关键词：基坑；降水；方案
1 工程概况
金堤河倒虹吸位于河南省濮阳市濮阳县子岸乡岳辛庄附近，为引黄入冀补淀工程总干渠下穿金堤河交叉建筑物。工程分进口闸室段、渐变段、管身段、出口闸室段、出口渐变段五部分，总长度278m。管身段长196m，分15节。管身为箱型钢筋混凝土结构，一联三孔，过水净断面为3.6×3.8m（宽×高）。
金堤河倒虹吸工程河床段高程约47.5m，河漫滩高程约50.4~51.5m，平管段段基底高程为38.7m，两岸斜管段基底高程成1:4或1:5向上爬升。工程采用一次截断河床后整体施工，基坑采用放坡开挖方案，开挖边坡综合坡比为1：2，基坑开口线宽度约50m。
根据工程进度安排，金堤河倒虹吸主体工程土建部分施工时段为2016年1月~2016年6月，其中管身段结构混凝土应于2016年5月浇筑完成。
2 基坑降水规划
2.1 设计要求
金堤河倒虹吸工程基坑降水应满足如下要求：
（1）倒虹吸混凝土及土方工程施工期间，地下水位应低于基底下部1m以上，满足现场施工需要。
（2）基坑开挖期间，地下水应低于开挖面1~1.5m，且土层应有效疏干，满足施工开挖需要。
（3）地下水下降速度应尽量加快，为基坑开挖及后续施工争取时间。
（4）降水设施布置及日常管理宜在满足上述要求的同时，努力节约工程投资，最大限度减少与主体工程施工的干扰。
2.2 降水技术方法比选
我部进场后，走访了周边类似工程的降水做法，结合我部在其它项目中的降水经验，认为管井降水和多级井点降水均可满足要求。两者优劣点简单对比如下：
（1）管井降水：管井主要布置在基坑开口线外侧，超前降水5-7天后即可开始开挖，与基坑开挖及混凝土施工干扰较少，现场管理也较为简单。费用方面，管井作业大于多级井点。
（2）多级井点降水：本工程降水深度约8.8m，宜分为三级井点，除首级井点可布置在基坑外侧，其余两级井点均需布置在坡面上。届时，井点作业与基坑开挖需交错进行，干扰较大，现场管理复杂。
根据总体进度部署，金堤河倒虹吸管身段需在2016年5月施工完成，前期任务繁重。虽然管井降水费用要高一些，但在工期保障、施工干扰等方面优势明显，宜作为主选降水方法。井点降水可作为备用方法，处理局部渗水等问题。
2.3 平面布置
根据实地复勘结果，金堤河倒虹吸区域地下水位约为46.0~46.5m，结合工程设计图，主要降水区域为倒虹吸管身段，尤以平管段为甚，最大降深达8.8m。
金堤河倒虹吸管身段为矩形基坑，管身段长度196m，基坑宽度约52m。降水井计划分两排，分别布置在基坑上下游侧开口线外2m位置。两排降水井可适当错开，成梅花形布置，以加强降水效果。因1#~3#、13#~15#管节均为斜管段，基底高程向上快速爬升，故布置于斜管段外侧的降水井在一定程度上形成了平管段基坑的外延封闭，所有降水井均布置在管身范围内即可满足要求。
降水期间，分别在4#、10#管身段中心线位置布置地下水观测孔，监测地下水位变化。
3 抽水试验
基坑紧临金堤河，含水层为不均一含水层，应布置抽水试验，获取含水层的平均渗透系数、影响半径、降深、单井出水量等主要水文地质参数，并据此对基坑排水初步方案进行必要的调整。同时，在试验井钻孔过程中，结合地层复勘的要求，对本区域地层情况进行复查。
3.1 抽水试验布置
根据基坑基本地质条件，在基坑区合适部位布置带观测孔的抽水试验，拟布置一个抽水孔（可留作后期排水管井），孔深30m，布置1条观测线、2个观测孔，距离抽水主孔距离分别为5m、15m。
3.2 抽水试验设备
抽水泵：1个，应满足出水量和扬程要求，并且应满足抽水试验要求，可以调节出水量；
水位观测仪：3个，采用电测法；
流量观测仪：可采用流量计。
3.3 水位、流量观测要求
抽水试验的观测频度和精度应符合以下要求：
1、初始水位观测每天一次；
2、抽水试验开始后，主井和观测孔水位观测按1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120分钟进行观测
3、流量观测与主井水位观测同步进行，读数精确到1m3/h；
4、抽水结束后，水位恢复观测与抽水时一致，24小时后每天观测一次，直至恢复到抽水试验前稳定水位。
3.4 试验过程
抽水试验过程可分为以下几个阶段：
1、初始水位观测阶段：观测主井、观测孔地下水位及地表水位。
2、试验抽水阶段：通过试抽可以进一步洗孔，全面检查抽水试验各种设备，预测最大降深，对设计的降深进行复核。
3、抽水试验阶段：按设计最大降深的1/3、最大降深的2/3、最大降深三种标准控制涌水量，分别按水位、流量观测要求进行观测。
4、水位恢复阶段：抽水结束后，按要求观测水位恢复情况，直至恢复到抽水试验前稳定水位。
3.5抽水试验成果整理
（1）绘制s-t曲线、q-s曲线，s-r曲线。
（2）计算渗透系数、影响半径。
4 初步管井降水方案
4.1 井深确定
以降深最大，影响范围最广的河床段基坑为例，计算井深L：
L=Hw1+ Hw2 +Hw3 +Hw4 +Hw5 +Hw6
Hw1－基坑深度， 9m；
Hw2－降水水位距离基坑底部的距离，取1.0m；
Hw3=ir0=0.1*28=2.8m；
Hw4－降水期间水位变幅，同时考虑低渗透地层水跃值，综合取值为10m；
Hw5－降水井过滤器工作长度，取2m；
Hw6－沉淀管长度，取2m；
经计算， L=26.8m。
井深26.8m，井底高程可按20.7m控制，即低于基坑底部18m。斜管段降深逐渐缩小，降水井深度可以低于基底高程15m左右进行控制，并以此反推降水井深度值。
4.2基坑总涌水量Q估算
按近河岸基坑，且含水层厚度不大工况下，采用大井法估算基坑总涌水量，选用均质含水层潜水非完整井修正公式。
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其中：K—渗透系数（m/d），根据工程经验，25m深度范围内含水层平均渗透系数暂按1m/d估算；
Q—基坑出水量（m3/d）；
s—水位降深(m)，由46.5m降到37.7m，降深8.8m；
l—含水层过滤器有效工作部分长度(m)，按管井结构初步取6m；
b —基坑中心与河岸距离（m），56m；
r0 —基坑的等效半径（m），采用式0.29×（a+b）计算，72m；
M —潜水含水层底板至过滤器有效工作部分中点的距离，21m；
经估算，基坑的总涌水量约为4426m3/d。
4.3 单个管井的出水量q计算
单个管井出水量采用式4-2计算：
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式中：K－含水层平均渗透系数，取1m/d；
rs－管井过滤器半径，按一般管井取0.19m；
l－管井过滤器进水部分长度，取6m；
经计算单个管井的最大可能出水量为18m3/h，考虑井群干扰因素及成井工艺影响，参考工程经验，单个干扰井出水量取7.5m3/h。
4.4 管井数量估算与布置
根据《建筑基坑支护技术规范》（JGJ 120-2012），依据管槽降雨工况条件总涌水量Q及单个管井可能出水量q建议值，采用公式.png)
计算管井数量n。
经计算，基坑约需布置27口管井，管井平均间距约为15m。
4.5 超前降水
根据相关工程经验，管井降水初期速度较快，后期下降速率明显趋缓。本工程总，群井连续运行5-7天后，即可开始基坑开挖，预计在降水12~14天后，地下水可低于基底位置。届时，可结合观测孔内地下水位及开挖揭露情况，对降水效果进行判断。
4.6管井结构
根据基本地层条件及基坑降深要求，管井底部高程按低于基坑底面18m控制，管井深度约27m（以河床平管段为例，斜管段略有减少），管井井管内径采用300mm，管井成井钻孔直径600mm。
管井结构见附图3：上部3m为混凝土井管；中部采用同直径的无砂混凝土作为过滤管（孔隙率不低于0.15），底部2.0m为沉淀管，过滤管外包2层80目尼龙纱网，井管与孔壁之间环状空隙填充级配良好、洁净的水洗粗砂（2～4mm）作为反滤料。
5 降水井施工及运行
5.1 管井施工
降水井应结合基坑导流，分批施工。可先施工河岸部分降水井，待导流完成，基坑积水排干后施工围堰内侧降水井。工艺流程如下
准备工作→测量定位→开孔→下护口管→钻进→终孔→冲孔换浆（泥浆比重换到1.05）→下井管→填滤料→止水封孔→洗井→下泵试抽。
（1）井位测量定位
测量人员根据降水井布置图，使用全站仪、水准仪放出井位，测量井口地表高程并记录。
（2）护筒安设
护筒采用3mm钢板卷制而成，长约1.2m，直径约800mm，一侧开200mm×300mm的矩形回浆口，距护筒顶缘150mm。可导向定位，保证钻进垂直度，并保护井口段钻进过程中不塌孔，防止外部泥浆和水破坏孔口段进入。
护筒制作完成后，可对照井中心位置人工挖坑，坑直径应略大于护筒直径，坑深0.8m。护筒中心线应与井中心线基本重合，护筒外超挖部分可用土回填。
（3）泥浆池
泥浆池布置在距井3～6m处，尺寸3×5×1.5m。泥浆池与护筒回浆口通过挖沟连接，沟槽尺寸400×300mm。泥浆池底部及侧面应铺设防渗薄膜，泥浆沉淀后应将清水抽走，并清理泥浆。
（4）钻孔
钻机为正循环回转钻机，柴油机驱动，通过主副卷扬和三脚架实现钻杆起吊，安放。钻机架设时可用方木和垫块使钻机垫平并架立稳定，钻头垂直地面。
钻进采用自造泥浆循环钻进，根据泥浆稠度情况加水，钻进过程中，通过打捞渣样判明地层地质情况，并记录在钻孔记录内。钻至设计深度后，停钻进行泥浆置换。
（5）泥浆置换
泥浆置换关系到成井的质量（出水量），对防止井壁塌孔也有重要影响，应采取逐步稀释泥浆的办法。置换时可保持原泥浆循环，在泥浆池内加清水，回浆沟内增加一台污水泵抽排回浆，使得泥浆池和井孔内泥浆逐步得到稀释。
泥浆置换过程中应随时打捞钻渣，若回浆内无钻渣且泥浆比重为1.05g/cm3，即可结束泥浆置换。
（6）井管安装
① 材料准备
泥浆置换时应准备好所有的材料，包括：实管、无砂管、滤料（根据施工区段的地质条件选择）、铅丝（12#）、土工布、滤网（根据施工区段的地质条件选择）、硬木托盘、钢丝绳（110m）、竹片(宽5～6cm)、木垫块（扶正器）、下井管工作架。
井管：井管采用渗透系数K＞200m/d和28天强度大于5000KPa的砼管（滤管），井管内径φ300mm，外径φ400mm，高度0.8～1m。
圆硬木托盘：直径略大于井管直径，采用硬木钉制而成。托盘底部设一道卡槽，用于卡钢丝绳并在井管安设完成后抽钢丝绳用。
竹片：用整根长毛竹剖制而成，每根毛竹分剖成三片。用于固定连接所有井管，使所有井管连成一柔性整体。
木垫块（扶正器）：楔形木块，每隔6～8m设置一道，沿井壁四周均匀布设四块。防止井管接触井壁。
下井管工作架：采用钢管焊制，用于固定钢丝绳。
② 井管安设
采用托盘钢丝绳下管法，具体操作如下：
下管工作架就位后，将钢丝绳伸展成直线，使钢丝绳中心置于井口，安设硬木托盘，第一节混凝土管外底部用两层土工布包裹严密，放置于硬木托盘上，竹片沿井管周均匀绑扎三道，松钢丝绳使井管慢慢下降到孔口，运接第二节井管，首先包裹一层滤网（特殊地段可以包裹两层），井管接头处再用土工布包裹，用两道铅丝通过竹片将井管连接处绑扎牢靠，松钢丝绳使井管降低，在井管下到6～8m深时，绑扎一道定位器，以下类同，直至井管下至井底。井管下完后，首先拆除钢丝绳，在留有拉环侧的一端通过机械牵引抽出钢丝绳。移走下井工作架后，拆除护筒。
井管安装过程中，应注意严格按照设计意图，做好实管、无砂管、实管的转换。
5.2 电气系统
根据施工现场抽水井较多的特点，可划分若干个井组，每4眼井为一组，每组安装一个控制柜；控制柜的总功率约为25Kw，总开关选用100A的三相自动空气开关，分开关选用20A的三相漏电开关。
考虑到工程降水不能间断且降水时间较长，备用100kw发电机1台，备用电源与系统电源之间设切换控制设备，在系统电源停电后，30分钟内可以启动备用电源并供电，以确保降水连续进行。
5.3 降水井运行
⑴ 组织机构
组织降水队，配置水泵运行、维修及观测人员，负责降水井的运行维护及观测资料记录收集工作。
⑵ 运行管理
1) 培训人员，让他们明白降水运行的重要意义，清楚具体的工作职责和方法。
2) 施工现场配置备用柴油发电机，正式抽水后尽量缩短主线路停电时间，减少发电设备的使用时间。并定期检查电缆密封的可靠性，以防磨损后水渗入电缆芯内，影响正常运转。
3) 在基坑施工机混凝土浇筑期间，排水管井系统井应连续工作，应配备足够的值班人员及备用水泵，以保证排水管井能够连续抽水。
4) 配置电工、维修工等辅助工种，加强日常巡检，避免影响正常降水作业。
5) 在施工完成后，采用砂砾石对降水管井进行回填。
6）制定奖惩条例，对运行及辅助人员进行考核，增强其责任感。
⑶ 降水监测
布置观测孔，并根据需要在抽水管上选择性安装水表。对观测井内水位和抽水流量进行检测并记录，一般每24h记录1次，特殊情况下可根据要求增加记录频次。
工程技术部对降水监测资料进行分析，将实测水位降深与计算降深相比较。若水位下降过慢，可加密井或增加井深。若水位突然变化，应分析原因，采取处治措施。
⑷ 日常维护
根据文明施工的要求，各井井口应安装标志牌，标明井号。抽水管一般采用硬塑料管，避免中间接头。
降水队运行人员如发现有自动控制系统或水泵故障，及时通知维修人员修理。如井内连续出现混水，应立即报告技术部门，分析原因并采取对策。
结束语
综上所述，在水利工程的基坑施工中，排水工作是必不可少的。根据当前基坑排水技术的实际应用情况来看，常见的排水技术包括了明沟排水施工技术，井管法排水施工技术、井点法排水施工技术以及降水法施工技术。在工程施工过程中，需要根据工程施工要求挑选不同的排水技术，这样才能保障排水效果。除此之外，在工程施工时还需要注意集水井大小的设计，水泵的挑选以及维护清理工作。这样才能提高基坑排水工作质量，为工程的整体施工提供帮助。
参考文献
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[2]郭建.浅谈水利工程施工中基坑排水技术的应用标准[J].中国标准化,2016(13):148-149.
论文作者:田克妮 王海雷
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷19期
论文发表时间:2020/3/5
标签：基坑论文; 管井论文; 泥浆论文; 水位论文; 含水层论文; 钢丝绳论文; 工程论文; 《建筑实践》2019年38卷19期论文;