临河水电站厂房深基坑管井降水施工技术研究

□（中国水利水电第十一工程局有限公司）

临河水电站厂房深基坑管井降水施工技术研究

□李 恒（中国水利水电第十一工程局有限公司）

安哥拉琼贝达拉水电站厂房基坑深且靠近河道，在项目实施中，作者从特定的地质条件分析了地下水的特点，通过试验和计算，就此制定出深基坑的管井降水方案,对管井降水技术的施工工艺和实施效果进行详述,解决了基坑降水和边坡稳定的难题，有力的保障了开挖工作的按期完成，对以后同类工程中该技术的应用有一定的借鉴意义。

基坑；开挖；深基坑；管井

1 工程概况

1.1 概述

安哥拉琼贝达拉水电站厂房场地位于河流瀑布断崖下游300 m的左岸阶地。厂房基坑开挖最深达15 m，基坑离河道较近，最近不足8 m，三面环水河水位较高，上游河水位比厂房基底高14 m，后边坡高达36 m，且基础岩性为微胶结砂岩，岩石遇水后强度显著变弱，极易产生滑坡体。在厂房后边坡开始时已经出现渗透水。基坑降水施工的成功，关系着保证厂房施工的关键。只有保证基坑和后边坡的稳定并把水位降到开挖面以下，才能保证厂房主体施工顺利进行。

1.2 工程地质条件

根据野外勘探、室内土工试验成果，场地地层主要为新生界第三系砂岩，层厚为2.40～6.80 m，层顶高程441.09～439.40 m。第四系松散堆积层（以冲洪积、残坡积、人工堆积为主）。揭露层厚为0.40～2.30 m，平均厚度为1.30 m，西北厚东南薄，层底高程440.40～441 m。

1.3 地下水及渗透水情况

琼贝达拉水电站发电厂房场地内水文地质条件较为复杂，在勘察深度内已见有地下水，含水层可分为三种类型第四系松散堆积层孔隙水、基岩裂隙水和承压水。

对电站厂房区分布的主要地层微胶结至半胶结泥质砂岩，通过两组钻孔涌水试验、一组试坑单环渗水试验和三组带观测孔的抽水试验，对厂房基坑的渗透水流量和水位进行观测、计算及评估。

多次不同水文地质试验成果计算成果表明，厂房区中、下部承压含水层的平均渗透系数差异较小。依据ZK14、ZK15多孔抽水试验成果及ZK02涌水试验成果，厂房区中、下部承压含水层的平均渗透系数为0.74～1.38 m/d，其影响半径为6.10～12.10 m，大降深时的单井出水量为5.64～7.14 m3/h，对应的降深为12.43～15.41 m。

根据单环注水试验及ZK14抽水孔上部潜水水位恢复试验成果，上部微胶结砂岩的渗透系数为0.50～1.23 m/d。

2 深基坑降水、防渗总体思路和实施阶段

降水防渗主要按以下三个阶段实施：第一个阶段∶基坑开挖时段的降排水。EL435.75高程（台阶）以上，堵截、疏导相结合方式；EL435.75高程（台阶）以下，疏导、堵截与深井降水相结合方式。第二个阶段∶土建施工时段防水。疏导、堵截与深井降水相结合方式。第三个阶段：厂房四周墙施工至EL443时，回填四周砂砾料，逐步停止降水井抽水，先厂房上游，后下游；先小流量、后大流量。

防水方案采取“疏导、堵截和深井降水”相结合的方式，确保整个厂房EL443以下施工期间在干地作业。“疏导”的重点是河道疏浚、边坡雨水外排；“堵截”的重点是通过上游混凝土防洪墙、下游尾水渠围堰、垂直铺膜防渗体、挡水墙来堵截外来水；“深井降水”的重点是抽排承压水与大的裂隙水，达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，管井井点及轻型井点应用比较广泛，而且有比较成熟的施工经验。由于基坑比较深，利用轻型井点至少采用三级轻型井点才能达到降水效果，工程造价要比管井成倍增加，且不利于机械化施工；从施工角度分析，轻型井点需逐级安插，导致工期延长，变相增加工程费用，从有利于安全、经济、施工角度综合考虑，采用管井降水方案。

3.1 管井计算

潜水含水层基本参数：潜水含水层渗透系数K1：潜水含水层主要为第三系半胶结-微胶结砂层，其平均渗透系数取3 m/d（考虑局部砂砾石含水层的影响）；潜水含水层厚度H1：按潜水从441 m降至承压含水层顶部434 m高程计算，H1=7 m；潜水水位降深S1：按潜水从441 m降至承压含水层顶部435 m计算，降深S1=6 m；承压含水层基本参数：承压含水层渗透系数K2：根据涌水试验，承压含水层渗透系数K=0.91 m/d；承压含水层初始水头H2：承压含水层厚度不详，其底部近似按井底考虑，承压含水层厚度M约为14 m，初始水头H2约为23 m，降水后水头h约为9 m。

承压水位降深S2：按承压水头从443 m降至基坑底部（最低430 m）1 m以下，降深S2=14 m；

基坑距离河边距离b：取平均距离约20 m；

基坑等效半径：基坑形状不规则，总面积约2 522 m2。

井深L由下式计算确定：

式中：Hw1－基坑深度，取13 m；Hw2－降水水位距离基坑底部的距离，取0.50 m；Hw3=ir0=0.20×18=3.60 m；Hw4－降水期间水位变幅，取0.50 m；Hw5－降水井过滤器工作长度，取2 m；Hw6－沉淀管长度，取2 m；

经计算，井深L=21.60 m，取L=22 m。

潜水含水层涌水量Q2估算：

在临河侧修建防洪墙后，基坑主要水量来自承压水层。承压含水层涌水量Q2，根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，基坑总涌水量近似采用均质含水层临河承压－潜水完整井的涌水量计算：

式中：Q2－承压含水层涌水量（m3/d）；K2－承压含水层渗透系数（m/d）；M－承压含水层厚度（m）；H2－承压含水层初始水头（m）；h－承压含水层降水后水头h（m）；b－基坑距离河边距离（m）。按上述承压含水层参数取值，经计算Q2=3 043.30 m3/d。

潜水含水层涌水量Q1估算：

潜水含水层涌水量，根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，基坑总涌水量近似采用均质含水层临河潜水完整井的涌水量计算公式

式中：Q1－潜水含水层涌水量（m3/d）；K1－渗透系数（m/d）；H1－潜水含水层厚度（m）；S1－潜水水位降深（m）；b－基坑距离河边距离（m）。

按上述潜水含水层参数取值，经计算Q1=273.40 m3/d。

基坑总涌水量Q估算：

经计算基坑总涌水量Q=Q1+Q2=3 316.70 m3/d。

式中：K－承压含水层渗透系数，取0.91 m/d；rs－管井过滤器半径，按一般管井取0.20 m；l－管井过滤器进水长度，取2 m。

经计算单井出水量q=146.10 m3/d。

管井数量n估算：

式中：n－管井数量；Q－基坑总涌水量（m3/d）；q－单井出水量（m3/d）；

经计算，管井数量n=20个。

管井间距a：

式中：P－基坑周长，取175 m；n－管井数量；a－管井间距（m）。

经计算，管井平均间距为7 m，建议根据基坑开挖形状按5～8 m间距布置管井。

管井结构：建议井深22 m，孔径250 mm，过滤管直径180～200 mm，上部过滤管长度20 m，底部沉淀管长度2 m。

3.2 深井降水布置

为了达到很好的降水效果，决定在靠近琼贝河的三面加密，间距调整为9 m，其它部位间距为10 m，共布井23口，大于计算的20口井，最终形成一个封闭的圆形井群。基坑降水井井位平面布置见图1。

图1 基坑降水井群平面布置图

在地下水位下降至开挖高程以下后，根据排水量关闭部分水泵，将停止抽排水的管井其中2眼井作为观测井使用，监测排水期间地下水位情况。

3.3 深井降水施工程序

3.3.1 施工准备

场地整平：对施工位置整平、夯实，同时合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地的“三通一平”。井位放样：施工前用全站仪测定降水井施工的控制点，埋石标记，经过复测验线合格后，井位测放误差＜10 cm。在降水井轴线拐弯处应设固定桩，同时在施工轴线上设固定桩。修建排污系统：降水井施工过程中将会产生废浆，将废液引入沉淀池中，沉淀后的清水排至下游河道中。

3.3.2 埋设护孔管

护孔管应插入原状土层中，管外应用粘性土封堵，防止管外返浆，造成孔口坍塌，护孔管应高出地面10～30 cm。

3.3.3 安装钻机

GDF-200型钻机底座应安装平稳，大钩对准中心，大钩、转盘、与孔中心应成三点一线。

3.3.4 钻进成孔

降水管井开终孔孔径为Ø700 mm。钻孔底部比管井的设计底标高深0.50 m以上。开孔时应轻压慢转，以保证开孔的垂直度。钻进时一般采用自然造浆钻进，遇砂层较厚时，应人工制备泥浆护壁，泥浆密度控制在1.10～1.15。当提升钻具和临时钻停时，孔内应压满泥浆，防止孔壁坍塌。钻进时按指定钻孔、指定深度内采取岩样，核对含水层深度、范围及颗粒组成。

3.3.5 清孔换浆

钻至设计标高后，将钻具提升至距孔底20～30 cm处，开动泥浆泵清孔，以清除孔内沉渣，孔内沉淤应＜20 cm，同时调整泥浆密度至1.10左右。

3.3.6 吊放井管

采用无砂混凝土管，在第一节预制混凝土井管下部堵Ф700混凝土板，再用一层100目钢丝网包裹，缓缓下放，当管口与井口相差200 mm时，接上节井管，接头处用100目钢丝网裹严，以免挤入泥砂淤塞井管，竖向用四条30 mm宽、长2～3 m竹条固定井管。为防止上下错位，在下管前将井管依井方向立直。吊放井管要垂直，并保持在井孔中心，为防止雨水、泥砂或异物流入井中，井管要高出地面≥200 mm，并加盖临时保护。

3.3.7 填滤料

井管下入后立即填入滤料。滤料沿井孔四周均匀填入，保持连续，将泥浆挤出井孔。填滤料时，随时随测滤料填入高度，当填入量与理论计算量不一致时，及时查找原因。不得用装载机直接填料，用铁锹下料，以防不均匀或冲击井壁。洗井后，如滤料下沉量过大，进行填补。滤料为2～7mm干净豆石，杂质含量≤3%。

3.3.8 回填

应在投砾工作完成后，在地表以下回填粘性土。

3.3.9 洗井

采用下泵试抽洗井，用潜污泵反复进行抽洗，直至水清砂净。洗井在成井8 h内进行，以免时间过长，护壁泥皮逐渐老化，难以破坏，影响渗水效果。洗井过程中注意观测水位及出水量变化情况。

3.3.10 安泵试抽

成井施工结束后，水泵设置在距离井底1 m处，管井运行前，进行测试抽水，检查出水是否正常，有无於塞等现象。

3.3.11 排水总管

在基坑一周布置一根内径Ф250排水钢管，排水管向水流方向的倾斜以1‰为宜，所有降水井出水管并入Ф250排水钢管，每根管安装一个止回阀和手动闸阀，防止水倒流。

4 结语

管井布置完成并运行后，通过2个检测井观测，厂房基坑地下水位维持在429.50 m高程，防渗降水在厂房基坑降水中实际应用的效果较好，基坑的水位完全满足厂房的施工要求，实施的结果基本符合预想效果。边坡和基坑明排措施有利。厂房基坑开挖结束，即进入当地雨季，厂房在雨季进行主体的施工。靠近厂房边坡最大位移15 mm，在合理范围内。管井降水期，严格遵循降水运行管理与技术措施，安排值班，做好抽水及监测记录。对设备故障和局部渗水可能出现的隐患等采取相应的应急措施，保证了降水措施的顺利实施。

（编辑：刘长垠 韦诗佳）

TU463

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1673-8853（2017）01-0061-03

2016-12-13