湿陷性黄土地区大断面渠道降排水施工方法

孙敬超

（中国水电建设集团第十五工程局有限公司 陕西 西安 710065）

1 工程概述

南水北调中线一期工程总干渠温博段第三施工标段起始桩号IV22+000，末端桩号IV28+500，其中渠道长度5686m。

本标段位于幸福河段工程地质段内，为粘砂多层结构。渠坡土岩性主要为黄土状重粉质壤土、粉质粘土和粉细砂，局部夹卵石透镜体，渠底板则主要位于粉质粘土、黄土状重粉质壤土和重粉质壤土中。表层黄土状土一般具有轻微～中等湿陷性，多属非自重湿陷性黄土，场地地基湿陷等级一般为I级（轻微）。

黄土状土、粉细砂结构较松散，抗冲刷能力差，粉细砂渗透性较好，渠道存在冲刷、淤积、渗漏问题，需要采取防渗抗冲刷处理措施。该段地下水位一般高于渠底板2m～7m，存在施工排水问题，需要根据土体的渗透性采取相应的排水措施。排水时还应防止产生流沙、流土现象。

2 降水方法的选择

基坑降水通常采用的方法有明沟排水和井点降水两种。

明沟降水是当基坑深度接近地下水位时，沿基坑四周设置排水沟、集水井，用抽排设备把地下水从集水井中抽走。随着基坑的开挖，排水沟和集水井随之分级设置与加深，直到坑底达到设计高程为止。本工程为渠道工程，设计有衬砌砼面板，渠坡面板厚度为10cm，渠底为8cm，因为砼板太薄，建基面上不允许有明沟，且纵向排水沟对基础、砼面板稳定不利。因此，不考虑明沟排水方案。

井点降水目前常用的方法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、自渗井点等多种方法。本工程在开挖完成后，要进行砼衬砌的多个工序施工，因此降排水工作要贯穿多个工序，持续时间很长，轻型井点等相对于管井降水，管路布置较为复杂，不便于后续工程施工，而管井降水施工方便、布置简单、无复杂管路、无降水深度限制，对渠道衬砌影响较小，因此选用管井法进行降排水。

3 降水井平面布置

降水井的平面布置基本上可分为两种形式：块状形的基坑多采用环形封闭式，条形基坑采用直线形布置方式。渠道基坑为条形，故降水井采用直线形布置。

因渠道基坑底部距承压水层在15m以上，降水井无需穿透承压水层，且周围为农田，为避免坑外抽水降低周围地下水位，降水井布置在渠道基坑中部。

降水井布置在渠道中间，虽对渠道衬砌有一定影响，但降水效果较好，钻井、抽水工程量也大为减少。

根据招标文件地质资料，壤土渗透系数K=3.25×10-2m/d，潜水层底部高程84m左右，取潜水井最低水位89m（井底2m左右为集水部分），地下水位降至渠底（高程按99m算）以下1m。见管井布置图。

根据以上已知资料计算井的影响范围。

式中，R——抽水影响半径；

S——降水深度（渠底部分），99-89.25=9.75m；

K——土壤渗透系数，平均取3.25×10-2m/d。

数据代入公式得，R=17.6m。

3.1 降水井间距

降水要求：水位降低至渠底设计高程以下1m，根据影响半径与降水深度关系式，计算平均水力坡度

降水井影响范围32m，渠底宽度17m～21m，满足要求。

3.2 基坑出水量

梯形断面简化为矩形断面，宽度为39.4m，降水井控制长度为32m。

式中，K——渗透系数，平均取3.25×10-2m/d；

S——水位降深，地下水位106m-渠底99m+1m=8m；

R——影响半径，前面计算结果为17.6m；

数据代入公式，得：Q=10.3m3/d。

3.3 井径计算

降水井为潜水完整井，单井出水量：

式中，Q——降水井出水量，10.3m3/d；

K——渗透系数，平均取3.25×10-2m/d；

H——潜水含水层厚度，地下水位106m-潜水层底87m=19m；

S——水位降深，地下水位106m-井水位89.25m=16.75m；

R——降水井半径。

数据代入公式，试算出降水井半径r=0.5m。

3.4 钻孔成井

成孔施工机械设备选用旋挖钻机及其配套设备，采用泥浆护壁、无砂砼管做井管的成孔工艺。其工艺流程为：钻孔、清孔、下滤管及井管、井壁回填粗砂及封井、洗井、试抽水、正式抽水。

整个钻孔成井的过程都必须严格按照要求进行施工，严格控制好施工质量，尤其应注意填砾料、洗井两道工艺。砾料在井排降水中起过滤作用，应选用粒径＜5mm，且符合当地产滤料的标准级配的坚硬砂砾石。滤料投放应沿井壁外侧从里向外均匀投放，且要监测记录不同高程管段的投放量，以评价填砾层的实际密度。

洗井的质量要求为：

（1）用不同工具反复洗井后，进行试验抽水，最后两次试验抽水在相同水位下降时的单位涌水量之差不超过15%。试验抽水时的出水量，不应小于正式时的抽水量。

（2）抽水开始后十分钟，含砂量不超过1/10000，抽出的水要清。

3.5 降压井施工及抽排水设备选型

根据初步计算的抽水量，选用Q≥8.0m3/h，扬程≥30.0m的潜水泵。主要机械设备配置见表1。

4 结语

（1）根据目前试验段降水情况，管井降水方案是可行的。地下水位降至渠底2m以下后，单井出水量各个井点不尽相同，这是因为地质的局部差异情况造成的，可根据实际情况重新选用水泵以满足工程要求。因此，在设计井点数量、井位、抽水设备等方面应充分注意，应留有较大的安全储备。

（2）相对于其他井点降水，管井降水成本低很多，且能达到降水效果，既经济又便于施工、管理。

（3）降水形成降水漏斗，从而可能造成周围地面的沉降。通过对周围地面观测，渠道基坑降水对周围地下水位及地面沉降影响非常小。

（4）工程的总体降水效果非常好，开挖过程中整个渠道内无地下水，处于干地施工，满足了渠道降水的要求，达到了预期的效果，使得开挖作业尤其是后续的渠道衬砌施工作业得以顺利进行。陕西水利