汾河滩地管道施工地下水降水方法

陈文会

（1、太原理工大学 山西太原 030024；2、山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 项目概述

该工程位于山西省太原市，供水水源为万家寨引黄水。引黄水经由引黄联接段工程、经西干渠分水工程以及汾河一坝西干渠进入晋阳湖，再采用输水管道至受水区，以解决太原市清徐县、小店区和晋源区三县区的工业和城镇生活用水。输水主管线全长38.2km，采用预应力钢筒混凝土管（PCCP），供水能力12032万m3/a，其中小店5264万m3/a、晋源518万m3/a、清徐6250万m3/a；首部设进水加压泵站，尾部设事故调蓄池、池后设加压泵站至终端用户。

2 汾河滩地地质情况

该供水工程部分输水管线沿汾河右岸一级阶地及河漫滩布置，距汾河西大堤10 m左右，地面高程为764.2～770.5m，沿线途经武家寨、北庄头、监军庄、野庄、南张至新庄，主要为耕地及林地。管线基础埋深2.3～7.5m，管线基础底高程为763.2～765.5m。勘察期间地下水位埋深0～6.5m，高程为765.6～767.7m。该段输水管线地基为第四系全新统洪冲积（Q4pal）低液限粉（黏）土、粉土质砂，多处于饱和状态，存在地震液化问题，影响管基稳定，液化土层深度15.0 m。

3 降水方法选择

3.1 明排

根据合同谈判备忘录及施工组织设计，除跨汾河段外，其余管沟沟槽排水方式均为明渠大开挖基坑排水法。开工初期，施工方进行了排水前的准备工作。首先进行沟槽土方开挖，在开挖过程中发现沟槽内土壤地质条件多为粉砂土或粉土质砂，黏粒含量较低，且地下水水位较高，埋深约1.3～1.5m，渗水量较大。开挖至地下水位线以下时，土料含水率处于饱和状态，地下水渗出时形成淤泥，开挖边坡无法成型。合同文件中提出的明排方案难以实现。

3.2 轻型井点降水

由于地下水位较高，且地下多为粉砂土。根据实际情况分析后，决定采用轻型井点降水方法进行排水。在桩号17＋500～17＋760段施工方双侧布置了六套井点排水设备，井点管为6m长Φ20PU管，下侧1m段梅花形打眼，末端塞木楔，外包两层反滤纱布，主管为Φ50 PU管。每套排水设备包括25根井点管、24眼沙井，1根主管，1台7.5kW真空降水泵及泵后排水管。井点管与沙井间隔布置，间距1m。在排水过程中，对试验段进行了沟槽土方开挖，虽然可以开挖成形，但排水效果不好，边坡仍有渗水、渗泥，边坡不稳定。不能满足相对干燥、边坡稳定、安全施工面的要求。初步分析为开挖范围内有隔水夹层（淤泥），导致渗水不畅。随后在内侧又增加了两排3m深井点管进行排水，经过几天的排水后仍不能满足开挖要求。主要是开挖后沟槽内明水较多，边坡塌方，沟槽施工存在较大安全隐患，不能满足PCCP管道回填设计要求，且投资较大，周转费用较高。分析原因主要为粉砂土渗透系数小，渗水较慢；中间的隔水层不稳定，且分层较多，高低起伏。要达到合同规定的排水要求，所需的降水时间较长。故轻型井点降水方案不适用于河漫滩这种水文地质情况。

3.3 管井降水

在以上两种方案失败的前提下，施工方采用管井降水方式进行排水，试验段桩号18＋480～18＋640。经过15d的排水，沟槽开挖后基础相对干燥，边坡稳定，排水效果明显，为后续工序的施工提供了便利条件。

经过试验比选，最终选用管井降水法进行该工程的降排水施工。

4 管井降水法施工

根据对整个降水过程的记录，施工方对管井降水试验进行了总结，具体如下：

管井降水试验流程：初步开挖→井点布置→钻井→排水→沟槽开挖

4.1 初步开挖

根据施工图测量人员放出沟槽的开口线，采用1.2m3液压单斗挖掘机开挖至地下水位线高程，测量地下水位埋深为1.3～1.5m。

4.2 井点布置

根据试验方案井点布置分为两个区：第一区为单侧布置，井点间距为10 m，井深12m；第二区为双侧梅花形布置，井点间距为15m，井深15m，两侧井位相互错开详见图1。

图1 井位布置图

4.3 钻井与成井

成井施工流程为：划定井位→钻机就位→成孔→下无砂管→回填豆石滤料→洗井→排水

井位布置完成，钻机就位后，开始钻井。钻井机为反循坏打井机，工作效率为10 m/h，钻井完成后立即将无砂管逐节放入孔内，最下面的无砂管用木盘进行封堵，防止排水过程中泥沙从管底进入造成井底淤塞。无砂管长95cm，外径37cm，内径33cm。无砂管外包双层滤网，以防抽水过程中泥沙进入井内造成塌井或堵塞无砂管，滤网规格为200目/cm2。两节无砂管对接后采用竹片对接口处进行固定，防止接口错位。成井后井管高出地面不小于20 cm。

无砂管外侧回填豆石反滤料，豆石滤料需洁净无石粉杂土，粒径为5mm。滤料回填至水位线以上距地面1m左右，每眼井回填滤料约3m3，滤料以上至原地面回填原土。

滤料回填完成后，应及时洗井。根据成井的结构，选择洗井的水泵为1.2kW的污水泵。洗井时将水泵放至井底，打开水泵抽出造孔时形成的污水，抽水过程中要不时活动水泵，防止泥沙将水泵堵塞或淤埋，洗井至持续抽出清水即可。

4.4 排水

洗井完成后即可进行排水，根据排水情况选用1.1kW的潜水泵，扬程为22m。排水用电采用一台150 kW柴油发电机供电。每眼井配备一套两相液位自控器，目的是将井内水位控制在8m以下，并防止因井内缺水烧坏水泵，减少人工投入。每个井的排水管与主排水管道相接直接排入汾河。排水开始后必须24h不间断进行，单排井排水周期15d左右，双排井排水周期10 d。

4.5 沟槽开挖

经过半个月的排水后，挖机可直接开挖沟槽至设计高程，开挖出的基础面无明水，边坡相对稳定。

5 结论

根据试验得出如下结论：

单排（第一区）排水天数为15d，平均每天地下水位下降约为0.27m，基础面无明水，但对面边坡洇湿。双排（第二区）排水天数为10 d，平均每天地下水位下降约为0.4m，基础面无明水，边坡干燥。综合考虑后选择双排管井降水法进行施工降水。

双排管井降水法施工参数如下：

管井沟槽两侧梅花形布置，井点间距为15m，井深15m；内置无砂管，无砂管长95cm，外径37cm，内径33cm。无砂管外包双层滤网，滤网规格为200目/cm2。排水泵选用1.1kW潜水泵，150 kW柴油发电机供电。