北石澗溝倒虹降水管井施工坍孔的解決方法

孫敬超

【摘要】文中介紹了該倒虹吸降水井的設(shè)計(jì)方案及運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，主要闡述了新增降水井施工時(shí)遇到的新問(wèn)題，通過(guò)一系列的原因分析采取了一系列的措施，最終鉆井成功，降排水成功，順利實(shí)現(xiàn)了后期的工程施工。

【關(guān)鍵詞】北石澗溝；倒虹；降水管井；施工；坍孔；解決方法

一、工程概況

北石澗溝排水倒虹吸總長(zhǎng)218.98m，由進(jìn)口段、管身段、出口段三部分組成，其中管身段水平投影長(zhǎng)119.48m，由9節(jié)管身組成，其中7節(jié)為斜坡管身段，2節(jié)水平管身段，水平管身段位于倒虹最低處。管身橫向?yàn)?孔4m×4m（寬×高）的箱型斷面。倒虹吸建基面最低高程91.614m，地下水位高程102.4m。

工程區(qū)屬黃沁沖積平原，兩岸地面高程106.30～106.96m。

建筑物場(chǎng)區(qū)地層劃分為6個(gè)工程地質(zhì)單元。由上至下分別為：①黃土狀重粉質(zhì)壤土，層厚5.3～6.9m，滲透系數(shù)8.0×10-6cm/s；②粉質(zhì)粘土，略具泥腥味，可見(jiàn)碎貝殼，層厚1.5～4.0m，滲透系數(shù)5.3×10-6cm/s；③黃土狀重粉質(zhì)壤土，可見(jiàn)螺殼碎片，偶含小鈣質(zhì)結(jié)核，層厚4.2～5.3m，滲透系數(shù)6.0×10-6cm/s；④黃土狀中粉質(zhì)壤土，層厚2.6～3.0m，土質(zhì)不均勻，下部含砂增多，局部夾薄層粉細(xì)砂，滲透系數(shù)8.0×10-5cm/s；⑤砂壤土，層厚2m左右，頂部夾有輕粉質(zhì)壤土透棱體，滲透系數(shù)5.8×10-3cm/s；⑥細(xì)砂，層厚4m左右，底部高程85m左右，滲透系數(shù)2.0×10-2cm/s。

場(chǎng)區(qū)地下水主要為第四系松散層孔隙水，具承壓性，勘探期間測(cè)得地下水位高程102.40m，主要接受大氣降水入滲及河水補(bǔ)給，消耗于人工開(kāi)采及側(cè)向徑流。地下水對(duì)混凝土不具腐蝕性。

二、降排水方案

倒虹吸工程基坑排水采用管井法與明排相結(jié)合的排水方案。由于倒虹吸工程承壓水水頭為15.48m，為防止承壓水對(duì)地基產(chǎn)生頂托破壞，設(shè)計(jì)管井時(shí)考慮了降壓排水措施，結(jié)合倒虹設(shè)計(jì)開(kāi)挖情況，同時(shí)借鑒本標(biāo)段其他倒虹吸排水經(jīng)驗(yàn)和類(lèi)似工程排水經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后確定，北石澗倒虹吸基坑開(kāi)挖采用管井排水后能夠滿足降壓排水需要。

排水井的布置是沿基坑軸線左右對(duì)稱布設(shè)，縱向間距20m、橫向間距25m、管徑為800mm的管井（井壁為無(wú)砂混凝土管），排水管井合計(jì)12口，其中降壓排水井8口（位于群井中間部位）、排水井4口（位于群井兩端頭部位）。降壓井設(shè)計(jì)時(shí)，為了既能減少抽水工作量，又能夠確保降低承壓水壓力，不致對(duì)地基產(chǎn)生頂托破壞，采用了承壓非完整井的管井方式，8口降壓井井底均位于砂層中部。另外4口排水井井底則位于第④層壤土層中。排水井底部高程為94.0m，降壓排水井底部高程90.0m。

三、施工中遇到的問(wèn)題

1、降排水情況

北石澗溝倒虹吸在開(kāi)挖施工之前，首先進(jìn)行降排水施工，降水井施工后，即開(kāi)始進(jìn)行管井降水，至今已進(jìn)行了兩個(gè)多月。

在倒虹開(kāi)挖施工過(guò)程中，由于對(duì)降水井的保護(hù)、維護(hù)工作很不到位，至開(kāi)挖工作結(jié)束時(shí)，井的狀況已經(jīng)很不理想，8口降壓排水井有4口工作基本正常，4口井里已經(jīng)有很深（高約5.0m左右）的細(xì)砂淤積，已經(jīng)失去了降壓排水作用。

倒虹水平段管身基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有水泥土攪拌樁基礎(chǔ)處理工程，因此在開(kāi)挖施工結(jié)束后，要組織進(jìn)行該項(xiàng)目施工，但因降水井目前的工作情況，已無(wú)法達(dá)到降排水效果，而且，此時(shí)水平段管身段建基面已經(jīng)出現(xiàn)一處承壓水的冒出現(xiàn)象，導(dǎo)致建基面無(wú)法組織施工。

2、采取的措施

基于這種情況，經(jīng)認(rèn)真研究，決定立即在基坑里增加4口降壓井，用以加強(qiáng)基坑降水強(qiáng)度。這4口降壓井井底均處在細(xì)砂層以下（穿過(guò)細(xì)砂層，進(jìn)入細(xì)砂層下的相對(duì)隔水層至少1.0m深），形成承壓完整井的工況。新增4口井布置詳見(jiàn)上圖：北石澗溝倒虹降水井布置示意圖。

3、新增降水井施工遇到的問(wèn)題

新增降水井成井設(shè)備采用反循環(huán)鉆機(jī)及其配套設(shè)備，采用泥漿護(hù)壁的成孔工藝。

在鉆井施工過(guò)程中，當(dāng)鉆井至設(shè)計(jì)深度后，即拔出鉆桿，拔出鉆桿后，砂層在大約10多分鐘之內(nèi)，即把井孔淤積10m深左右（處于降水期間的地下水位以下），致使無(wú)砂混凝土井管無(wú)法安裝，該降壓井無(wú)法使用。同時(shí)，新增其他幾口降壓井也暫時(shí)無(wú)法組織施工。

四、原因分析

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的分析、研究，結(jié)合前期12口井鉆井施工時(shí)并未出現(xiàn)這類(lèi)現(xiàn)象的情況，認(rèn)為主要存在以下幾個(gè)方面的原因：

1、地下水流動(dòng)產(chǎn)生；

2、護(hù)壁泥漿流入砂層，與細(xì)砂產(chǎn)生換位現(xiàn)象。

這主要是因?yàn)椋?/p>

（1）前期鉆井施工時(shí)，井底雖然已經(jīng)進(jìn)入細(xì)砂層，但當(dāng)時(shí)為原始地下，初次受到擾動(dòng)，砂層尚處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，雖然承壓水壓力從井孔中得到釋放，但因?yàn)槌袎核畨毫κ艿姐@井泥漿水的抵消，當(dāng)時(shí)能表現(xiàn)出的壓力并不是很大，故只引起承壓水和井孔周?chē)倭康募?xì)砂的流動(dòng)，而未引起井孔周?chē)罅康牡募?xì)砂的流動(dòng)，且較遠(yuǎn)距離以外的砂層尚處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，不能夠流至井孔中，故而能夠成井。

（2）降水設(shè)施的運(yùn)行情況

降水井施工后，即開(kāi)始進(jìn)行管井降水，至今已進(jìn)行了兩個(gè)多月。降水剛開(kāi)始時(shí)，有從井中抽出細(xì)砂的現(xiàn)象，后來(lái)就變?yōu)榍逅?。但現(xiàn)在的平管段8口井的現(xiàn)狀是：4口工作基本正常，4口井里已經(jīng)有很深（高約5.0m左右）的細(xì)砂淤積，已經(jīng)失去了降壓排水作用。

（3）根據(jù)原降水設(shè)施運(yùn)行情況分析，此時(shí)每口井降水影響曲線以內(nèi)的砂層已經(jīng)處于經(jīng)過(guò)擾動(dòng)的較松散狀態(tài)，而非原來(lái)的密實(shí)、穩(wěn)定狀態(tài)，甚至已經(jīng)出現(xiàn)了因細(xì)砂流走而產(chǎn)生的很小的地下空間。

鉆井過(guò)程中，采用的泥漿護(hù)壁技術(shù)，鉆進(jìn)過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生坍孔，因?yàn)椴捎昧四酀{進(jìn)行護(hù)壁，更重要的是鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)泥漿水的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的動(dòng)水壓力尚能與承壓水壓力相抗衡，故沒(méi)有坍孔。而當(dāng)鉆桿拔出后，孔內(nèi)泥漿水處于靜止?fàn)顟B(tài)，靜水壓力小于承壓水壓力，此時(shí)承壓水便帶著細(xì)砂以很大的流速向井孔內(nèi)流入，產(chǎn)生嚴(yán)重淤積現(xiàn)象，無(wú)法成井。

3、鉆井沒(méi)有使用專(zhuān)門(mén)的泥漿制作池，而是向井中注水，靠鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)井孔中的天然土自然形成泥漿，而鉆到砂層時(shí)，砂層無(wú)法供應(yīng)制作泥漿的天然土，故泥漿濃度很小，起不到護(hù)壁作用，致使坍孔。

五、解決方案及注意事項(xiàng)

1、解決方案

把原井用壤土回填，重新鉆井，鉆井過(guò)程中，抽水始終不能停止。

鉆到砂層時(shí)，降低鉆井速度，緩慢鉆進(jìn)，同時(shí)人工向孔內(nèi)倒土，以提供制備泥漿的土料，并使泥漿濃度相對(duì)增大，其用意：（1）相對(duì)增大泥漿濃度，可相對(duì)增大護(hù)壁強(qiáng)度；（2）因其它井抽水未停，所以地下水向正在抽水的井孔的方向流動(dòng)，帶動(dòng)泥漿填充砂層中的因細(xì)砂流走而產(chǎn)生的空間，從而使砂層恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，然后以相同速度繼續(xù)鉆進(jìn)，直至鉆井至設(shè)計(jì)高程。

2、應(yīng)注意的事項(xiàng)

（1）再次鉆進(jìn)至砂層后，必要時(shí)鉆頭在每一位置停止幾分鐘時(shí)間，反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)、護(hù)壁，然后再鉆進(jìn)、停留、轉(zhuǎn)動(dòng)、護(hù)壁，以此類(lèi)推，反復(fù)進(jìn)行。

（2）觀察臨近井有無(wú)泥水抽出，如有，則可把該井暫停抽水幾分鐘，使泥漿穩(wěn)定，和砂層固結(jié)在一起，然后再抽水、再觀察，如此反復(fù)進(jìn)行，直至抽出的水為清水。

（3）泥漿濃度大時(shí)，必然使井孔周?chē)谏系哪酀{厚度增大，所以必須嚴(yán)格控制洗井質(zhì)量，以免抽水時(shí)井中水量不大，影響降水效果。

（4）鉆至砂層后，在處理砂層的過(guò)程中，注意井孔內(nèi)水面下降速度，因?yàn)槠渌诔樗?，下降速度較大時(shí)，說(shuō)明泥漿在填充砂層中的空間，則繼續(xù)向井內(nèi)加土，直至下降速度較慢；如下降速度較慢，接近正常鉆井時(shí)，說(shuō)明砂層中的空間已得到填充，則繼續(xù)鉆進(jìn)。

六、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)分析出來(lái)的降壓井鉆井失敗的原因，采取了文中所述相關(guān)措施后，降壓井實(shí)現(xiàn)了成功施工，新增降壓井施工完成后，所有井全部開(kāi)啟進(jìn)行降排水，成功的降低了地下水位，使后期施工得以順利進(jìn)行。