管井浅井组合降水技术在穿黄埋涵工程中的应用

汤怀义，崔庆瑞，赵文明，丁 博

（聊城市黄河河务局，山东 聊城 252000）

1 概况

南水北调东线穿黄工程基坑、基槽开挖时，常常遇到地下水威胁，尤其是基坑、基槽开挖深度在10 m以上的地段。土壤被水浸泡后，土体变软，抗剪能力降低，基坑、基槽边坡塌落，施工条件恶化，影响后续工序施工；同时，基坑、基槽土体承载能力下降，强度降低，稳定性变差。为防止上述现象的发生，保证后续工序干场作业，降低地下水位成为制约工程施工的重要因素。

2 降水措施

基坑降水采取以渗为主、渗抽结合的大口径管井降水及局部配合浅井降水的方式，即在基坑、基槽周围布置一些单独工作的管井、配合浅井共同降水。每个管井配备1台潜水泵，两个或多个浅井配备1台自吸泵。当潜水泵、自吸泵抽水时，井内水位下降，在井的周围自然形成降水漏斗，几个或多个漏斗相互作用，形成一个大的降水区域，将地下水位降到基面以下1.5 m，避免地下水位过高给施工带来的不利影响。

3 井位布置

3.1 管井布置

根据设计图纸要求开挖边坡，结合工程各部位的具体情况进行管井布置，井管直径50 cm，管材为无砂混凝土管，每节长0.95 m。

（1）封闭布置：对于基础挖深10 m以上、工期相对较长的关键工段，采取封闭布置的方式。沿轴线方向两侧各布置2排管井，井位呈梅花形布置；靠近建筑物的2排管井距离建筑物1.5～2 m，用于降低建筑物底部的地下水位；远离建筑物的2排管井距离建筑物8～10 m，用于截住由于边坡开挖流向基坑的渗水，以减少靠近建筑物的2排管井的抽水量。建筑物两端各布置1排管井，截住两端的地下水向基坑的渗流通道。

（2）沿线布置：对于挖深相对较浅、工期相对较短的工段，采取沿线布置管井的方式。沿轴线方向两侧各布置1排管井，间距根据工程部位、地下水位和周围环境适当确定，一般15～20 m。

3.2 浅井布置

管井降水是大范围的，但基面清理前局部可能出现渗水，靠管井长时间降水无法满足要求，结合工地的实际情况，采用浅井辅助降水技术解决。

（1）布置方式：浅井根据工程的实际情况布置。如果整个基面出现渗水，可根据情况分排打井，井深2～3 m，管径 3 cm，行间距 2 m×2 m，井位呈梅花形布置；如果只是坡脚出现渗水，可在坡脚布置2排浅井，间距2 m；坡脚渗水严重时，可采用管径5 cm的粗管，间距可适当减小，如采用1 m。

（2）连接方式：为节省能源、减少支出和降低运行成本，管径3 cm的浅井每2个连在一起；管径5 cm的粗管每8～10个连在一起，中间用防水胶布缠绕，防止漏气、漏水。

4 管井、浅井施工

4.1 管井

（1）材料：管井包括井管、外围滤料及封底三部分。为降低管井造价和节约成本，工程施工时选用直径50 cm、长0.95 m的无砂混凝土管。这种管材取材方便，操作简单，下管速度快。

（2）成孔：管井成孔时，用当地打井用的钻机钻孔，直径50 cm的无砂混凝土管选用70 cm的钻头。钻机钻进时，为防止塌孔和流沙进入井管，采用泥浆护壁。同时，保持泥浆面高度在井口以下0.5～1 m，泥浆水在孔内起到护壁的作用。造孔采用清水固壁法，有利于成井后深井的出水量。下管时，如果管井孔内泥浆过稠，须将稠泥浆抽出，边抽边加清水，始终保持孔内水面高度满足要求。

（3）下井管：成孔后立即下管，下井管前在井口处安设高1.5 m的井架，并保持井架竖直。下第一根无砂混凝土管时，管径四周均匀布设4根2～3 m的竹笓，用8#铁丝绑扎牢固，留出3根竖向铁丝，用于控制井管的下降速度。下管时，控制第一根管的垂直度，当下降到一定深度时在地面以上将第二根管接好，包裹两层滤布，绑扎牢固，继续下落，直到下至设计深度。

孔壁与管壁之间根据不同地质条件填不同的滤料，透水条件较好的管井，填石粉、小石屑进行反滤；透水条件稍差的管井，填坚固、圆滑、均匀的天然砂进行反滤。对井底非完整透水层的管井，先在井底填两层反滤料，第一层与管壁周围的滤料相同，第二层滤料为前一层滤料粒径的5倍；完整井底也要进行封底，避免降水过深，破坏井底土层。完整井底可先填 0.5 m 砂，再填 0.5 m 的碎石。

填料前，对反滤料反复进行检查，不使用粒径过大、过小的反滤料，控制反滤料的质量。填料过程中，遇到填空或堵塞可进行插捣并连续填料，使井管四周滤料均匀，直至填完为止。

（4）洗井：下完滤料后立即洗井，洗出反滤料中的粘土颗粒及粉细砂碎屑，使出水清澈流畅，防止泥浆沉淀糊住管壁，造成管井透水不畅。用3 kW的潜水泵抽水，抽水自上而下在不同的高度进行，水位降幅不宜过快，避免造成周围地层土粒流失、管井出现塌落的现象。

（5）运行：施工期内，必须保持深井连续抽水，施工用电保证率100%，配备足够数量备用水泵。

4.2 浅井

沿开挖基坑坡脚部位布置，每2个井管由三通与25ZB25-0.75 kW自吸泵连接，自吸泵安装在基坑边坡土台上，通过软导管排出。

（1）冲孔：用Φ50mm钢套管连接潜水泵形成高压水枪，对准设计井点，扶正、压紧，左右旋转套管，在水流冲击下套管底部砂土被不断冲出，套管逐渐下沉，直至达到设计孔深为止。

（2）沉管：井孔冲成后，立即拔出冲管，插入PVC井点管，灌填砂滤料，并检验每根井点管沉设后的渗水性能。其检查方法是：正常灌填砂滤料时，井管口有泥浆水冒出；否则，向管内灌清水洗孔后填料。安装完毕后立即进行抽水试验，以检查管路接头质量、井点出水和抽水机械运行情况等，发现问题及时处理。

（3）运行：浅井使用时连续抽水，经常观测浅井的真空度。若发现问题，及时查找漏气原因，并采取相应的消除方法。

5 水泵型号选择

5.1 管井水泵

（1）选择过程：潜水电泵具有重量轻、安装方便、适应性强的特点，不受吸程限制，根据管井的出水量、抽水深度、总扬程，结合施工经验和钻井时工程地质情况选择潜水泵。先选用5.5 kW的深井泵，由于洗井期间抽气严重，后改用3 kW的深井泵，结果表明部分管井还是满足不了实际需要，以致抽气现象时常出现；最后，改为3、2 kW深井泵间隔布置的降水方式，抽气现象明显减少。

（2）选择结果：选用3、2 kW深井泵间隔布置的降水方式，经过一段时间的抽水试验后，基本能够满足要求，水量基本满管，抽气现象逐步减少；土方开挖过程中，渗水能够满足开挖要求，降水效果明显。

5.2 浅井水泵

管径3cm的每2个浅井连在一起，选用0.75 kW、扬程20 m的自吸泵抽水；管径5 cm、8～10个连在一起的浅井，采用3 kW、扬程30 m的自吸泵抽水。

6 排水量影响因素

6.1 高程对排水量的影响

高程对排水量的影响主要表现在浅井上。土方开挖接近基面时布置浅井，此时浅井与管井口之间的高差接近10 m。开始抽水时，浅井水直接排入管井内，再由管井排走；这样，排水量极小，几乎全是气泡；经过排水人员的细致检查，没有发现漏气。随后，试着将浅井排水口高程降低，经过一段时间运行后，浅井出水量有所增加。经过多次试验，最后将浅井排水管集中起来，统一排到基面两端的小坑内，再集中排出，这样浅井的排水量基本正常。

6.2 多泵对排水量的影响

（1）管井：每个管井内均放置 1个深井泵，3、2 kW的深井泵间隔布置，考虑到成本因素，每3眼井共用1个四通管，将水量汇总后排入指定位置。当其中1个管井出现问题不抽水时，管道内的水仍然较大，导致管井漏水，影响边坡稳定；土方开挖过程中，由于管井影响施工，需要暂停其中1个管井时，操作较为困难，影响其他管井降水。后经调试，每眼井单独设立1根排水管，分别排向指定位置。

（2）浅井：基坑开挖到一定高程后，分3排布置浅井，开始时每个浅井设1台自吸泵，考虑到成本、电缆、管道对施工的影响，拟减少自吸泵的用量。试着用1台自吸泵带4个浅井，试抽时浅井只上气不出水；改1台自吸泵带3个浅井，浅井出水量极小；用1台自吸泵带2个浅井，浅井出水量有所增加，与单井出水量无明显差别。

6.3 边界条件对排水量的影响

该工程穿越位山灌区东、西干渠。东、西干渠引水时，由于边界条件的变化，渗水明显增强，对管井、浅井抽水量存在一定的影响。如，位山引黄西渠引水时，扭面段及明渠段靠近渠道一侧边坡渗水严重，管井、浅井排水量较另一侧偏大，因此边界条件的变化对排水量存在一定的影响。

7 降水效果

土方开挖前10～15 d开始进行管井降水，开挖过程中继续实施降水。土方开挖时，施工人员坚守工地，边挖边拆除多余的无砂混凝土管，并及时做好保护。当土方开挖到基面高程附近时，开始布置浅井降水。通过管井、浅井组合降水，能够保持土方开挖过程中基面干燥，水位基本保持在开挖面以下1.5 m，没有出现塌坡、地面沉降等问题。