沙特近海典型沙漠地质条件下的深基坑降水方法

刘存利

（中国交通建设股份有限公司总承包经营分公司，北京 100088）

0 引言

沙特近海沙漠地质上层为松散沙，底部为隔水硬质土层，这种情况采用常规轻型井点降水工艺即可，但是这两层中间存在部分结块、成片的硬质沙层，使轻型井点降水的井点管不能一次打设到位，此外成片硬质沙层对潜水的隔断很大程度上影响了真空降水效果，这成为了降水施工的难点，如果对硬质沙层下半部分使用直接明排的办法，会造成流沙、管涌而影响边坡稳定。针对这种情况，创新采取了轻型井点降水（0.5级降水）和“透水沙袋护脚+基底明排”相结合的方法。

1 工程概况

1.1 工程概述

沙特朱拜勒海水冷却工程是石油炼化工厂的重要配套工程，其海水泵房（钢筋混凝土构筑物）是其中最重要、最大的分项工程，长宽高为58.1 m×29.6 m×22 m（地下 11 m，地上 11 m），其基坑开挖长×宽×高尺寸为112 m×87 m×11 m。泵房结构及内部系统复杂，施工时间长，对基坑的稳定性、降水有效性提出了严格要求[1]。

1.2 工程地质及水位

原地面至以下9 m为松散的沉积沙；原地面约9 m以下为密实度大、部分结块的沉积硬沙层；原地面约10 m以下为坚硬土层。泵房的基底标高在原地面以下11 m。

工程位于近海的沙漠地带，潜水位在原地面以下约4.8 m。原地面10 m以下为坚硬隔水土层。

2 基坑降水总体工艺

基坑降水总体工艺为：轻型井点1级降水→轻型井点0.5级降水→沙袋护脚→明排降水，降水断面如图1，施工现场如图2。

图1 1.5级轻型井点+护脚明排降水断面图Fig.1 Cross-section of 1.5 light well point+banket and blind drainage

图2 降水现场照片Fig.2 Sitephoto of thedrainage

3 工艺实施

3.1 轻型井点1级降水

轻型井点1级降水工艺为：开挖至降水施工平台→布设轻型井点1级降水系统→计算水泵需求数量→调整水泵投入数量。

1）开挖至降水施工平台

开挖至原地面以下4.3 m（潜水位以上0.5 m，保证机械作业安全），普通沙袋护脚，兼作轻型井点降水施工平台。

2）布设轻型井点1级降水系统

打设井点管，布设集水总管，用连接管将井点管和真空水泵连接到集水总管，完成整个环形轻型井点1级降水系统。井点管长度6 m，由于结块硬沙层的存在，平均打设长度仅约4.7 m，其余含水层须进行再次降水。

3）计算水泵需求数量

根据井点管的实际打设长度，结合现场参数，计算降水泵的需求数量。

已知轻型井点1级降水长度×宽度为98.0 m×60.0 m，水位为原地面以下4.8 m，隔水层（坚硬土层顶标高）为原地面以下11.0 m。

计算环形井点（无压完整井群井点）涌水量[2－4]，计算公式：

通过公式算出Q=395.2 m3/d=16.5 m3/h，即每小时渗水量16.5 m3，当地真空泵在此种地质条件下降水效率约为6 m3/h，计划安排6台降水作业，其中2台备用，4台泵抽水效率可满足计算需要。

4）调整水泵投入数量

将降水半径影响范围内的存水抽完，根据来水情况调整真空水泵功率，记录、计算实际出水量，调整实际投入水泵数量。根据实际记录，3 d后真空抽水泵出水量明显减少，4 d后处于稳定状态，总出水量约为17 m3/h，3台泵即可满足降水要求，因此从之前的4台泵停掉1台留作备用。

3.2 轻型井点0.5级降水（硬沙层轻型井点降水方法）

因为打设深度大以及结块硬沙层的存在，轻型井点1级降水的井点管打设深度仅为4.7 m（原地面以下约4.3～9 m），距离硬土层（原地面以下约10 m）仍有1 m左右硬质沙层，这1 m沙层仍含大量潜水；而硬质沙层成片的特性导致隔水，使二次轻型井点降水不可能将潜水抽干，最终必须设法在基底明排；但若不再次降低水位，则明排水量太大，会导致流沙和管涌，最终影响边坡稳定。

因此必须再次采用轻型井点降水：继续开挖→打设井点管并运行降水。

1） 继续开挖

轻型井点1级降水实施一段时间后，潜水位不再下降并处于稳定状态时，继续向下开挖，至现有潜水面以上0.5 m（保证开挖设备安全施工），此时基本已经到达硬沙层顶面以上约1 m。由于井点管打设深度仅为2 m左右，则实施打设已经可行。

2）打设井点管并运行降水

打设井点管，打设2 m后可到达硬土层，但要将井点管滤管部分缩短至0.5 m，以达到最佳降水效果，并连接至轻型井点1级降水的集水总管，运行降水。

将下一级井点管直接连接至上一级集水总管上实施降水，在此称之为“0.5级降水”。采取这种创新主要考虑硬沙层地质条件必将导致轻型井点降水的不彻底，单独布设第二套降水系统不仅增加物料等各项成本，而且不可能达到将余水全部排出的效果，“0.5级降水”降水的做法不仅节约了成本，而且达到了再次降低了潜水位的目的，再次开挖后，结合下一步明排降水可以将剩余地下水全部排出。

3.3 沙层护脚+基底明排

在实施了“1.5级”轻型井点降水后，来水虽已大部分被抽走，但坡脚仍有少量潜水流出，若直接明排，则随时间推移，仍有发生流沙和管涌的可能。为此采取了“沙层透水沙袋护脚+基底硬土层集水明排”的方法。透水沙袋有透水不透沙的特点，可有效防止流沙和管涌的发生。对于流出的明水，在硬土层四周挖设集水沟，采用普通水泵排出基坑以外。

4 结语

“1.5级轻型井点+透水沙袋护脚明排”对沙特近海沙漠地质条件下深基坑降水方法可行、有效，尤其是轻型井点1级降水之后所创新使用的轻型井点“0.5级降水”和“透水沙层护脚+基底明排”相结合的方法，对处于松散沙层和底部坚硬土层之间的硬质、成片沙层的降水行之有效，其中“0.5级降水”将其井点管连接至轻型井点1级降水系统的做法大大节约了成本和工期，而且达到了再次降水的目的，使最终的“护脚+明排”降水成为可能。“沙层护脚+基底明排”降水方法杜绝了流沙、管涌的发生，并完成最后来水的明排。这一整套施工工艺，成功完成了这种特殊地质条件下的降水，保证了边坡的长期稳定，为后续施工奠定了基础。