關(guān)于船閘基坑深井降水施工技術(shù)探究

趙作鵬

（湖南省航務(wù)工程有限公司，湖南 長沙 410000）

引言

船閘建筑項(xiàng)目對(duì)建設(shè)技術(shù)要求較高，在建設(shè)規(guī)劃過程中，需首先考慮深井降水施工，隨后方可開展船閘基坑建設(shè)工作，但就實(shí)際而言，部分項(xiàng)目在深井降水技術(shù)應(yīng)用方面存在一定問題，因此積極開展閘基坑深井降水施工研究對(duì)于后續(xù)順利開展船閘基坑建設(shè)工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

某船閘工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)屬于四級(jí)指標(biāo)，目標(biāo)區(qū)域的高程為13.25～26.50 m，基坑建設(shè)作業(yè)的最低高程為7.54 m，設(shè)計(jì)作業(yè)深度為14.54 m，船閘基坑規(guī)劃形狀為矩形，整體工程根據(jù)對(duì)應(yīng)地勘報(bào)告顯示作業(yè)區(qū)域的整體地段地質(zhì)符合基本作業(yè)施工要求，規(guī)劃區(qū)域的地下10 m位置的主要土質(zhì)為黏土，少數(shù)區(qū)域?yàn)榉圪|(zhì)黏土，底部土壤環(huán)境為具有一定滲透性的重粉質(zhì)砂壤土[1]。

2 降排水方案規(guī)劃

深井降水施工作業(yè)是船閘基坑項(xiàng)目的前置工序之一，是維持基坑建設(shè)順利開展的重要基礎(chǔ)項(xiàng)目。目前，由于作業(yè)區(qū)域的地下水系較為豐沛，基坑作業(yè)難度較高，且底部土壤環(huán)境為一層為滲透性比較強(qiáng)的沙壤土，在大面積開挖作業(yè)下可能出現(xiàn)流砂問題。結(jié)合本工程的地質(zhì)報(bào)告數(shù)據(jù)，在進(jìn)行詳細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，應(yīng)采用波紋管深井降水法輔助作業(yè)。

該項(xiàng)目的原地面高程26.5 m，頂部為黏性土。下部高程13.25～26.5 m的中間區(qū)域?yàn)榈叵聺撍畬?，夾層中的粉質(zhì)黏土層厚7 m；高程0.5～12.5 m之間為粉砂，結(jié)構(gòu)較軟，具有較高的滲透性，在常規(guī)開挖作業(yè)條件下可能導(dǎo)致管涌與流砂現(xiàn)象，主體結(jié)構(gòu)持力層處于該區(qū)域范圍內(nèi)。該土層中的粉質(zhì)黏土在地下水系徑流作用下可能產(chǎn)生邊坡坍塌，因此在基坑建設(shè)階段需在周邊位置建設(shè)對(duì)應(yīng)的降水設(shè)施。根據(jù)不同井點(diǎn)降水的作用范圍：管井降水對(duì)于底層水量較大、高滲透性土層具備較好的降水效果。降水深度可達(dá)到7 m左右。本工程船閘規(guī)劃建設(shè)的基坑底部樁頂高度為6.35 m，結(jié)合實(shí)際建設(shè)需求，基坑水位應(yīng)降低至5.22 m以下，降水深度達(dá)6.23 m，根據(jù)地質(zhì)勘查獲取的數(shù)據(jù)以及同類建設(shè)項(xiàng)目的相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，此類項(xiàng)目通常應(yīng)分級(jí)管井降水，通過多級(jí)降水方案滿足規(guī)定的降水設(shè)計(jì)，從而確?；拥撞扛稍镄浴?/p>

1）降水井的設(shè)計(jì)布置。將下閘位置的基坑作為標(biāo)準(zhǔn)基坑進(jìn)行降水量計(jì)算，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙規(guī)劃要求，沿基坑側(cè)向位置，每20 m布置3口降水井，共6口，且距離結(jié)構(gòu)邊距離4 m，井深設(shè)計(jì)在24 m，直徑為0.3 m。

2）井點(diǎn)結(jié)構(gòu)。結(jié)合設(shè)計(jì)方案以及實(shí)際區(qū)域情況，管井設(shè)計(jì)方案主要采用直立式，鉆孔直徑為0.4 cm，鉆孔中加入0.28 m透水管材，通過多級(jí)鏈接方式，單極長度為5 m。透水鐵管外表面增加多層鐵網(wǎng)，多級(jí)鐵管之間進(jìn)行焊接，隨后在外表面添加粗砂濾料。單個(gè)降水井中布置一臺(tái)潛水泵，揚(yáng)程為40 m。

3）井點(diǎn)后續(xù)作業(yè)施工：在規(guī)劃建設(shè)的船閘基坑位置中進(jìn)行井點(diǎn)施工，預(yù)計(jì)規(guī)劃應(yīng)用多臺(tái)鉆機(jī)交替施工，一周內(nèi)即可落實(shí)井點(diǎn)施工。在施工過程中，首先應(yīng)落實(shí)泥漿護(hù)壁，維持鉆孔區(qū)域的土壤結(jié)構(gòu)正常，井管安裝高度達(dá)到規(guī)定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后需進(jìn)行洗孔。此操作過程逐漸借助境內(nèi)的潛水泵進(jìn)行，并將排水導(dǎo)入到預(yù)先設(shè)置的抽排管道內(nèi)，從而將井內(nèi)的地下水轉(zhuǎn)移至下游圍堰外。

4）井點(diǎn)封閉。結(jié)合規(guī)劃建設(shè)方案內(nèi)容，在完成基本項(xiàng)目建設(shè)后，應(yīng)進(jìn)行基坑外圍的土壤回填，同時(shí)對(duì)周邊井點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行密閉處理，避免底部的地下水出現(xiàn)外溢問題；封堵方案主要采用粗砂混合C20混凝土進(jìn)行封堵操作[2-3]。

3 深井降水施工技術(shù)

3.1 深井降水施工流程

規(guī)劃井點(diǎn)→深井工鉆孔作業(yè)→孔內(nèi)清理→增加濾料→安裝波紋管→深井壁回填以及孔壁過濾安裝→加裝水泵抽水→試抽→移除設(shè)備及封井[4]。

3.2 操作重點(diǎn)

1）明確滲透系數(shù)。在作業(yè)準(zhǔn)備階段中，技術(shù)人員應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行地質(zhì)資料核對(duì)以及分析，然后根據(jù)作業(yè)規(guī)劃方案，明確結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況，計(jì)算涌水量，隨后計(jì)算出預(yù)定規(guī)劃建設(shè)位置的深井間距、深度、管徑等數(shù)據(jù)內(nèi)容。此外，井點(diǎn)布置方案應(yīng)采取環(huán)形，同時(shí)做好封閉工作。在缺少目標(biāo)區(qū)域的地質(zhì)資料時(shí)，則應(yīng)積極開展降水試驗(yàn)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)告確定土壤的滲透系數(shù)。

2）成孔。在落實(shí)成孔建設(shè)前，應(yīng)優(yōu)先開展井位測(cè)放，隨后結(jié)合平面圖進(jìn)行孔位的合理布置，在實(shí)建過程中，應(yīng)結(jié)合地形因素進(jìn)行對(duì)應(yīng)調(diào)整，隨后在目標(biāo)區(qū)域土層中插入波紋管，并采用黏性土進(jìn)行整體回填，為消除施工過程中出現(xiàn)的地下水回涌問題，護(hù)口管頂部應(yīng)高于地面一定距離。在安裝鉆機(jī)過程中，應(yīng)首先確保底座處于穩(wěn)定狀態(tài)，鉆機(jī)應(yīng)與規(guī)劃孔位相互對(duì)接，確保轉(zhuǎn)盤、吊鉤、孔處于同一軸線位置。鉆孔時(shí)可根據(jù)需求采用不同類型的鉆機(jī)設(shè)備，并確保成孔直徑在0.6 m左右，在作業(yè)過程中，應(yīng)合理控制泥漿的稠度，避免出現(xiàn)過稀或濃稠問題，同時(shí)對(duì)成孔進(jìn)行徹底清理，避免出現(xiàn)井底淤積問題。

3）下井管。該項(xiàng)目規(guī)劃井的整退直徑為0.28 m的大直徑輕質(zhì)波紋管，單節(jié)長度控制在5 m，在進(jìn)行初步加工時(shí)，要確保整體管材質(zhì)量符合建設(shè)規(guī)劃需求，在作業(yè)準(zhǔn)備前應(yīng)積極做好管材加工檢測(cè)以及測(cè)量工作，確?？咨顫M足建設(shè)需求后進(jìn)行下放，下放過程中要和孔中心對(duì)準(zhǔn)，以此使得濾水管進(jìn)入到預(yù)定位置，井管中的管道應(yīng)做好焊接，避免出現(xiàn)透水，隨后放入到規(guī)定深度后，進(jìn)行井口封閉。在回填前需對(duì)井管進(jìn)行高度測(cè)量，要確保填礫一次完成，濾料的投入量應(yīng)與設(shè)計(jì)使用量相等[5]。

4）封閉井口。此布操作主要采用黏性土施工，為降低井口封閉過程中的架橋問題，圍填準(zhǔn)備階段應(yīng)首先進(jìn)行黏土搗碎操作，圍填過程中確保黏土壓實(shí)，并做好井管外的封閉工作。

4 降水井運(yùn)行

4.1 運(yùn)行前準(zhǔn)備

成井建設(shè)完成后，需鋪設(shè)電纜、排水管線等，同時(shí)做好兩類線路的規(guī)劃布置工作，同時(shí)確保排水管線以及集水池連通，做好防滲漏工作，隨后將導(dǎo)出的井水直接匯入到集水池中。在試抽準(zhǔn)備階段需對(duì)電線管路進(jìn)行多次復(fù)檢，確保電線管路通常后進(jìn)行實(shí)際操作。此外，要根據(jù)排水需求，適當(dāng)增加一定數(shù)量的發(fā)電機(jī)組，做好排水泵與發(fā)電機(jī)的連通工作，同時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件，做好應(yīng)急發(fā)電方案的制定工作，避免在意外停電時(shí)影響整體抽水作業(yè)；基坑底部位置應(yīng)布設(shè)觀測(cè)井，同時(shí)基坑面積及數(shù)量應(yīng)與設(shè)計(jì)方案相同，控制好降水情況。在抽水作業(yè)期間，應(yīng)委派專人對(duì)抽水作業(yè)進(jìn)行全時(shí)段監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)抽水工作異常時(shí)應(yīng)積極做出對(duì)應(yīng)處理方案。

4.2 運(yùn)行階段

在施工完成一口井之后，建設(shè)人員應(yīng)進(jìn)行抽水以此觀測(cè)出水量，試抽水的準(zhǔn)備階段應(yīng)做好要地面標(biāo)高和靜水位的檢測(cè)，確保抽排水系統(tǒng)的工作狀態(tài)符合預(yù)期。

在基坑建設(shè)準(zhǔn)備作業(yè)中，工作人員應(yīng)提前開展降水井試抽水，從而控制基坑作業(yè)過程中的地下水位。降水井運(yùn)行期間，需制定輪流值班制度，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)檢測(cè)。降水井試運(yùn)行時(shí)需進(jìn)行對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的分析與整理工作，科學(xué)規(guī)劃降水工作，加大降水井的應(yīng)用效率。在降水井試運(yùn)行階段時(shí)，技術(shù)人員需重視基坑的明渠排水效能，在遭遇雨天時(shí)需在基坑位置增加外部排水設(shè)備。降水井試運(yùn)行時(shí)需定期檢查井下的潛水泵，若發(fā)現(xiàn)潛水泵出現(xiàn)工作異常，則應(yīng)及時(shí)更換水泵。降水過程要確保電力系統(tǒng)維持不斷，增加對(duì)應(yīng)數(shù)量的應(yīng)急發(fā)電機(jī)，一旦出現(xiàn)意外停電時(shí)，可采用備用發(fā)電機(jī)及時(shí)供電，同時(shí)此過程須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成，以免出現(xiàn)降水回流問題。

降水監(jiān)測(cè)。在基坑水位檢測(cè)應(yīng)采用信息化檢測(cè)手段，深井降水作業(yè)展開后，技術(shù)人員需針對(duì)井下水位進(jìn)行每天四次的周期性觀測(cè)，當(dāng)水位逐漸下降至船閘主體結(jié)構(gòu)基坑底以下0.5 m后，可降低觀測(cè)頻率。另外，應(yīng)維持水位觀測(cè)，記錄水位異常變化情況，同時(shí)做地下水防回流操作，制定應(yīng)急準(zhǔn)備方案，從而保證正常施工。

降水維護(hù)。降水井運(yùn)作過程中，為維持地下水位，需對(duì)潛水泵進(jìn)行周期性維護(hù)，以此確保抽水作業(yè)穩(wěn)定。潛水泵要制定維護(hù)工作方案，降水井作業(yè)應(yīng)保持連續(xù)性，同時(shí)安裝對(duì)應(yīng)的備用潛水泵。在降水作業(yè)中維持降水井外部密封，開掘作業(yè)時(shí)要避免破壞降水井外部結(jié)構(gòu)，回填時(shí)應(yīng)保證降水井周邊回填土方量均衡，避免出現(xiàn)單側(cè)壓力過大導(dǎo)致井管傾倒或變形。

5 基坑深井降水施工難點(diǎn)

在該項(xiàng)目作業(yè)期間，由于當(dāng)?shù)亟邓看?。在后續(xù)作業(yè)過程中降雨次數(shù)將為頻繁，為避免出現(xiàn)雨水滲漏問題，減小雨水對(duì)基坑作業(yè)的影響，設(shè)計(jì)人員在規(guī)定區(qū)域位置另外增設(shè)了明排水溝，在下閘區(qū)域的兩側(cè)位置分別建設(shè)了一個(gè)l m×l m×2 m集水坑，并配備水泵抽水，另外在邊坡位置增設(shè)隔水網(wǎng)布，消除雨水對(duì)邊坡造成的影響。由于該地區(qū)土質(zhì)情況復(fù)雜且夾層較多。結(jié)合相關(guān)地質(zhì)勘察資料可知，該區(qū)域的地質(zhì)主要受到周邊水系泥沙淤積形成的，存在較多的粉質(zhì)粘土夾層，且整體分布不規(guī)則、各處位置厚度不盡相同。粉質(zhì)粘土夾層可能影響地下水下通過鐵絲紗布滲進(jìn)深水井，同時(shí)透過附近的粉質(zhì)黏土層流入外部區(qū)域，進(jìn)而導(dǎo)致周邊邊坡的出現(xiàn)結(jié)構(gòu)軟化情況，因此，該區(qū)域的降水井?dāng)?shù)量與實(shí)際需求數(shù)量不相符合。結(jié)合地質(zhì)勘察資料，確定該項(xiàng)目規(guī)劃地下水位的深度，并在開挖作業(yè)前進(jìn)行抽水試驗(yàn)，同時(shí)反復(fù)對(duì)單井土層滲透系數(shù)、涌水量進(jìn)行多次校核計(jì)算，結(jié)合作業(yè)區(qū)域周邊水系對(duì)基坑邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定造成的影響因素，要消除邊坡透水層出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)松動(dòng)問題，則應(yīng)對(duì)井間距做好加密處理，綜合考慮，下閘位置在規(guī)劃設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上增加4口深井，且間距控制在5 m，共需打14口深管井。以實(shí)際效果來看，在后續(xù)試抽水中，基坑底部土壤較為干燥，整體降水效果良好。

6 基坑降水監(jiān)測(cè)

1）基坑作業(yè)前，需定期進(jìn)行自然水位監(jiān)測(cè)，在初期抽水作業(yè)需采取每天四次的基坑水位監(jiān)測(cè)，待水位接近基坑設(shè)計(jì)水位后采取每天兩次的降水監(jiān)測(cè)。

2）落實(shí)觀測(cè)記錄工作。在水位監(jiān)測(cè)過程中，技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合各類設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及實(shí)際水位下降情況確定降水的整體速率，確定水位的實(shí)際變化情況，并計(jì)算后續(xù)降水操作時(shí)間，并對(duì)降水方案的實(shí)際效能進(jìn)行分析，隨后結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)降水工作方案進(jìn)行調(diào)整，消除各類異常抽水作業(yè)問題，確保整體抽水作業(yè)效率。

3）降水期內(nèi)應(yīng)維持作業(yè)連續(xù)，抽水作業(yè)時(shí)應(yīng)將地下水導(dǎo)出待預(yù)設(shè)的集水池位置，避免出現(xiàn)回滲。另外，為進(jìn)一步預(yù)防連續(xù)降雨天氣造成的雨水聚集以及回流問題，應(yīng)在集水池位置增加抽水泵，做好地下水的外排工作，避免自然降水造成基坑積水，消除下滲問題。在布置水泵時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求安裝高功率排水水泵，以此保證整體排水效果。

4）根據(jù)基坑降水幅度，后期地面可能出現(xiàn)一定幅度的沉降，為進(jìn)可能維護(hù)周圍建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，該項(xiàng)目在作業(yè)方案規(guī)劃方面采用灌井作業(yè)法，盡可能實(shí)現(xiàn)排水實(shí)際作業(yè)與計(jì)劃祖業(yè)指標(biāo)的相互對(duì)應(yīng)。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際作業(yè)情況觀察，由于該項(xiàng)目所在地區(qū)屬于軟質(zhì)土層，距離周圍的建筑尚有一定距離，因此基坑降水對(duì)周邊區(qū)域的建筑影響加下哦。為確保建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，需在降排水的過程中，定期檢查周邊建筑物情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移情況時(shí)，則應(yīng)中制排水作業(yè)，并委派專人開展作業(yè)方案優(yōu)化升級(jí)，建立應(yīng)對(duì)方案，保證深降水作業(yè)順利完成。

7 結(jié)語

深基坑施工作業(yè)通常將對(duì)周邊地形環(huán)境造成一定影響，因此，相關(guān)作業(yè)單位應(yīng)給予重視。在地下水降水處理過程中，可能出現(xiàn)管涌、流沙等問題，不利于后續(xù)基坑開挖作業(yè)，為了確?；咏ㄔO(shè)項(xiàng)目順利落實(shí)，施工班組應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件合理制定降水井的作業(yè)規(guī)劃方案，確保地下水位處在合理的范圍內(nèi)，不能給周邊的建筑物造成任何的安全影響，同時(shí)提高施工的安全性。