抽水。

（2）主要施工方法

井管以及濾管制作：井點管采用無縫鍍鋅鋼管，管下端配2.0 m 長濾管，濾管采用與井點管同直徑鍍鋅鋼管，井點管和濾管之間通過鍍鋅管接頭連接，保證連接質(zhì)量，濾管部位鉆梅花孔，直徑5 mm，間距15 mm，外包尼龍網(wǎng)（100 目）2～3 層，鋼絲網(wǎng)2層，外纏20#鍍鋅鐵絲，間距10mm。三井并聯(lián)采用Φ30×2.5 mm PVC 管連接，通過橡皮套管連接單相自吸泵。

成井施工：利用7.5 kW 高壓水泵，通過軟管與一根特制的Φ48 mm鋼管相連，鋼管端部設有噴水孔，由兩名操作工人手持鋼管在井管位置上下抽動，直至成孔，成孔深度一般比濾管底深0.5 m，沖孔時注意沖水管須垂直插入水中并擺動，成孔直徑平均要在120 cm 以上，成孔后立即拔出Φ48 mm 沖水管，插入井點管，并確保濾管處于井孔中間位置，向孔內(nèi)緩緩灌入中粗砂，防止堵孔，并在填砂時輕微上提井管，確保濾料回填密實均勻。濾料回填至距離原狀地面2～3 m 后用Φ20 mm 左右的粘土球?qū)⑸喜烤追舛?，并人工壓實?/p>

井點管埋設完成后應檢查其滲水性能，檢查方法為：在正常情況下，井點口應有地下水向外冒出；否則，從井點管口向管內(nèi)灌清水，看管內(nèi)水位下降情況，水位下降越快，井點質(zhì)量越好。

井點埋設結(jié)束要快速接泵抽水，防止靜置時間過長井點淤塞。

圖2 井點單元構(gòu)成示意圖

圖3 施工現(xiàn)場井點連接平面圖

（3）單井抽水試驗

試抽的主要目的是檢查井點的出水狀況、單相自吸泵的運轉(zhuǎn)情況和井孔壁的漏氣情況，如果漏氣比較嚴重則影響出水效果，應該調(diào)整上部粘土的封堵深度或重新成井。

單井抽水試驗應該至少不間斷運行12 h 以上，并在整個抽水試驗過程中分階段計量單井出水情況。通過12 h 的抽水情況分析，初步印證單井抽水能力。

4.2.3 全部井點施工以及并機聯(lián)網(wǎng)抽水

（1）施工方法

全部井點的施工方法與要求同單井施工。三個單井通過PVC 管并聯(lián)匯總接一臺750 W 單相自吸泵，形成一個降水單元，整個降水系統(tǒng)安裝750 W 單相自吸泵60 臺，即60 個降水單元，每個井點降水單元出水管通過連接管道匯入直徑200 mmPVC 集水總管，將水排出基坑開挖范圍之外。井點單元構(gòu)成示意圖見圖2，施工現(xiàn)場井點連接平面圖見圖3。

（2）具體質(zhì)量要求

井體結(jié)構(gòu)、井點管間距、埋設深度應符合設計，一組井點管和接頭中心應保持在一條直線上；井管垂直度控制在1%以內(nèi)，井孔直徑誤差控制在±10 mm 以內(nèi)，濾料回填均勻密實，濾料包裹濾管厚度不小于50 mm。

井點埋設應無嚴重漏氣、淤塞、出水不暢或死井等情況。

各組井點單元的真空度應保持在70 kPa 左右。

各個單井都要保證出水無渾濁、無粉沙。

單井、各降水單元出水量須符合設計要求。

4.2.4 施工注意事項

土方挖掘運輸車道處通常不設置井點，這不會影響整體降水效果，如果布置井點要對井點做好可靠的保護。

在正式開工前，項目部要及時辦理用電手續(xù)，布置好比較合理的供電線路，每個降水單元都應有獨立的線路控制，并做好用電安全工作，保證在抽水期間不會長時間停電。抽水應連續(xù)進行，特別是開始抽水階段，時停時抽會導致井點管的濾網(wǎng)阻塞。同時，由于中途反復長時間停止抽水，造成地下水位上升，會引起土方邊坡塌方等事故。

井點降水應經(jīng)常進行檢查，其出水規(guī)律應為“先大后小，先渾后清”，若出現(xiàn)異常情況，應及時進行檢查并排除。

在抽水過程中，應經(jīng)常檢查和調(diào)節(jié)自吸泵的出水流量，當?shù)叵滤唤档剿蟮乃缓?，要減少或間隔停止部分單相自吸泵抽水，盡量使抽吸與排水保持均勻，達到細水長流。

管路密封性（真空度）是影響單元井點能否順利進行降水的主要技術指數(shù)，現(xiàn)場應設專人經(jīng)常檢查，若抽水過程中發(fā)現(xiàn)水泵出水量明顯減少，應立即檢查整個抽水系統(tǒng)有無漏氣環(huán)節(jié)，并應及時排除。

在抽水過程中，特別是開始抽水時，應檢查有無井點管淤塞的死井，可通過聽管內(nèi)水流聲、看管子表面是否潮濕等方法進行檢查。如“死井”數(shù)量超過10%，則會嚴重影響降水效果，應及時采取措施，及時補井。

在井點施工之前應勘測現(xiàn)場，采用高壓水沖法成孔，如上部防洪堤粘土層較密實，沉管速度會較慢，如超過常規(guī)沉管時間時，可增大高壓水泵壓力，但不要超過1.5 MPa。

在基坑周圍上部應挖好截水溝，防止雨水流入基坑。

井點位置應距坑邊2.0～2.5 m，以防止井點設置影響坑邊土坡的穩(wěn)定性。水泵抽出的水應通過按施工方案設置的明溝遠離基坑排出，以防止?jié)B入基坑周邊回流，影響降水效果。

5 實施效果檢查與確認

5.1 降水系統(tǒng)施工工期

整個降水系統(tǒng)累計需打設12～16 m 深鍍鋅鋼管井點180 眼，由于成井工藝簡單易學，成井質(zhì)量容易保證，成井設備（主要為高壓水槍）簡單，因此，整個成井過程可以在開挖界面全面展開，3～4 眼井并聯(lián)后自成獨立的降水單元，每個單元完工后即可裝泵抽水。在具體實施過程中成立了6 個成井小組，每個小組每天可成井2～3個單元，整個施工工期包括試驗井施工以及抽水試驗控制在8 d 以內(nèi)，滿足了施工計劃要求。

5.2 降水效果

（1）整個開挖范圍內(nèi)所有降水單元于2012年10 月31 日開始全面抽水，4 個集水總管平均出水量均超過20 m3/h，單井出水量平均在10～11 t/d，連續(xù)抽水96 h 后開始基坑開挖。基坑開挖土方含水量經(jīng)過在兩個開挖層次的環(huán)刀檢測，含水量分別為上層▽1.0～4.0 m 為9.5，下層▽-4.0～1.0 m 約為11.5，達到了預期目標。土方開挖采用挖掘機與自卸汽車配合，在首先開挖原防洪堤的填筑土方后，再分兩層進行基坑的土方開挖施工。在開挖過程中沒有出現(xiàn)任何邊坡坍塌和失穩(wěn)現(xiàn)象，而且有效地控制了管涌。在二層土方開挖時由于降水效果較好，坑內(nèi)運輸?shù)缆穬H在局部以15 mm 厚鋼板鋪設即可滿足自卸車的行走要求；達到開挖高程后坑底表面干爽、整潔，地下水位低于坑底1 m 以下。整個基坑土方開挖經(jīng)歷了15 個工作日，累計開挖土方約5萬m3，整個開挖過程連續(xù)順利，開挖工期比原計劃提前5 d 完工。

（2）主體工程施工過程中的降水維持：整個降水過程貫穿基坑土方開挖以及泵站水下結(jié)構(gòu)施工，從2010年10 月30 日開始至2011年2 月初，歷時3 個月，所有井點單元運轉(zhuǎn)的真空度始終能夠保持在75 kPa 以上。施工過程中除了對部分單元的單相自吸泵進行短時間更換外，所有井點單元運行正常，對施工無干擾，基坑周圍邊坡穩(wěn)定，所有底板、墩墻、翼墻施工都在平整干燥的環(huán)境下進行，工程質(zhì)量得到了保證。

（3）周圍沉降觀測結(jié)果：通過對基坑周邊防洪閘、泵站管理用房等永久觀測點的定期連續(xù)監(jiān)測，由于井管布置均勻，沒有引起周邊建筑的不均勻沉降，達到了預期要求。

5.3 經(jīng)濟效果比較

與以往類似降水方案相比，本降水辦法成井工藝簡單，水位降深大，成井以及配套設備簡易，成井主要材料如井管、單相自吸泵等可以反復使用，成井成本和運行成本有較大降低。

6 總結(jié)

本降水技術主要適用于粉質(zhì)（粉沙質(zhì)）粘土、粘土夾流沙層等含水量豐富、滲透系數(shù)較大（一般適用滲透系數(shù)在0.1～10 m/d）的深基坑工程的開挖，較以往的輕型井點、噴射井點、管井（深井）井點降水等有較為明顯的優(yōu)勢。

本次小口徑鍍鋅鋼管井點降水技術在泵站工程深基坑開挖中的運用是一次成功的嘗試，但在管材的選用、抽水水泵的選擇、成井質(zhì)量等方面有待進一步研究探討，并在施工實踐中予以完善及推廣。