挤淤法和降排水设计在生态水系输水工程中的应用

□赵华林 □陈玉芳 □祁凤娟

（河南水利建筑工程有限公司）

一、工程概况

郑州市生态水系输水工程线路共分3部分：引水线路、水源线路和供水线路，规划总长度38.264km。引水线路从邙山干渠如西流湖开始，沿贾鲁河敷设至柿园水厂，线路规划长度2.983km；在柿园水厂建设提水泵站，水源线路从提水泵站到尖岗水库分水口，工程线路规划长度10.559km；供水线路干管从尖岗水库到潮河，规划长度20.951km。

施工一标段：引水管线（从邙山干渠入西流湖口到泵站，不含泵站工程）钢筋混凝土管，管径2m，长2.983km，管沟槽底开口线宽度 4.0m，沟槽深度 4.0～4.5m，坡比 1：1。

本标段施工区域绝大部分在西流湖内，原管道中心线基本接近湖底中心线，施工条件极差。进场后，湖内存水约800万m3，主要是上游尖岗水库除险加固泄水。西流湖湖水大部分排放完毕后，湖底露出。经实地勘察，土质类别变化剧烈，尤其是7～9月份持续大雨，造成西流湖持续维持高水位，加之湖底淤积层长期浸泡，土体饱和呈现流动性，导致地质资料与设计严重不符。管道开挖及施工道路范围内仍存在地表水位埋深0.50～0.80m左右，地下水类型为潜水并且渗流丰富，河道是大量的淤泥，此范围内淤泥承载力极小，全部为饱和性淤泥质土，具有流动性，严重影响施工机械及车辆通行和管沟开挖成型，并危及作业人员生命安全。故采用该公司提出的抛石挤淤和井点降水相结合施工法。

二、挤淤法施工方案设计

（一）挤淤的目的和要求

目的：施工临时道路满足机械设备正常进出场，保证管道施工人员和机械设备安全；要求：根据该工程具体情况，经实际察勘每段需挤淤宽度13m，挤淤深度2.8～3.2m，平均深度按3m。

（二）挤淤施工方案选择

本工程挤淤施工方案有2种，第1种是沿管道中心线13m范围采用挖泥船或吸泥设备将淤泥清走，并填土修筑临时施工道路，满足管道施工需要。但此方法投入设备多、施工难度大、工程量大、工期长。第2种方案就是采用抛填毛石和碎石将淤泥挤出，并增加开挖范围内的地基承载力，满足机械设备通行。此法抛填取材方便、施工难度小、工期短。经多方面分析比较，决定该工程采用第2种方案。

（三）抛石挤淤施工方法

1.抛填材料：采用毛石（块径 20cm以上）和碎石（8～15cm）;机械设备：挖掘机1台，推土机1台，8～12t自卸汽车15辆。

2.抛填挤淤的施工范围：经察勘本标段需要挤淤施工的长度共计 651m，具体位置：桩号 0+186～0+401、桩号 1+252～1+433、桩号1+880～2+130。大约毛石用量为3m×13m×651m=25389m3。

3.施工方法及检控要点

（1）施工前将施工区域内积水导流或抽排，无明显积水。

（2）从每段的起始位置开始，由8t自卸汽车运毛石至现场，汽车采用进占法卸车，再由挖掘机或推土机将毛石至淤泥表面，并挤压毛石至淤泥内部，直至毛石露出淤泥。抛填时要逐步推进，层层相连，行行相连，纵横交叉。并在毛石表面铺垫8～10cm厚碎石找平层，待稳定达到一定的承载力后，方能让施工机械及车辆通行。

（3）确保施工安全，随时安排安检人员监控抛石范围或施工过程中因地基承载力问题，引起边坡失稳现象，及时发现，及时处理。

三、管沟开挖降排水方案设计

（一）降排水目的和要求

目的：保证管沟开挖边坡稳定和管底基础稳定，保证管道施工安全；要求：考虑本工程实际情况，管沟基础中心线处要求降水深S应低于开挖基底50cm。综合考虑最少降深为5m。

（二）降水方案选择

该工程管沟基础降水常用的有明沟降水和井点降水。由于明沟降水适用于降水深度不大的工程，因此，本工程采用井点降水。井点降水的方法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点等。降水方案的选择应根据土层、渗透系数、工程特点等，对各种方法进行综合对比分析后确定。

电渗井点主要在淤泥和淤泥质粘土中使用；喷射井点降水深度大，但造价高昂；管井井点降水深度大，影响半径大；轻型井点设备简单、安装快捷，影响半径大。

该管道基础属于窄长式型式，降水深度约5.0m，要达到良好的降水效果，使基坑尽快满足施工要求，参照以前工地降排水的经验，采用轻型井点和管井井点相结合的方法降水，是安全可靠、经济合理的降水方案。

（三）井点设计

1.设计依据：工程特点及岩土工程勘察报告；《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）；《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）。

2.井点设计

（1）轻型井点：轻型井点间距1.5m，井点管长6m，一级轻型井点埋深5.0m（自然地面）为满足井点埋深，井点安装前先开挖深1.0m宽1.0m的沟槽。管道长约1500m，需安装井点设备50套，每套设备控制长度30m左右。

（2）管井井点：管井井点沿管道边长布置，降水长度1500m，井间距 15m，井深18m（自然地面），成孔400mm，管径300mm。

（3）地表排水：轻型井点、管井井点所抽地下水直接排入西流湖内。

3.降水计算

（1）轻型井点管埋深：H1≥h1+h2+iL+L1=7.0m。其中h1基坑深度取5.0m；h2降水后水位至基底距离取0.5m；i水力坡度取0.1；L轻型井点至管井井点距离的1/2取5m；L1滤管长度1.0m。

（3）基坑等效半径：r0=0.29a=435m。其中a基坑长=1500.0m。

（4）管道涌水量：Q=1.336k(2H-S)S/1g(L+R/r0)=106.28m3/d。其中K为渗透系数取0.5m/d；H为有效带深度取14m；S为水位降深取3.0m。

（5）井点抽水能力。管井单井出水能力：q=120×3.14×Lrk1/3=28.26m3/d。其中L为进水管长度3m；r为滤管半径0.15m；K为渗透系数取0.5m/d。故计算得井点抽水能力为q=Σniqi=169.56m3/d。q/Q≥1.6满足设计要求。

（四）主要施工方法及控制要点

1.施工工艺流程

设备进场→井点定位→井点安装→试抽水→开始降水→基坑土方开挖→基础施工→基坑回填→井点拆除→退场。

2.施工方法

（1）轻型井点

沟槽开挖：沿基坑四周确定开挖线，其原则为：一是满足基础施工需要；二是尽量减少基坑土方开挖量。然后按方案要求的尺寸用挖掘机开挖沟槽。

成孔：在槽底确定井点位置，并做出标记，手持冲枪用冲孔法成孔。孔径≮200mm、孔深应超过滤管底部0.5m。

井点管沉设：井孔冲成后应立即拔出冲枪，插入井点管，确认管口溢出泥水后，向孔内填入粗砂滤料，填料≮0.1m3，然后用土封孔。

系统安装：把集水管与井点管、真空泵用密封胶管紧密连接，形成完整系统。然后立即试抽水，以检查出水和漏气情况。真空泵的真空程度是判断井点系统是否正常的标准，一般真空度≮50kPa。如真空度不够，应及时检查修复。

井点运转：井点系统正常后，开始正式抽水。井点系统运行后要求连续工作，反复抽停易出现堵塞滤网、抽带泥沙等不良现象，直接影响降水质量。

（2）管井井点

管井定位：根据轴线控制点，用经纬仪定位，其位置要准确。

成孔：钻机就为后要平整稳固，确保在施工过程中不发生倾斜移动，孔斜度应＜1%。

安装井管：井管采用无砂混凝土滤水管，连接要采用有效措施，使其紧密牢固，防止井管错位造成漏泥。井管安装完成后，向孔内填满米石滤料。

洗井：管井安装完成后，立即抽水洗井。防止长时间闲置，使滤管堵塞。

抽水：洗井12～24h后应流出清水，此时即可连续抽水。如果水较浑浊，泥沙含量大应查找原因，必要时报废该井。

3.质量控制要点

（1）各种原材料均滤料及井管必须有合格证方可进场,必须符合设计要求。

（2）安装井点的质量是降水效果能否达到设计要求的前提条件，公司将选派有丰富经验的质检员严格控制其质量，尤其是关键环节，如轻型井点深度、成孔直径、滤料投入量、管井井管连接状况等。

（3）真空泵与污水泵各备1台，以免设备损坏后及时更换，使损坏的设备在最短的时间内恢复正常运行。

（4）派责任心强的施工员全场巡视设备运行情况，不允许有丝毫松懈。发现问题，及时抢修或更换设备，以确保降水质量。

（5）要与各施工小组密切配合，保证降水设备正常运转。

（6）为保证降水效果和降水质量，要提供70KVA的发电机1台，防止停电后水位反弹。水位反复升降，不仅影响工期，而且更危及基坑与周边环境的安全。

4.安全控制要点

（1）由降水引起的危情，项目部立即召开研讨会，8h由技术负责人内拿出技术处理措施，并报现场监理工程师和业主工程师通过，迅速组织实施完毕。

（2）安排专人负责危情的监控。监控负责人组织现场的技术员，做到每天24h进行监控，一旦出现危情10min内通知到施工负责人。