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0. 前言
在我國地下水豐富的南方地區，基礎設施的施工特別是地下綜合管廊的施工，經常會遇到地下水豐富、承壓性強、流砂、施工邊界水體向施工作業區大量滲水等等問題，導致地下綜合管廊施工困難甚至無法施工的狀況，以長沙為例，在近湘江和瀏陽河的地方進行地下工程施工除流砂風險還伴有管涌的危害。真空井點降水技術能夠降低地下水位的同時，還能控制上行水頭壓，控制流砂以及防止管涌的發生，是一項保安全，造價低，施工進度快，工程效果優的綠色環保施工技術方法。以下介紹湘江邊地下綜合管廊降水止水典型施工案例。
華電長沙電廠循環水系統水能回收電站（地下尾水管廊）基礎工程施工過程采用
真空井點降水技術方案以及施工效果
降水設計施工單位：濟南魯鵬聯信水處理技術有限公司（www.codelator.com）
1、工程概況
已建華電長沙電廠循環水系統回收電站位于望城銅官鎮，該電站土建主體被埋入地下，因收集長沙市一部分已經達標可以排放的城市污水以及電廠發電的達標排放工業廢水，該兩部分水源合流經過本項目渦輪機再次水利發電后排入湘江，因此，合流的這兩部分水源被稱作“尾水”，所以，本項目土建主體工程也被簡稱地下尾水管廊工程。尾水管廊工程采取大開挖形式，開挖的起始標高
2、場地工程地質條件概述
2.1 場地工程地質概況
依據勘察報告，與降水有關的地層構成自上而下分述如下：
① 素填土：Q4ml，主要由可塑及硬塑狀粘性土等組成河堤，呈稍密～松散狀態，密實度不均勻，濕～稍濕。
②粉質粘土：Q4h，灰褐色等，軟塑，很濕。
③粉細砂：Q4al，黃褐色等，松散～稍密狀態，飽和。
④中粗砂：Q4al，黃褐色等，稍密狀態，飽和，局部為含礫粗砂。
⑤圓礫：Q4al，主要成份為石英巖、硅質巖，亞圓形，含中粗砂20～30%，稍密狀態，局部中密，在個別地方甚至發現有Fe、Mn質膠結現象，飽和。
⑥卵石：Q4al，主要成份為石英巖、硅質巖，亞圓形，粒徑一般4～8cm，含中粗砂20～30%，中密狀態，飽和。
2.2 地下水狀況
開挖基坑的上部土層為可塑～硬塑的粘性土，該土層層位為相對不透水層；其下為松散～中密的砂類土層夾碎石類土透鏡體，厚度在25m以上，為良好的透水層。勘察階段，鉆進過程中當揭穿不透水層時，地下水上涌，砂層鉆進過程中垮孔現象比較嚴重。地下含水層與湘江河水有直接水力聯系，地下水為承壓水，補給關系為：當湘江水位高于含水層水位時，地下水接受湘江河水補給，當湘江水位低于含水層水位時，地下水向湘江河排泄。地質勘察報告提供中粗砂層位排水設計滲透系數K=22.91m/d。
3、降水止水方案選擇
3.1 水文地質和工程地質特點
①地下水呈強承壓性質。該電站主體結構為管廊式結構，其開挖形狀為巨長深溝，有20-30延米深溝已位于湘江河床，深溝基坑挖深為地面以下7.3m，該標高位于湘江河床之下，湘江水體通過透水土層在其水頭梯度作用下向基坑運動，使其地下水表現為強承壓性。
②流砂、管涌特點突出。含水土層空間分布復雜，厚度大，標高24.50m以下為含水地層，從上至下在垂直方向含水土層的排列為：粉細砂、中粗砂、圓礫；并存有卵石、圓礫為粉細砂和中粗砂的夾層；水平方向上，粉細砂、中粗砂的層頂、層底起伏很大，厚薄不一，勘察至地面下37m，未見不透水層頂板，含水層厚度大于25米。勘察鉆孔階段就表現為地下水上涌，砂層鉆進過程垮塌嚴重。
③組成該深溝基坑側壁和基底的土層穩定性差。側壁土層主要有：素填土、粉質粘土、粉細砂、中粗砂；組成基底的土層主要是粉細砂和中粗砂。在富水條件下的砂土類基坑側壁和基底穩定性差，形成深溝狀基坑困難，因此，必須采用降水固砂技術完成深溝基坑的開挖，并且基坑支護需考慮大放坡形式。
④深溝基坑的邊界條件決定基坑滲水量巨大。已建工程東臨湘江，西北靠電廠人工湖，坑溝深坑開挖后，邊界水體臨空面形成后，其滲透量增大1-1.5倍，基坑涌水量巨大。
3.2 滲透變形的風險與控制
①流砂和管涌及透水風險。當基坑開挖至粉細砂層位時，在承壓水的作用下極易發生流砂并伴隨管涌、透水，從而帶來邊坡失穩和基底“冒頂”風險。由于基坑臨河，基坑內的地質災害易誘發更大的地質災情“管涌”的發生。
②風險控制原理。本基坑砂層層位土層在有無控制強承壓地下水措施，工程性質差別較大，如果地下水的水頭壓力擊穿基坑基底，砂體易在地下水動力作用下形成流砂，還會伴隨管涌及透水現象發生；如果地下水的水頭壓被控制在基坑基底之下，砂層土層則密實、穩定；并且從地下水的運移特征來看，砂土層位中只是地下水的垂直降落不會引起地面差異沉降，反而可加強該含水層位的土力學性能。采取有效的控制水頭壓的降水措施，并保障含水土層中的顆粒物不流失，是可以避免該基坑施工作業時所有滲透變形所帶來的風險的。
③風險控制措施。真空井點在地下環基坑底以下-2米的位置形成強“負壓群”對上行水頭壓進行控制，將其壓制在基坑底之下；真空井點抽出的地下水為清水，不會造成含水土層中固體顆粒物的流失，是一項可靠的降水固砂技術。其降水的影響范圍小，降水的效果好，可以作為河相透水土層避免滲透變形風險的技術措施。
3.3 降水止水方案的選擇及結果
①旋噴樁和沉井技術措施的問題。在實際的工程過程中，旋噴樁帷幕和沉井施工先后進場施工，前者因樁柱混凝土無法凝固，后者因地下水涌水量過大無法成井，兩者無法施工退場。
②“超前水泥漿”封底措施問題。在該深溝基坑中，其豐富的承壓性地下水將稀釋人工注入的砼漿液，達不到凝固固結坑底的目的，難以確保深溝基坑的形成。
③真空井點降水技術方法。它能夠降低地下水位，避免基坑底部涌水、涌砂、流砂等地質災害，又能夠降低和消除基坑側壁水頭壓力，增強基坑側壁穩定性，該方法是主動為基坑止水和降水的安全的技術方法。最終采用該技術方法安全順利完成該項目對降水固砂的要求。
3.4 真空井點降水技術在長沙地區深基坑使用效果
根據長沙地區同類近河基坑施工經驗，結合本基坑實際地質情況，基坑內的砂土類土層經真空井點主動抽吸其土層中的孔隙水后，該土層的凝聚力C值和內摩擦角α值能提高1倍，可增強基坑側壁的穩定性，避免流砂、管涌、透水等地質災害的發生。在長沙地區該技術應用于地下二層或三層地下室施工的降水止水過程中，基坑周邊房屋累積沉降值小于20mm，技術應用安全可靠。
4、真空井點降水設計
本方案擬設計真空井點的一級降水止水。井點埋設在基坑坡頂位置，其標高為
4.1 井點計算
①基坑最大涌水量計算
4.2 真空井點安裝和抽水設備
228個真空井點埋設在基坑坡頂線位置，井點孔深10.50m。真空井成孔直徑為130mm，因鉆孔土層為富水飽和砂層以及砂卵石層，孔內易垮孔，所以成孔過程套管深度須大于設計深度1~3m。采用10套真空井點降水系統。
4.3 工期
①安裝工期:228個真空井點制作和10臺套真空井點降水，獨立工期約12天。
②預降水工期：3天
③降水施工工期：使用10臺套真空井點降水止水設備，降水工期80天。
4.4 使用條件
①真空井點排水系統要求連續供電，每臺主機的電機功率為7.5kw。為確保連續供電的可靠性，需要配備雙路電源或備用發電機。
②本工程地下水排水量大，現場需要良好的排水設施。
5.施工中的作用
5.1降水止水雙重作用
228個真空井點對粉細砂土層和中粗砂土層橫向徑流起截流作用，即截流基坑外不斷涌入基坑內的地下水，起到止水的作用；真空井點系統的設計日排水量可達10000m3, 大于基坑地下水最大日涌水量, 可滿足本基坑的排水要求。
5.2保安全的作用
①通過真空井點設備的主動降水，土層中形成的非飽和土區域（圖6）提高了基坑側壁的凝聚力C值和內摩擦角α值，提高了其支護效能。基坑內的非飽和土區域可保障雨季施工安全，因其滲透系數趨小，從而使基坑邊界近“水體”施工的安全性增加，因此，真空井點降水止水技術已成為在近河、近海、近湖地方基坑施工選擇的技術手段。本工程使用真空井點降水止水技術，可完全保障河堤的安全。
②因基坑內的土體始終在含水量較低狀態下，改善了施工場地的環境，為文明施工創造了條件，為縮短工期提供了好的環境。
③真空井點抽水過程為緩慢地，降水速度可控的過程，其影響半徑小，可避免因地下水位陡降產生不均勻沉降造成的基坑周圍建筑物、道路和地下管線的危險性，可避免鄰近建筑物產生裂縫或下陷。
④真空井點因其主動抽吸孔隙水，可避免粉細砂層的流砂現象，抽出的地下水為清水，對地下排水管網無污染；抽出清水可避免因抽水過程固體物流失而造成的地表不均勻沉降的危險性。
5.3抗浮作用
在本工程的施工到達正負零之前，真空井點降水止水技術起“抗浮作用。”
6. 投入本項目的機械設備表
|
序號 |
機械設備名稱 |
品牌型號 |
功率 （KW） |
數量 （臺） |
備注 |
|
1 |
真空井點降水止水主機 |
SDSL-65 |
7.5 |
10 |
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2 |
地質鉆機 |
100型 |
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6 |
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3 |
電焊機 |
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2 |
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|
4 |
切割機 |
|
|
2 |
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|
5 |
潛水泵 |
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4.0 |
26 |
排滲水 |
|
6 |
潛水泵 |
|
7.5 |
2 |
排滲水 |
7.施工效果
7.1抑制承壓性水頭壓，固砂效果顯著。
土方開挖過程中，承壓性水頭壓完全被控制，土體成干爽狀態，體現顯著的固砂效果。
7.2消化深溝基坑邊界水體滲水作用明顯。
土方開挖出干爽土體后，在電廠人工湖的臨空面上，可見滲水由上而下滲出，滲水量隨著開挖深度加大也加大，該部分滲水則采用潛水泵外排，不曾產生流砂。如果因暫時電力不足，真空井點主機被部分停機，滲水量會成倍增加并伴流砂出現。
7.3保施工質量效果顯著
經過真空井點技術降水后的砂土地基，其基底承載力高，保障了底板砼澆灌施工質量。
熊濟清2013.12.
附件1 施工單位與項目負責人
華電長沙電廠循環水系統回收電站主體工程總承包單位：長沙市建設工程集團有限公司
主體工程項目施工負責人：劉勇 13808423800
主體工程項目施工技術負責人：易建立13787213141
主體工程項目施工成本管理負責人：劉老師13787174181
地下尾水管廊工程降水施工專項技術負責人：熊濟清15973199505
濟南魯鵬聯信水處理技術有限公司負責人：戴教授15084789526
附件2 施工圖紙（真空井點埋設剖面圖）
附加3 施工效果圖
