浅析施工降排水方案的选择

摘　要：南水北调工程是迄今为止世界上最大的的水利工程之一，今就其某标段水文地质条件对施工降排水方案略作浅析。

关键词：南水北调 水文地质 降排水
　　南水北调工程是迄今为止世界上最大的的水利工程之一，有幸参加南水北调施工深感压力之大，同时有了学习的绝佳机会，今就南水北调某标段水文地质条件对施工降排水方案做如下浅析：
　　一、渠线水文地质条件
　　1、 桩号173+532～175+111 渠段
　　为上中膨胀土为主，下软质碎屑岩渠段，渠道挖深10～18m，为挖方渠段，渠坡主部由dl-plQ2 粉质粘土、粘土、砾质土组成，局部渠底揭露N 砂岩、砂砾岩。
　　2、 桩号175+111～177+201 渠段
　　175+111～177+201 渠段为半挖半填段，挖方段为上弱膨胀土，下砾质土渠段，渠道挖深0～7m，填高2～9m，为半填半挖渠段，渠坡主部由alQ3 粉质粘土组成，局部渠底揭露alQ3 砾质土。
　　3、 桩号177+201～179+532 渠段
　　177+201～179+532渠段主要为填方渠段，其中桩号177+201～177+481 为以粘性土为地基的填方渠段，桩号177+481～177+532 渠段为以砂砾石层为地基的填方渠段，渠段地面高程125～128m，填高11～14m，地基土主要为alQ4 粉质壤土、砂砾石，alQ3 粉质粘土、壤土。
　　为了对渠线水文地质情况进一步了解，项目部在173+600～176+900渠段布置16个先导孔，并委托进行了勘探，勘探结果表明，整个渠段西高东低，随着桩号递增分别为挖方段、半挖半填段、填方段，地面高程从141.71m~132.11m在递减，地下水位高程与地面高程走向基本一致，由西向东随着桩号的增加地下水位从138.21m~126.41m递减。其中在173+600～175+778渠段渠底开挖面在透水层内，在175+778～176+900渠段渠底开挖面在地下水位线以上0.5~1.4m。
　　二、施工降排水
　　1、施工降排水总体布置
　　从上面的地质情况和勘探结果来看，为保证后期渠道衬砌旱地施工，需要对173+532～175+778渠段进行降水的，降水深度为开挖面0.5米以下。渠道降排水计划总体分三个阶段实施，第一阶段是一级马道以上土方开挖，开挖垄沟形式降低土体潜水，并利用明沟加集水井抽排到渠堤外永久排水沟内(土方施工前先行开挖)，同时考虑边坡的稳定和安全；第二阶段在一级马道高程进行管井降水，以降低土体潜水及承压水，一级马道高程以下配合土方开挖采取自上而下分段分层开挖垄沟的方式辅助降排水；第三阶段是在基坑开挖结束后利用明沟加集水井对地表雨水进行抽排，确保旱地施工。
　　由于土方开挖时分段开挖，段长150~200米，降水时渠轴线方向按200米分段考虑。
　　2、降水方案的选择
　　根据招标文件地质水文情况和先导孔勘探资料显示，近地表为潜水含水层，深部具有承压性，渠段内上第三系粘土岩和砂质粘土岩为不透水层，上第三系（N）层间含水层多为承压水，地下水主要贮存于上第三系砂岩、砂砾岩层中，构成多层层间含水层，砂岩单层厚3.0～15.7m，砂砾岩单层厚4～13m。
　　全新统冲积含砾粗砂、砾质中砂渗透系数k=i×10-3～i×10-1cm/s，更新统粘性土渗透系数k=i×10-8～i×10－4cm/s，粗砂、砂砾卵石渗透系数k=i×10-3～i×10－2cm/s，砂岩渗透系数k=i×10－4～i×10－2cm/s，砂砾岩渗透系数k=i×10－4～i×10－2cm/s。
　　需降水渠段渠道挖深7～18m，渠坡主部由dl-plQ2 粉质粘土、粘土、砾质土组成，局部渠底揭露N 砂岩、砂砾岩、alQ3 砾质土，为保证施工期间基坑渗透稳定，根据基坑形状、渗透系数、岩层揭露及降深要求，采用双排管井降水，管井布置在渠道两侧的一级马道边, 考虑到分段环型封闭降水时，封头的管井对开挖造成影响，计划在分段打井时，每排管井按段内间距向两端延伸，延伸长度为两倍管井排距（双排管排距为76.42米）。
　　3、管井验算
　　①根据基坑（200米一段为例）平面计算假想半径X0为：
   
   
　　X0—基坑的假想半径（m）
　　A—基坑井点管所包围的平面面积（m2）
　　②计算抽水影响半径
　　采用有压完整井计算总涌水量，砂岩和砂砾岩平均渗透系数取K=6*10-3 cm/s=5.18m/d，根据先导孔结果，透水层顶高程为131.80米，厚度H暂按13米计，水头降至开挖面以下0.5m，最大降水深度S为4.3m，引用影响半径R为：
　　R==1.95*4.3=68.84m
　　R—抽水影响半径（m）
　　S—水头降低值（m）；S取4.3米。
　　H—含水层厚度（m）；H取13米。
　　K—透水层渗透系数（m/d）；K=6*10-3 cm/s=5.18m/d。
    ③计算基坑涌水量Q
　　Q=2.73k=2.73*5.18*=2635  m3/d
　　=3.05*10-2  m3/s
　　Q—基坑涌水量（m3/d）；
　　H、S、K、R、X0符号意义同前。
    ④求深井过滤器每米进水量q
　　
　　q—过滤器每米进水量（m3/s）
　　r —过滤器半径（m）；r取0.3米
　　l—过滤器长度（m）；l取1米
　　K—透水层渗透系数（m/s）；K=6*10-3 cm/s=6*10-5 m/s。
    ⑤求深井过滤器进水部分需要的总长度L
    L=Q/q=3.05*10-2/0.974*10-3=31.31  m
　　L—深井过滤器进水部分需要的总长度L（最小长度）。
　　Q—基坑涌水量（m3/s）；Q=2635  m3/d=3.05*10-2  m3/s。
　　q—深井过滤器每米进水量（m3/s）；q=。
　　⑥群井抽水单个深井过滤器长度l0计算
　　布置方式为井距20m，平均井深22.8m，需降水渠道总长为2246米，采用双排布置在一级马道边。
　　l0== =7.47 m
　　l0—群井抽水单个深井过滤器长度（m）
　　h—抽水影响半径R处的水位（m），h=透水层厚－水位降深=13-4.3=8.7米。
　　其它符号同前。
　　nl0L，满足要求。
　　4、管井试验及抽水设备配置
　　管井施工前先打试验井，确定透水层厚度和管井深度，试验井打好后试抽水，利用观测管测量数据绘制降水漏斗影响范围曲线，验算井距和井深并进行调整，优化降水措施。
　　井管：采用砼井管，井管内径初步选定φ500mm，管壁厚度50mm，通过试验后确定管径大小，其下部为1m的沉淀管，上部为无砂砼滤管。
　　水泵：每口深井内配置1台150QJ20-26/4型深井泵，同时配备5台备用。
　　5、管井施工
　　⑴、施工程序
　　井位放样→做井口、安护筒→钻机就位、钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填管壁与孔壁间的过滤层→安装抽水控制电路→试抽→降水井正常工作
　　⑵、钻探成孔
　　采用XY-3B型钻探设备钻探成孔。孔径按设计要求选用直径800mm钻头， 一次成孔。配套水泵为BWT450/12泥浆泵，最大工作压力不低于1.2Mpa，输浆量不低于5L/S，可钻性控制在2.5~4m/h，在粘土层可自造浆，进入砂砾岩、砂岩时采用泥浆池合格泥浆。严格控制泥浆比重1.1至1.2，泥浆粘度18~20秒，一般自钻孔流出的比重在1.2~1.3，经高位池沉淀滤后入低位池，经检测合格方可泵送到钻孔循环。
　　⑶、吊放井管、滤料回填及粘土止水
　　为保持钻孔与井管同心，井外壁绑扎导向木块，钻架不移动，用原钻架吊装混凝土管，在复量孔底高程无误后，填写记录。底端先配置一节混凝土盲管，用硬木托盘用钢丝绳揽吊，徐徐下落孔内，直至预定深度。盲管上接滤管，对好企口，外壁包一层60目尼龙滤布，两管接头200mm，用无纺布包扎，其外再用3~4根毛竹片竖向固定，用10#镀锌铁丝箍紧，管外用导管法回填中粗砂。
　　⑷、洗孔、抽水
　　井管安装好后，应立即进行洗孔，不可拖延。洗井后，出水量达到设计标准，即开始正式抽水，并且通过观测孔测记地下水位。边成井边测量边分析边改进边加井，直到基坑水位降到设计标准水位。
　　此外还定期监测出水的浑浊度，常期出水不清，应作预处理。
　　其结构形式见管井柱状结构图。

　　图8-1            管井柱状结构图
　　
　　
　　

　　
　　
　　
　　
　　
　　三、封井
　　在砼渠坡衬砌施工完成以后，经监理工程师批准，开始有序地逐个进行停抽封井，为了保证封堵安全，在封堵前先用砂砾回填至地面高程1.0m以下，上部1.0m填粘土夯实。 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/sklw/slgc/249620.html