南水北調(diào)安陽(yáng)V標(biāo)項(xiàng)目降水方案的改進(jìn)與優(yōu)化

□陳學(xué)才 □張全才 □王青峰（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司）

南水北調(diào)安陽(yáng)段總干渠AY23+000～AY24+300的1.3㎞范圍內(nèi)，原地質(zhì)資料中地下水位均低于渠道底板設(shè)計(jì)高程，設(shè)計(jì)中未考慮降水措施。但在開(kāi)挖實(shí)施中發(fā)現(xiàn)有地下水，水位高出渠道底板設(shè)計(jì)高程2.0～2.5 m。按照工程常規(guī)降水方法上報(bào)了《主渠道基坑降水措施》。在總干渠左右岸一級(jí)馬道上各打一排井，進(jìn)行深井降水，保證整個(gè)工作面干地施工。但該方案總投資較高，后經(jīng)研究從非常規(guī)的技術(shù)層面解決了降排水問(wèn)題，確保了工程施工順利實(shí)施。

1.工程概況

1.1 工程地質(zhì)情況

根據(jù)地勘資料，結(jié)合施工期開(kāi)挖中的地層巖性，該段地層巖性自上而下為：①黃土狀中粉質(zhì)壤土，厚度2～3 m，底部海拔高程90.9～93.6 m；②黃土狀重粉質(zhì)壤土，厚度4～6 m，底部海拔高程85.8～89.7 m；③-1黃土狀中粉質(zhì)壤土，厚度8～10 m，底部海拔高程79.1～80.8 m，分布于樁號(hào)AY23+000～AY23+400；③-2黃土狀輕粉質(zhì)壤土，厚度4～6 m，底部海拔高程80.8～82.2 m，分布于樁號(hào)AY23+400～AY24+000；③-3黃土狀重粉質(zhì)壤土，厚度 4～5 m，底部海拔高程 80.8～83.3 m，分布于樁號(hào)AY24+000～AY24+300；④砂壤土，厚度2m左右，底部～高程77.3～79.5 m；⑤卵石，厚度未揭穿。第③層土層巖性不均、相變較快。渠底板位于第③層頂部。本段地下水類(lèi)型為第四系松散層孔隙潛水，具承壓性，含水層為第③-2層黃土狀輕粉質(zhì)壤土、第④層砂壤土和第⑤層卵石。據(jù)安陽(yáng)段初設(shè)報(bào)告資料，2004年2月該段地下水位海拔高程87.01 m，預(yù)測(cè)多年高水位海拔高程89.5 m左右，高于渠底板3.7 m左右，施工期觀測(cè)該段地下水位海拔高程88.10～88.87 m，高于渠底板2～3 m左右，該段存在施工排水問(wèn)題。

1.2 工程設(shè)計(jì)情況

總干渠主渠道邊坡坡長(zhǎng)20 m，坡比為1∶2，邊坡襯砌C20W6F150混凝土厚度為10㎝，渠道底板襯砌C20W6F150混凝土厚度為8㎝。渠道設(shè)計(jì)斷面圖見(jiàn)圖1。

圖1 渠道設(shè)計(jì)典型斷面示意圖

2.降水方案的擬定

2.1 方案擬定

為了實(shí)現(xiàn)課題目標(biāo)，項(xiàng)目部組織技術(shù)骨干，查閱了相關(guān)資料，召開(kāi)了專(zhuān)題會(huì)議，提出以下3種方案。

2.1.1 采用渠底明溝加集水坑降水。

即在主渠道中間，沿主渠道方向，開(kāi)挖1條寬1.5 m、渠道底板以下深2 m的明溝，明溝內(nèi)填入20～80 mm碎石，順渠道方向每50 m挖1集水坑，利用泵抽排至沉淀池而后排入萬(wàn)金干渠倒虹吸。

2.1.2 在主渠道底板左右兩側(cè)采用盲溝加集水井的方式進(jìn)行降水。

即在主渠道底板左右兩側(cè)，順渠道方向各挖1道底寬1.5 m，上口寬3.0 m，深2.0 m的明溝，各埋入1道直徑250 mm的軟式透水管，然后用20～40 mm的碎石將該明溝填實(shí)，順渠道方向每50m打1集水井，抽排至沉淀池，然后排入萬(wàn)金干渠倒虹吸。

2.1.3 井點(diǎn)降水法進(jìn)行降水。

即在主渠道中間，沿主渠道方向，布置1排水井，井內(nèi)設(shè)無(wú)砂混凝土管。具體井間距、井深等數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際出水情況確定，每口井的水均匯集到一總管直接排至萬(wàn)金干渠倒虹吸。

2.2 各方案的實(shí)驗(yàn)論證

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，首先使用洛陽(yáng)鏟，在渠道兩側(cè)下部打了8個(gè)觀測(cè)孔，用于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)效果。

實(shí)驗(yàn)計(jì)劃明溝底部暫高于渠道底板1 m，待實(shí)驗(yàn)成功后進(jìn)行正式實(shí)施。2009年1月6日至1月23日，對(duì)方案一進(jìn)行了可行性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，集水坑內(nèi)始終沒(méi)水，但觀察孔內(nèi)水位變化很小，始終下不去。經(jīng)過(guò)分析，原因是渠道底部寬17 m，渠底中間的明溝距離邊坡距離大，而明溝只有2 m深，水位高差小，無(wú)法形成滲水“漏斗”，最終該方案被否定。

2009年2月9日至2月25日，對(duì)方案二進(jìn)行了可行性實(shí)驗(yàn)。在主渠道AY23+160～AY23+460段，首先順渠道底板左右側(cè)各開(kāi)挖了1道明溝（溝底部暫高于渠道設(shè)計(jì)底板1m進(jìn)行實(shí)驗(yàn)），又開(kāi)挖了6個(gè)集水坑（間距50 m），6個(gè)集水坑內(nèi)各放入1個(gè)0.15 m寸管道泵進(jìn)行抽排。8個(gè)探孔進(jìn)行水位觀測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：方案二理論上可行，但邊坡地下水涌水量很大，加上地質(zhì)條件為沙壤土，水位只下水降1.1～1.5 m，坍塌嚴(yán)重，導(dǎo)致明溝淤塞，無(wú)法進(jìn)行下道工序施工。

2009年2月27日至3月15日，對(duì)方案三進(jìn)行了可行性實(shí)驗(yàn)。在主渠道AY23+160～AY23+460段主渠道中間，沿主渠道方向，布置一排深水井（共8眼井，7.5 kW水泵），井間距25～30 m、井深17～18 m(渠道設(shè)計(jì)底板以下13～15 m)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：方案三實(shí)際效果明顯，排水1 d可下降地下水位2.0～2.8 m，無(wú)堵塞等異常情況，可以達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。最終選定方案3作為實(shí)施新方案。

3.新方案進(jìn)一步論證及實(shí)施

3.1 對(duì)新方案的進(jìn)一步分析

最終實(shí)現(xiàn)降排水成功，需要做好4個(gè)方面的工作：第一，通過(guò)觀測(cè)、總結(jié)、分析，確定合適的井間距、合適的井徑、合適的井深等參數(shù)，為后續(xù)實(shí)施提供可靠數(shù)據(jù)。第二，及時(shí)觀測(cè)探孔、水井水位高程，首先控制日降水水位高度不超過(guò)20㎝。第三，在降水水位達(dá)到預(yù)定高程后，根據(jù)觀測(cè)情況，調(diào)整水泵型號(hào)，控制涌、排水量平衡，讓排水量微高于涌水量；先購(gòu)買(mǎi)一定數(shù)量的2.5 kW、5.5 kW、7.5 kW、9 kW、11 kW等不同規(guī)格的潛水泵，根據(jù)工作進(jìn)展情況，不足時(shí)再及時(shí)購(gòu)買(mǎi)。第四，當(dāng)涌、排水量平衡后，安裝適宜的電磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)，自動(dòng)控制水泵開(kāi)與關(guān)。

3.2 新方案實(shí)施

按上述方案實(shí)施，預(yù)計(jì)總投資為常規(guī)降水方法的65%。故很快就付諸實(shí)施。

第一，根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況，綜合計(jì)算出水井間距為20～25 m，水井直徑取400～600 mm，渠道底板以下水井井深宜為13～15 m。已經(jīng)成型的井，不再重新打井，降水效果不理想時(shí)，通過(guò)增加集水坑的辦法解決；

第二，購(gòu)置了水泵、電磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)；

第三，2009年4月10日至2009年4月20日，連續(xù)每天觀測(cè)探孔水位、水井水位、水泵間歇次數(shù)等數(shù)據(jù)，經(jīng)分析調(diào)試，最終達(dá)到涌、排水平衡。各降水井的水泵型號(hào)及降水情況綜合統(tǒng)計(jì),見(jiàn)表1，降水井水位、出水量曲線見(jiàn)圖2。

3.3 新方案實(shí)施效果

地下水位降至設(shè)計(jì)底板高程以下1 m，滿足旱地施工要求，水位觀測(cè)成果見(jiàn)表1?？刂仆顿Y比常規(guī)降水方法減少投資約30%，經(jīng)濟(jì)效益明顯，工程量對(duì)比見(jiàn)表2。

4.封井方案及實(shí)施

由于是在工作區(qū)域內(nèi)打井進(jìn)行降排水，在整個(gè)施工期間降排水工作不能中斷，這樣就存在著正常施工完成后水井封堵及原設(shè)計(jì)的混凝土底板是否存在漂浮問(wèn)題。為解決該問(wèn)題，考慮充分利用原設(shè)計(jì)中的單向逆止閥的作用，對(duì)降水井封堵處理工作進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖3），并設(shè)計(jì)了特殊情況處理方案（見(jiàn)圖4），降水區(qū)渠底結(jié)構(gòu)為：8 cm混凝土+復(fù)合土工膜+保溫板（厚2 cm和3 cm兩種）+10 cm粗砂+10 cm中細(xì)砂。

圖2 降水井水位及出水量曲線圖

表1 水位觀測(cè)成果表

表2 工程量對(duì)比表

4.1 正常情況處理方案

待全部降水區(qū)渠底襯砌完成，密封膠施工完畢后，開(kāi)始進(jìn)行水泵撤出、水井封堵工作。圖3所示保溫板底部向下開(kāi)始2 m范圍內(nèi)用C10混凝土封堵，混凝土下部至井底使用砂、石混合料回填。水泵撤出之前，根據(jù)井深、井徑準(zhǔn)確計(jì)算出一口井需要的砂、石用量、混凝土用量，提前將砂石料、混凝土料準(zhǔn)備到位，將水泵從井中提出，迅速向井內(nèi)灌注砂、石混合料、混凝土。混凝土內(nèi)應(yīng)添加早強(qiáng)劑。每次應(yīng)同時(shí)封堵多口水井。井體封堵過(guò)程中，當(dāng)部分水井封堵完成后，地下水位上升，水壓力升高，渠道單向逆止閥將發(fā)揮作用出水，需要提前準(zhǔn)備黏土磚、砂子、水泥，在渠底垂直渠道方向，砌筑50㎝高的擋水墻，將已封堵完成區(qū)與施工作業(yè)區(qū)分開(kāi)。并用水泵進(jìn)行抽排，將未完成封堵工作的區(qū)域保護(hù)好，以保證正常施工。

4.2 特殊情況處理方案

按照上述正常情況處理方案進(jìn)行井體封堵過(guò)程中，如果出現(xiàn)異常情況，比如當(dāng)水泵從井內(nèi)拔出后，井內(nèi)水位上升特別迅速，來(lái)不及向井內(nèi)填入石子和混凝土。這種情況下就要立即將水泵放入井內(nèi)，繼續(xù)抽排水，改為下述方法施工：在井內(nèi)出水管距離渠道底板頂面高程30～40㎝處，加設(shè)1個(gè)閥門(mén)，見(jiàn)圖4。水泵不停排水情況下向井內(nèi)填石子和混凝土，首先向井內(nèi)慢慢填入較大石子，注意不要將水泵砸壞，石子露出水面后，立即向井內(nèi)灌注混凝土。待混凝土振搗完成后，停止排水，將該閥門(mén)關(guān)閉，立即按照上述“5.1”項(xiàng)完成井口封堵工作。該方法是水泵不再回收，將水泵和聯(lián)接出水管、電纜一并永久埋入井內(nèi)。

圖3 正常情況降水井井口處理剖面圖

圖4 特殊情況降水井井口處理剖面圖

5.結(jié)語(yǔ)

該降水新方案用于安陽(yáng)段V標(biāo)1.3㎞主渠道后續(xù)降水施工中，保障了降水區(qū)域內(nèi)的降水要求得以全部成功實(shí)施，保證了渠道工程的順利施工。降水區(qū)域內(nèi)的施工早已全部結(jié)束，降水井已全部封堵完成，效果良好，經(jīng)濟(jì)效益顯著，并為類(lèi)似工程提供借鑒。