□（中國水利水電第十一工程局有限公司）

臨河水電站廠房深基坑管井降水施工技術(shù)研究

□李 恒（中國水利水電第十一工程局有限公司）

安哥拉瓊貝達(dá)拉水電站廠房基坑深且靠近河道，在項目實施中，作者從特定的地質(zhì)條件分析了地下水的特點，通過試驗和計算，就此制定出深基坑的管井降水方案,對管井降水技術(shù)的施工工藝和實施效果進(jìn)行詳述,解決了基坑降水和邊坡穩(wěn)定的難題，有力的保障了開挖工作的按期完成，對以后同類工程中該技術(shù)的應(yīng)用有一定的借鑒意義。

基坑；開挖；深基坑；管井

1 工程概況

1.1 概述

安哥拉瓊貝達(dá)拉水電站廠房場地位于河流瀑布斷崖下游300 m的左岸階地。廠房基坑開挖最深達(dá)15 m，基坑離河道較近，最近不足8 m，三面環(huán)水河水位較高，上游河水位比廠房基底高14 m，后邊坡高達(dá)36 m，且基礎(chǔ)巖性為微膠結(jié)砂巖，巖石遇水后強度顯著變?nèi)?，極易產(chǎn)生滑坡體。在廠房后邊坡開始時已經(jīng)出現(xiàn)滲透水。基坑降水施工的成功，關(guān)系著保證廠房施工的關(guān)鍵。只有保證基坑和后邊坡的穩(wěn)定并把水位降到開挖面以下，才能保證廠房主體施工順利進(jìn)行。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)野外勘探、室內(nèi)土工試驗成果，場地地層主要為新生界第三系砂巖，層厚為2.40～6.80 m，層頂高程441.09～439.40 m。第四系松散堆積層（以沖洪積、殘坡積、人工堆積為主）。揭露層厚為0.40～2.30 m，平均厚度為1.30 m，西北厚東南薄，層底高程440.40～441 m。

1.3 地下水及滲透水情況

瓊貝達(dá)拉水電站發(fā)電廠房場地內(nèi)水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，在勘察深度內(nèi)已見有地下水，含水層可分為三種類型第四系松散堆積層孔隙水、基巖裂隙水和承壓水。

對電站廠房區(qū)分布的主要地層微膠結(jié)至半膠結(jié)泥質(zhì)砂巖，通過兩組鉆孔涌水試驗、一組試坑單環(huán)滲水試驗和三組帶觀測孔的抽水試驗，對廠房基坑的滲透水流量和水位進(jìn)行觀測、計算及評估。

多次不同水文地質(zhì)試驗成果計算成果表明，廠房區(qū)中、下部承壓含水層的平均滲透系數(shù)差異較小。依據(jù)ZK14、ZK15多孔抽水試驗成果及ZK02涌水試驗成果，廠房區(qū)中、下部承壓含水層的平均滲透系數(shù)為0.74～1.38 m/d，其影響半徑為6.10～12.10 m，大降深時的單井出水量為5.64～7.14 m3/h，對應(yīng)的降深為12.43～15.41 m。

根據(jù)單環(huán)注水試驗及ZK14抽水孔上部潛水水位恢復(fù)試驗成果，上部微膠結(jié)砂巖的滲透系數(shù)為0.50～1.23 m/d。

2 深基坑降水、防滲總體思路和實施階段

降水防滲主要按以下三個階段實施：第一個階段∶基坑開挖時段的降排水。EL435.75高程（臺階）以上，堵截、疏導(dǎo)相結(jié)合方式；EL435.75高程（臺階）以下，疏導(dǎo)、堵截與深井降水相結(jié)合方式。第二個階段∶土建施工時段防水。疏導(dǎo)、堵截與深井降水相結(jié)合方式。第三個階段：廠房四周墻施工至EL443時，回填四周砂礫料，逐步停止降水井抽水，先廠房上游，后下游；先小流量、后大流量。

防水方案采取“疏導(dǎo)、堵截和深井降水”相結(jié)合的方式，確保整個廠房EL443以下施工期間在干地作業(yè)。“疏導(dǎo)”的重點是河道疏浚、邊坡雨水外排；“堵截”的重點是通過上游混凝土防洪墻、下游尾水渠圍堰、垂直鋪膜防滲體、擋水墻來堵截外來水；“深井降水”的重點是抽排承壓水與大的裂隙水，達(dá)到降低地下水位目的。

3 深井降水

在目前深基坑降水施工中，管井井點及輕型井點應(yīng)用比較廣泛，而且有比較成熟的施工經(jīng)驗。由于基坑比較深，利用輕型井點至少采用三級輕型井點才能達(dá)到降水效果，工程造價要比管井成倍增加，且不利于機械化施工；從施工角度分析，輕型井點需逐級安插，導(dǎo)致工期延長，變相增加工程費用，從有利于安全、經(jīng)濟、施工角度綜合考慮，采用管井降水方案。

3.1 管井計算

潛水含水層基本參數(shù)：潛水含水層滲透系數(shù)K1：潛水含水層主要為第三系半膠結(jié)-微膠結(jié)砂層，其平均滲透系數(shù)取3 m/d（考慮局部砂礫石含水層的影響）；潛水含水層厚度H1：按潛水從441 m降至承壓含水層頂部434 m高程計算，H1=7 m；潛水水位降深S1：按潛水從441 m降至承壓含水層頂部435 m計算，降深S1=6 m；承壓含水層基本參數(shù)：承壓含水層滲透系數(shù)K2：根據(jù)涌水試驗，承壓含水層滲透系數(shù)K=0.91 m/d；承壓含水層初始水頭H2：承壓含水層厚度不詳，其底部近似按井底考慮，承壓含水層厚度M約為14 m，初始水頭H2約為23 m，降水后水頭h約為9 m。

承壓水位降深S2：按承壓水頭從443 m降至基坑底部（最低430 m）1 m以下，降深S2=14 m；

基坑距離河邊距離b：取平均距離約20 m；

基坑等效半徑：基坑形狀不規(guī)則，總面積約2 522 m2。

井深L由下式計算確定：

式中：Hw1－基坑深度，取13 m；Hw2－降水水位距離基坑底部的距離，取0.50 m；Hw3=ir0=0.20×18=3.60 m；Hw4－降水期間水位變幅，取0.50 m；Hw5－降水井過濾器工作長度，取2 m；Hw6－沉淀管長度，取2 m；

經(jīng)計算，井深L=21.60 m，取L=22 m。

潛水含水層涌水量Q2估算：

在臨河側(cè)修建防洪墻后，基坑主要水量來自承壓水層。承壓含水層涌水量Q2，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012，基坑總涌水量近似采用均質(zhì)含水層臨河承壓－潛水完整井的涌水量計算：

式中：Q2－承壓含水層涌水量（m3/d）；K2－承壓含水層滲透系數(shù)（m/d）；M－承壓含水層厚度（m）；H2－承壓含水層初始水頭（m）；h－承壓含水層降水后水頭h（m）；b－基坑距離河邊距離（m）。按上述承壓含水層參數(shù)取值，經(jīng)計算Q2=3 043.30 m3/d。

潛水含水層涌水量Q1估算：

潛水含水層涌水量，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012，基坑總涌水量近似采用均質(zhì)含水層臨河潛水完整井的涌水量計算公式

式中：Q1－潛水含水層涌水量（m3/d）；K1－滲透系數(shù)（m/d）；H1－潛水含水層厚度（m）；S1－潛水水位降深（m）；b－基坑距離河邊距離（m）。

按上述潛水含水層參數(shù)取值，經(jīng)計算Q1=273.40 m3/d。

基坑總涌水量Q估算：

經(jīng)計算基坑總涌水量Q=Q1+Q2=3 316.70 m3/d。

式中：K－承壓含水層滲透系數(shù)，取0.91 m/d；rs－管井過濾器半徑，按一般管井取0.20 m；l－管井過濾器進(jìn)水長度，取2 m。

經(jīng)計算單井出水量q=146.10 m3/d。

管井?dāng)?shù)量n估算：

式中：n－管井?dāng)?shù)量；Q－基坑總涌水量（m3/d）；q－單井出水量（m3/d）；

經(jīng)計算，管井?dāng)?shù)量n=20個。

管井間距a：

式中：P－基坑周長，取175 m；n－管井?dāng)?shù)量；a－管井間距（m）。

經(jīng)計算，管井平均間距為7 m，建議根據(jù)基坑開挖形狀按5～8 m間距布置管井。

管井結(jié)構(gòu)：建議井深22 m，孔徑250 mm，過濾管直徑180～200 mm，上部過濾管長度20 m，底部沉淀管長度2 m。

3.2 深井降水布置

為了達(dá)到很好的降水效果，決定在靠近瓊貝河的三面加密，間距調(diào)整為9 m，其它部位間距為10 m，共布井23口，大于計算的20口井，最終形成一個封閉的圓形井群。基坑降水井井位平面布置見圖1。

圖1 基坑降水井群平面布置圖

在地下水位下降至開挖高程以下后，根據(jù)排水量關(guān)閉部分水泵，將停止抽排水的管井其中2眼井作為觀測井使用，監(jiān)測排水期間地下水位情況。

3.3 深井降水施工程序

3.3.1 施工準(zhǔn)備

場地整平：對施工位置整平、夯實，同時合理布置施工機械、輸送管路和電力線路位置，確保施工場地的“三通一平”。井位放樣：施工前用全站儀測定降水井施工的控制點，埋石標(biāo)記，經(jīng)過復(fù)測驗線合格后，井位測放誤差＜10 cm。在降水井軸線拐彎處應(yīng)設(shè)固定樁，同時在施工軸線上設(shè)固定樁。修建排污系統(tǒng)：降水井施工過程中將會產(chǎn)生廢漿，將廢液引入沉淀池中，沉淀后的清水排至下游河道中。

3.3.2 埋設(shè)護(hù)孔管

護(hù)孔管應(yīng)插入原狀土層中，管外應(yīng)用粘性土封堵，防止管外返漿，造成孔口坍塌，護(hù)孔管應(yīng)高出地面10～30 cm。

3.3.3 安裝鉆機

GDF-200型鉆機底座應(yīng)安裝平穩(wěn)，大鉤對準(zhǔn)中心，大鉤、轉(zhuǎn)盤、與孔中心應(yīng)成三點一線。

3.3.4 鉆進(jìn)成孔

降水管井開終孔孔徑為?700 mm。鉆孔底部比管井的設(shè)計底標(biāo)高深0.50 m以上。開孔時應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)，以保證開孔的垂直度。鉆進(jìn)時一般采用自然造漿鉆進(jìn)，遇砂層較厚時，應(yīng)人工制備泥漿護(hù)壁，泥漿密度控制在1.10～1.15。當(dāng)提升鉆具和臨時鉆停時，孔內(nèi)應(yīng)壓滿泥漿，防止孔壁坍塌。鉆進(jìn)時按指定鉆孔、指定深度內(nèi)采取巖樣，核對含水層深度、范圍及顆粒組成。

3.3.5 清孔換漿

鉆至設(shè)計標(biāo)高后，將鉆具提升至距孔底20～30 cm處，開動泥漿泵清孔，以清除孔內(nèi)沉渣，孔內(nèi)沉淤應(yīng)＜20 cm，同時調(diào)整泥漿密度至1.10左右。

3.3.6 吊放井管

采用無砂混凝土管，在第一節(jié)預(yù)制混凝土井管下部堵Ф700混凝土板，再用一層100目鋼絲網(wǎng)包裹，緩緩下放，當(dāng)管口與井口相差200 mm時，接上節(jié)井管，接頭處用100目鋼絲網(wǎng)裹嚴(yán)，以免擠入泥砂淤塞井管，豎向用四條30 mm寬、長2～3 m竹條固定井管。為防止上下錯位，在下管前將井管依井方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，為防止雨水、泥砂或異物流入井中，井管要高出地面≥200 mm，并加蓋臨時保護(hù)。

3.3.7 填濾料

井管下入后立即填入濾料。濾料沿井孔四周均勻填入，保持連續(xù)，將泥漿擠出井孔。填濾料時，隨時隨測濾料填入高度，當(dāng)填入量與理論計算量不一致時，及時查找原因。不得用裝載機直接填料，用鐵鍬下料，以防不均勻或沖擊井壁。洗井后，如濾料下沉量過大，進(jìn)行填補。濾料為2～7mm干凈豆石，雜質(zhì)含量≤3%。

3.3.8 回填

應(yīng)在投礫工作完成后，在地表以下回填粘性土。

3.3.9 洗井

采用下泵試抽洗井，用潛污泵反復(fù)進(jìn)行抽洗，直至水清砂凈。洗井在成井8 h內(nèi)進(jìn)行，以免時間過長，護(hù)壁泥皮逐漸老化，難以破壞，影響滲水效果。洗井過程中注意觀測水位及出水量變化情況。

3.3.10 安泵試抽

成井施工結(jié)束后，水泵設(shè)置在距離井底1 m處，管井運行前，進(jìn)行測試抽水，檢查出水是否正常，有無於塞等現(xiàn)象。

3.3.11 排水總管

在基坑一周布置一根內(nèi)徑Ф250排水鋼管，排水管向水流方向的傾斜以1‰為宜，所有降水井出水管并入Ф250排水鋼管，每根管安裝一個止回閥和手動閘閥，防止水倒流。

4 結(jié)語

管井布置完成并運行后，通過2個檢測井觀測，廠房基坑地下水位維持在429.50 m高程，防滲降水在廠房基坑降水中實際應(yīng)用的效果較好，基坑的水位完全滿足廠房的施工要求，實施的結(jié)果基本符合預(yù)想效果。邊坡和基坑明排措施有利。廠房基坑開挖結(jié)束，即進(jìn)入當(dāng)?shù)赜昙荆瑥S房在雨季進(jìn)行主體的施工?？拷鼜S房邊坡最大位移15 mm，在合理范圍內(nèi)。管井降水期，嚴(yán)格遵循降水運行管理與技術(shù)措施，安排值班，做好抽水及監(jiān)測記錄。對設(shè)備故障和局部滲水可能出現(xiàn)的隱患等采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，保證了降水措施的順利實施。

（編輯：劉長垠 韋詩佳）

TU463

A

1673-8853（2017）01-0061-03

2016-12-13