(上海市水利工程集團(tuán)有限公司，上海 200030)

目前，上海地區(qū)挖深超過5m的基坑降水工程主要采用真空降水管井構(gòu)造，利用真空泵進(jìn)行降水。根據(jù)地層條件和工程需要在任意井段進(jìn)行分段密封處理以實(shí)現(xiàn)分層降水，分段密封采用死管和黏土球進(jìn)行處理；真空泵采用水環(huán)式真空泵，單個(gè)泵連接3～4口井，泵量較大的真空泵連接管井?dāng)?shù)量適當(dāng)增加。真空管井的布置間距約9m，每口管井的有效降水面積約250m2。真空降水管井構(gòu)造通過抽氣創(chuàng)造真空條件，安裝復(fù)雜，對(duì)管井的密封性要求高；降水過程中需要有專人看護(hù)，工藝性要求較高；有淤泥吸入管內(nèi)容易造成堵管；真空降水管井采購、運(yùn)行、維護(hù)成本較高。

為解決真空降水施工工藝復(fù)雜、運(yùn)營維護(hù)成本高等缺陷，經(jīng)過不斷摸索、試驗(yàn)，基于氣舉作用和噴射泵工作原理，采用空壓機(jī)進(jìn)行管井降水。經(jīng)多項(xiàng)工程實(shí)例驗(yàn)證，氣舉法管井降水施工方法具有降水效果好、綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)，可在基坑降水工程中推廣應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目應(yīng)用介紹

張馬泵站工程位于上海市青松控制片青浦區(qū)東泖河?xùn)|岸的西長港支河口上，是青松片區(qū)外圍一座排澇及引水調(diào)度雙向功能的綜合性泵站。本工程建設(shè)規(guī)模為雙向引排水60m3/s。本次新建張馬泵站工程主要功能為防汛排澇，同時(shí)兼顧改善水環(huán)境。受前期涵養(yǎng)林搬遷影響，本工程項(xiàng)目于2016年5月18日正式開工，工期滯后2個(gè)月，計(jì)劃6月25日挖掘機(jī)進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行土方作業(yè)，場(chǎng)地排水時(shí)間緊，任務(wù)重。項(xiàng)目部利用氣舉法管井降水施工方法進(jìn)行場(chǎng)地內(nèi)淺水及承壓水的降水工作，降水耗時(shí)15天，地下水位即滿足土方開挖要求，且水位穩(wěn)定，為后期土方開挖節(jié)約了時(shí)間，同時(shí)保證了基坑安全性。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

本施工技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

a.空壓機(jī)降水裝置制作簡單、快捷，主要材料和設(shè)備易于采購。

b.降水設(shè)備對(duì)于完全密封的要求不高，環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)。

c.設(shè)備安裝完成之后可24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，降水效果好。

d.增加一個(gè)安全回路和單向閉氣閥，無爆管、燒泵等風(fēng)險(xiǎn)。

e.運(yùn)行成本低，能耗低，1臺(tái)空壓機(jī)可帶動(dòng)6口管井運(yùn)行。

f.拆除方便，除管井外，均可回收利用，回收利用率高。

1.3 適用范圍

工程條件：挖深大于5m的基坑降水工程。

地質(zhì)條件：廣泛適用于滲透系數(shù)1×10-5cm/s粉土、砂土，尤其適用于滲透系數(shù)大、地下水豐富的土層和砂層。

2 工藝原理

2.1 降水設(shè)備結(jié)構(gòu)

深基坑管井降水設(shè)備具備以下特征：管井內(nèi)進(jìn)氣管與排水管并行豎直安裝，進(jìn)氣管上端與空壓機(jī)連接，下端與排水管尾部連接，排水管上端與頂出水管連接，在管井外設(shè)置單向閉氣閥門，防止排水管出現(xiàn)堵塞。

管井成孔采用回轉(zhuǎn)鉆孔法成孔，成孔直徑650mm；管井采用鋼管，外徑273mm；氣管采用橡膠軟管，內(nèi)徑6mm；出水管采用普通塑料軟管，內(nèi)徑25mm；空壓機(jī)采用排量0.6m3/min，額定排氣壓力0.8MPa；配重采用28mm三級(jí)鋼，長500mm；黏土填實(shí)段長3000mm；沉砂管長1000mm，見圖1。

圖1 空壓機(jī)降水設(shè)備結(jié)構(gòu)注 1-降水設(shè)備包括空壓機(jī)；2-三通接管；3-頂出水管；4-備用排氣管；5-井蓋；6-黏土填實(shí)層；7-排水管；8-進(jìn)氣管；9-填礫；10-井管；11-濾管；12-濾網(wǎng)；13-配重；14-沉砂管

2.2 氣舉法降水原理

本降水方法基于氣舉作用和噴射泵工作原理，排水管端部構(gòu)造見圖2。

圖2 降水設(shè)備端部細(xì)部構(gòu)造

本降水設(shè)備，主要利用空壓機(jī)的壓縮空氣，通過進(jìn)氣管送至排水管內(nèi)，高壓氣與管內(nèi)水混合，在排水管內(nèi)形成水氣混合物，同時(shí)向上高速運(yùn)動(dòng)，帶走排水管內(nèi)的空氣，在排水管內(nèi)形成一定程度的真空，需要抽取的地下水在大氣壓力和水壓力的作用下被壓進(jìn)排水管，繼續(xù)與進(jìn)氣管內(nèi)的高速氣流混合向上流動(dòng)，形成流速、流量極大的排水通道，將地下水排出管井。

井蓋部位增加備用氣管，備用氣管上設(shè)置單向閉氣閥門，當(dāng)排水管和頂出水管出水通道暢通時(shí)，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)出水通道因流量較大阻塞時(shí)，閉氣閥門打開，將水氣混合物從備用氣管排出，減小排水管和頂出水管內(nèi)的壓力，防止出現(xiàn)爆管等情況。出水通道暢通后，閉氣閥門再次關(guān)閉，正常排水，見圖3。

圖3 降水設(shè)備井蓋部位細(xì)部構(gòu)造

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

準(zhǔn)備工作→鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)→鉆井、下井管→填砂→洗井→安裝進(jìn)氣管、排水管、閉氣閥等→合理安排排水管路及電纜線路，連通空壓機(jī)→降水試運(yùn)行→降水運(yùn)行→水位記錄。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 準(zhǔn)備工作

由項(xiàng)目部技術(shù)人員對(duì)地勘報(bào)告和設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行認(rèn)真查看，對(duì)地下含水量和管井布置進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，要求深化設(shè)計(jì)合理，結(jié)果經(jīng)原設(shè)計(jì)部門認(rèn)可。

3.2.2 鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)

鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)后，對(duì)鉆機(jī)的出廠合格證、年檢合格證及特種作業(yè)人員操作證進(jìn)行報(bào)驗(yàn)，監(jiān)理審批后方可進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

3.2.3 鉆井

由測(cè)量員1名根據(jù)設(shè)計(jì)確認(rèn)的優(yōu)化圖紙對(duì)管井進(jìn)行定位，施工員1名輔助完成測(cè)量放樣工作。由開挖鉆工1名完成鉆井工作，輔助工1名協(xié)助完成管井下放、回填濾砂、洗井等工作。

成孔方法采用回轉(zhuǎn)鉆孔法，成孔孔徑比井管直徑大300mm以上，井管采用外徑273mm鋼管，成孔孔徑650mm，成孔后立即安裝井管。井管安放前進(jìn)行清孔，井管垂直，濾管部分放在含水層范圍內(nèi)，井管長度取決于含水層厚度、透水層滲透系數(shù)和降水的快慢，一般為3～9m，濾管外濾網(wǎng)采用單層40目尼龍網(wǎng)，井口下3m用黏土填實(shí)封口。

3.2.4 回填濾砂

井管與土壁間填充砂濾料，井管外填濾層的濾料選用磨圓度好、粒徑均勻的硬質(zhì)砂礫和礫石，填礫粒徑為6～12倍含水層土體的平均粒徑，底部設(shè)置沉砂段，沉砂管長度1m。

3.2.5 洗井

為防止泥皮硬化，回填濾砂后立即進(jìn)行洗井，清除下管以后井壁殘留泥皮，抽拉出濾水管周圍含水層滲入的稠泥漿和部分雜質(zhì)，增大含水層的滲透率，并使管外的礫料逐漸排列落實(shí)，形成一個(gè)穩(wěn)定的過濾層。

3.2.6 安裝進(jìn)氣管、排水管等

安裝工作全部由2名安裝工完成，重點(diǎn)做好備用氣管和進(jìn)氣管的安裝工作。備用氣管一端與三通接管連接，然后在備用氣管上安裝單向閉氣閥，另一端穿過井蓋回到井內(nèi)，形成備用保險(xiǎn)回路，在排水管排水量大來不及排出，阻塞管道的情況下，單向閉氣閥打開，將部分水氣混合物通過備用排氣管排出，防止排水管爆管。

將進(jìn)氣管端部與排水管端部進(jìn)行連接，進(jìn)氣管采用橡膠軟管，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，在排水管端部以上30cm處，進(jìn)氣管進(jìn)行U形彎折，穿入排水管內(nèi)，進(jìn)氣管端部朝上進(jìn)行排氣，連接部位用塑料薄膜包裹密封后，用透明膠帶黏結(jié)牢固。

3.2.7 合理安排管線，連通空壓機(jī)

將空壓機(jī)的排氣管進(jìn)行分流，1臺(tái)空壓機(jī)可帶動(dòng)6臺(tái)管井同時(shí)運(yùn)行。同時(shí)將排水管進(jìn)行匯流，集中排入三級(jí)沉淀池。

3.2.8 降水試運(yùn)行及運(yùn)行

各管路、線路連接完成后，開啟空壓機(jī)，查看各構(gòu)造節(jié)點(diǎn)的連接效果以及出水情況，如存在漏氣或滲漏點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行檢修。

運(yùn)行期間，由1名安裝工進(jìn)行間歇性巡視，每隔3小時(shí)巡視1次，確保排水正常進(jìn)行。

4 質(zhì)量控制

4.1 管井施工

測(cè)量員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和管井優(yōu)化方案，做好測(cè)量定位工作，中心點(diǎn)誤差±20mm；成孔孔徑650mm，誤差+50mm，井深根據(jù)開挖深度和設(shè)計(jì)說明確定，將地下水位降至最終開挖面以下0.5～1m，井深誤差+100mm；鉆進(jìn)過程中為防止井壁塌孔，采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)成孔施工工藝，鉆井過程中保持泥漿密度1.10～1.15g/cm3，泥漿采用地層自然造漿。護(hù)孔管中心、磨盤中心、大鉤成一條垂線，鉆孔孔斜不超過1%，終孔清孔后，返回泥漿內(nèi)不含泥塊。

安裝井管前對(duì)井深和井徑進(jìn)行檢查，保證井管順利安裝和濾料厚度均勻。根據(jù)井深和含水層厚度進(jìn)行配管，濾管孔隙率大于15%，井管焊接確保完整無隙，接縫牢固?；靥顬V砂質(zhì)量直接影響降水效果和維護(hù)成本，濾料選用磨圓度較好、粒徑均勻的硬質(zhì)砂礫和礫石，填礫粒徑為6～12倍含水層土體的平均粒徑，以確保滲透通道暢通。填礫前井內(nèi)泥漿稀釋至密度小于1.05g/cm3，地面以下3m至管井底范圍內(nèi)采用濾料徐徐填入，地面以下3m范圍內(nèi)采用黏土回填密實(shí)。

4.2 管件連接

將進(jìn)氣管、排水管、閉氣閥、三通空壓機(jī)等進(jìn)行連接，進(jìn)氣管與排水管末端進(jìn)行連接時(shí)，用塑料薄膜進(jìn)行包裹，再用透明膠帶黏結(jié)牢固，保證密封質(zhì)量。進(jìn)氣管、備用氣管與空壓機(jī)、閉氣閥、三通空壓機(jī)等金屬材料連接時(shí)，采用螺母旋緊，確保密封性良好。塑料管與三通空壓機(jī)進(jìn)行連接時(shí)，用鐵絲綁扎牢固。

5 結(jié) 語

氣舉法管井降水施工方法具有綜合成本低、降水效果好等優(yōu)勢(shì)，綜合成本約為真空管井降水的2/3，可在基坑管井降水工程中推廣應(yīng)用。

未來，可對(duì)氣舉法管井降水設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步改造，以達(dá)到以下目標(biāo)：

a.對(duì)該降水設(shè)備端部進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)地下水位實(shí)時(shí)監(jiān)控。

b.對(duì)停抽期間地下水向管井的匯集速度進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)管井收集數(shù)據(jù)對(duì)地下水位斷面進(jìn)行反演，輔助現(xiàn)場(chǎng)施工部署。