向明

(湖北騰升工程管理有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430000)

1 工程背景

1.1 工程概況

大垸子泵站工程位于湖北省仙桃市東部沙湖鎮(zhèn)，與省會(huì)城市武漢毗鄰，距仙桃市中心約40 km。設(shè)計(jì)排水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇3日至5日暴雨作物耐淹深度，工程建成后將解決通順河仙桃段排水能力不足的問(wèn)題。大垸子泵站水(船)閘下游初擬泵站設(shè)計(jì)流量為181 m3/s，為Ⅱ等工程，泵站規(guī)模為大(2)型。工程主要建設(shè)內(nèi)容包括水工建筑物、機(jī)電設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)、工程配套設(shè)施、工程管理設(shè)施等，工程布置于大垸子閘西南區(qū)域。新建大垸子泵站站址位于東荊河左堤162+980處，泵站軸線(xiàn)與大垸子閘軸線(xiàn)相距約400 m。

1.2 地質(zhì)條件

站址區(qū)地基土層上部主要為淤泥質(zhì)土及粘性土層，其持力層為淤泥質(zhì)土及壤土層，下臥壤土、砂壤土，局部為淤泥質(zhì)土，其承載力特征值為70～130kPa，建基面以下土層地基承載力不能滿(mǎn)足泵站設(shè)計(jì)應(yīng)力要求，地基基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)行處理，建議采用樁基礎(chǔ)，其樁基礎(chǔ)形式可采用鉆孔灌注樁，樁端持力層及樁長(zhǎng)根據(jù)荷載計(jì)算確定，建議以下部礫砂層⑨作為基礎(chǔ)持力層。因主泵房基坑緊臨江家垱險(xiǎn)段堤基，其見(jiàn)基面高程為8.90 m，基坑開(kāi)挖形成的臨空面高達(dá)10.00～12.50 m。堤基淤泥質(zhì)壤土層厚4.80～5.60 m，其頂板高程為13.33～14.30 m，底板高程為7.73～9.50 m。基坑開(kāi)挖時(shí)邊坡極可能沿淤泥質(zhì)壤土層滑動(dòng)，從而導(dǎo)致東荊河左堤堤基產(chǎn)生剪切變形破壞而引起堤身變形破壞危及堤防安全，所以設(shè)計(jì)須引起高度重視并須采取相應(yīng)工程處理措施。因此主泵房基坑臨東荊河左堤堤內(nèi)側(cè)邊坡建議采用樁基礎(chǔ)，以控制因基坑開(kāi)挖可能導(dǎo)致的東荊河左堤堤基變形破壞。

主泵房站址地基上部為粘性土層，下部為粉細(xì)砂、中粗砂及砂卵(礫)石。站址處粘性土層底板高程-1.14～1.82 m，泵站建基面以下有4.06～6.84 m厚的粘性土及砂壤土，在承壓水的作用下，基坑開(kāi)挖時(shí)，主泵房會(huì)出現(xiàn)基坑突涌現(xiàn)象，特別是洪水期γH<γo(ho+H)更易發(fā)生基坑突涌。因此基坑開(kāi)挖時(shí)須采取一定的防滲或基坑井點(diǎn)降水處理措施以確?；臃€(wěn)定。

2 基坑降水方案設(shè)計(jì)

基于大垸子泵站工程地勘資料及工程區(qū)中細(xì)砂層滲透系數(shù)，為提升基坑邊坡砂層的穩(wěn)定性，泵室底板及前池反濾層必須進(jìn)行人工降水，此外，工程區(qū)地下水具有較大降深，含水層厚度及滲透系數(shù)均較大，不適用于輕型井點(diǎn)降水，應(yīng)采用深井群降水。

結(jié)合大垸子泵站工程泵室、前池等的平面布置，深井群降水中的基坑應(yīng)按120 m×25 m尺寸設(shè)計(jì)，且基坑等效半徑應(yīng)為42 m；基坑降水其余參數(shù)按照以下公式確定：

(1)

(2)

(3)

n=1.1Q/q

(4)

式(1)～(4)中：R—降水影響半徑(m)；S—降水深度(m)，取6.80 m；H—含水層厚(m)，取17m；k—滲透系數(shù)(m/d)，取6.05 m/d；Q—基坑涌水量(m3/d)；γ0—基坑等效半徑(m)，取42 m；q—單井出水量(m3/d)；rs—透水濾管半徑(m)，取0.15 m；l—透水濾管進(jìn)水段長(zhǎng)(m)；n—深井?dāng)?shù)量(口)。

根據(jù)大垸子泵站工程實(shí)際資料，計(jì)算得降水影響半徑為135.70 m，基坑涌水量為2 395 m3/d，單井出水量310 m3/d，深井?dāng)?shù)量為8口，按照該數(shù)量進(jìn)行深井設(shè)置便能滿(mǎn)足基坑降水要求，且井距離應(yīng)控制在20 m。大垸子泵站深井降水水位示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 降水井水位示意圖

3 基坑降水施工

3.1 成井施工

3.1.1 施工準(zhǔn)備

按照大垸子泵站工程降水管井設(shè)計(jì)圖進(jìn)行井位測(cè)放和井位標(biāo)記，對(duì)于井點(diǎn)設(shè)置過(guò)程中遇到的地面障礙物應(yīng)徹底清除。采用管徑700 mm、壁厚6.00 mm的直縫鋼管進(jìn)行長(zhǎng)度分別為2.00 m、3.00 m和5.00 m的護(hù)口管預(yù)制。進(jìn)行護(hù)口管埋設(shè)時(shí)必須將其插入原狀土層，護(hù)口管上部應(yīng)高出地面0.20～0.30 m，并通過(guò)草辮子和黏性土將管外部封堵嚴(yán)實(shí)，避免施工過(guò)程中發(fā)生返漿現(xiàn)象。鉆機(jī)安裝時(shí)，為達(dá)到設(shè)計(jì)垂直度要求，應(yīng)采用水平尺進(jìn)行安裝后機(jī)臺(tái)的測(cè)量，并將大鉤、轉(zhuǎn)盤(pán)和孔中心控制在一條直線(xiàn)上，并應(yīng)在鉆頭和鉆桿連接處設(shè)置2根鉆鋌。

考慮到泵站工程基坑深井降水施工材料包括鋼管、濾網(wǎng)、濾料等，為保證施工質(zhì)量，應(yīng)在材料進(jìn)場(chǎng)后進(jìn)行產(chǎn)品合格證檢查和材料工程性能試驗(yàn)，并按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行材料堆放保管。大垸子泵站基坑降水成孔通過(guò)自帶卷?yè)P(yáng)機(jī)下放井管的300沖擊型鉆機(jī)完成。為保證鉆機(jī)鉆進(jìn)施工質(zhì)量，應(yīng)在鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)前通過(guò)反鏟履帶將鉆機(jī)安放區(qū)域碾壓平整密實(shí)，鉆機(jī)就位后應(yīng)做到勾頭、磨盤(pán)和孔位與中心線(xiàn)對(duì)齊，垂直度控制在1%以?xún)?nèi)。

3.1.2 鉆孔、清孔

鉆孔時(shí)應(yīng)保持套管垂直鉆進(jìn)，并隨時(shí)觀察水位、涌砂、氣體溢出等情況變化，并保證孔身圓正。待鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后必須及時(shí)清孔換漿，以避免發(fā)生泥漿沉淀及井孔坍塌。具體而言，應(yīng)通過(guò)成孔鉆頭提筒并以勻速吊入井底，并將自造漿液逐漸提出井孔，持續(xù)向井孔內(nèi)灌注清水，如此循環(huán)往復(fù)，直至提筒內(nèi)水體變清澈，結(jié)束清孔換漿，但是，孔內(nèi)注水過(guò)程還應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，以維持孔內(nèi)水頭壓力，避免塌孔。清孔后采用設(shè)備自帶的測(cè)繩量測(cè)孔底沉渣，并將其厚度控制在20 cm以?xún)?nèi)。

3.1.3 安裝井管及濾料回填

按照設(shè)計(jì)要求事先配置濾水管和實(shí)管，并逐節(jié)編號(hào)，采用機(jī)械自帶的卷?yè)P(yáng)機(jī)逐節(jié)下放、吊裝和焊接直縫鋼管，并保證焊縫順直飽滿(mǎn)。用鋼板將最下節(jié)井管封底處理，井管至少比地面高出50 cm。

采用循環(huán)水填料法將粒徑1～3 mm的砂石濾料填入井管和鉆孔之間的間隙內(nèi)，并始終保證井管垂直居中，當(dāng)實(shí)際回填量達(dá)到理論回填量80%時(shí)，采用測(cè)繩測(cè)量濾料實(shí)際回填高度并按設(shè)計(jì)值進(jìn)行校正，洗井使填料達(dá)到設(shè)計(jì)密實(shí)度后再填入黏土封閉井管和鉆孔間隙。

3.2 降水運(yùn)行

采用口徑85 mm的抽水泵和出水量60 m3/h的潛水泵，輸水管通過(guò)泵管與抽水泵相連，將尺寸1.20 m×1.20 m×1.80 m的三級(jí)沉淀池設(shè)置在排水管線(xiàn)與市政接入口處。為降低基坑降水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，應(yīng)嚴(yán)格按需降水，并根據(jù)基坑開(kāi)挖深度和承壓水頭安全埋深確定基坑降水運(yùn)行過(guò)程中減壓抽水井?dāng)?shù)量和實(shí)際抽水量。根據(jù)開(kāi)挖深度，應(yīng)逐漸降低承壓水頭，以避免基坑降水可能導(dǎo)致相鄰地面沉降。

3.3 封井

完成深井降水后應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)抗浮力驗(yàn)算并在降水井管壁焊接2層直徑500 mm的圓形鋼環(huán)止水圈，下層止水圈的焊接位置在距離底板底100～200 mm處，上層止水圈的焊接位置在底板面以下200～300 mm的位置，以封堵井孔，防止井孔內(nèi)承壓水上涌。大垸子泵站降水井封堵應(yīng)遵循以砂還砂、以土還土的原則，含水層段、隔水層段和底板底區(qū)域應(yīng)分別回填砂土、黏土和微膨脹混凝土，回填層達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后增設(shè)焊板封堵井孔。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)工程基坑深井降水設(shè)計(jì)及施工過(guò)程的分析表明，基坑降水設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格依據(jù)巖土工程勘察報(bào)告及泵站基坑降水對(duì)周?chē)绊懙念A(yù)測(cè)，為節(jié)省降水施工費(fèi)用，提升成功率，可以先進(jìn)行2個(gè)降水井的施工及現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，獲取相關(guān)的水文地質(zhì)及深井降水試驗(yàn)參數(shù)，為后續(xù)施工提供依據(jù)?？紤]到工程區(qū)含水層的非均質(zhì)性，其各含水層含水量差額屬于隨機(jī)變量，所以在基坑降水設(shè)計(jì)階段應(yīng)針對(duì)井點(diǎn)數(shù)量、孔深、井徑、濾料、抽水機(jī)械等預(yù)留一定的安全儲(chǔ)備，保證降水施工工效。