水利工程基坑排水施工设计与施工技术分析

基坑降水工程设计，根据土层的渗透系数，要求降水的深度和工程特点，经过技术、经济和节能比较后确定，但由于土层地质条件的复杂性，有关计算参数取值是否正确将影响井点系统涌水量计算结果的准确性，从而使目前基坑降水工程设计在技术、经济上不够合理的情况相当普遍。降水实践中要采用信息化施工，定时检测降深、出水量，采用抽水试验验证降水效果，以便进一步优化降水设计的施工方案。
一、基坑降水方案设计
降深要求
由于基坑开挖需挖穿填土层进入强透水性的砂层，基坑的涌水量较大，为保证基坑开挖的安全，坑壁结构的稳定，避免涌水和流砂的发生，降水设计时，将基坑降水和基坑支护的施工降水作统一考虑，务必保证地下水位降到基础桩承台底0.5m以下，且基坑中心线处的降深要求应低于开挖基底不少于0.5m。
二、降水方案
目前，深基坑降水比较常用的有明沟降排水和管井井点降水。其中基坑明沟降排水比较适用于降水深度不大的工程。针对樟树市的地质的特点及降深要求，设计上采用管井井点降水进行基坑降水，并同时设计明沟排水，明沟排水只是收集基坑中和坑壁局部渗出的地下水和施工时的其它地下水。 深基坑降排水方案的选择 ,防止开挖过程中出现基坑突涌及对周围建筑物造成不良影响，基坑开挖前应对基坑周边做好止水和降水技术措施。止水降水措施一般有井点降水、帷幕止水防砂、坑内降水等。井点降水是普通采用的经济而有效的降水方法。但针对本场地的工程地质特点，在基坑开挖施工前，应先进行坑内降水，因此从施工安全技术、确保工期和工程质量等方面综合比较分析，宜采用悬挂式深搅桩止水帷幕（帷幕悬在透水层中）与坑内井点降水联合方案。 由于基坑降水后，不可避免地造成基坑周围地下水位的下降，从而使基坑周边地面原有建筑物和地下构筑物因不均匀沉降而受到不同程度的损伤。为了减少以上影响或损伤，应在基坑与要保护的建（构）筑物之间采取回灌措施，根据本基坑的地层特点，回灌措施采用坑外回灌井，此外为了解地下水位变化，及时调整回灌水量，还应在基坑周围设置水位观测井。


三、排水施工
（一）明沟排水施工
基坑排水包括围堰形成后积聚的余水，施工期的雨水和周边及基面渗水或泉水，应根据地形，基坑来水情况，基坑范围的大小，开挖的深度，以及不同的土质、工期长短采取排水措施。当围堰完成后，要尽快排除基坑积水，首先要充分利用下游水位较低的地形条件自流排水，余水经排水沟导引到低洼处或人工开挖的排水井集中，用水泵排出，排干积水的工作要提早进行，使基坑有一个固结干燥的时间，便于弄清情况，安排施工准备工作。排水沟有以下几种布置形式：
1.在基坑四周自高向低开挖排水沟，把渗水引向集水井用水泵排出。
2．如基坑开挖的范围和深度较大、地下水水位较高、土质差、渗水量大，就要沿等高线分层设排水沟和排水井，分别用水泵排出。
3．基坑范围较小、渗水量不大，可以顺纵向轴线自上而下开排水沟，在下游设集水井，也可以同时开几条横沟，把渗水引向纵沟，集中到排水井用水泵排出。


（二）粉土和粉砂基础降低地下水施工
位于地下水位较高处的粉土和粉砂基础，在基础开挖过程中，由于渗水作用容易发生流砂、管涌，给施工带来很大困难。造成管涌的外因是地下水位高，渗水的出溢坡降超过粉砂粉土的允许范围，使土粒随渗水移动，其内因是粉砂粉土颗粒细而均匀，允许的渗水出溢坡降较小，因此在粉砂粉土地基上施工，为了保证施工顺利进行，降低地下水位是一项关键措施。如采用放缓边坡、铺垫砂砾反滤层或柴梢等防止流砂和管涌的办法，工程量相应增加，既不经济，又对施工造成干扰，效果不理想。近年在滨海地区修建涵闸时，一方面从施工工艺或基础结构上采取措施，如沉箱或沉井加水力冲填等施工新工艺，尽量减少和避免因排水造成的困难；另一方面就是在降低地下水上下功夫，如在基坑周围设井管排水系统或射流装置排水，都能取得很好效果。


井管施工
一般多用水冲沉井或钻井工具如大锅锻造孔，当井管外径40～50cm时，大锅锥造孔直径为70～80cm，为了阻止造孔时井壁坍塌，可用比重为1.1～1.2的泥浆固壁，从开始到井孔完成都要使孔内泥浆面高出地下水水面，并低于管口0.5m左右，当钻孔深度达到要求时，应立即下放井管，首先下放普通混凝土底管，再依次沉放无砂混凝土管，浇筑质量高、透水性好的井管放在下部，一般的放在上部，安放井管时，先在底部的吊环中穿入细钢丝绳，钢丝绳上做成活扣，在管内用插钎固定，插钎上系有拔钎的副绳从管内引出地面，然后用绞车或人力控制，逐节下管，每节管子在上口露出地面一定高度时暂时固定，在洗净晾干的管口上，涂温度在170℃左右的沥青、水泥及干砂按4：3：3配合比加热配制成的胶结剂，再安放上一节井管，接缝口涂上热胶结剂后，马上用一条宽20cm的玻璃丝布或麻袋片或粗布在上下管接缝间缠好，四周用3～4根长30～40cm、宽3～4cm的竹片或木板贴在管子外壁，用14号铅丝绑扎几道，以保持管子垂直，防止脱节，井管全部完成后，先在底管内填厚0.5m的黄砂，再填厚0.5m的细砾石、碎石，然后将钻孔和井管间空隙用平均粒径为含水土层平均粒径8～12倍的细砾石、粗砂回填，使之在抽水过程中起到拦砂滤水的作用，回填滤料的厚度不小于10cm。如滤料颗粒较粗，可以在透水管外包塑料窗纱布或玻璃丝布，用14号铅丝儿箍紧，也有较好的滤水作用，井管四周填实固定后，用副绳拔掉插钎、拉出钢坤绳。


开挖排水沟、集水井或井管施工需注意的问题
1．排水干沟（又称龙沟）的布置应尽量不干扰施工，需有一定纵坡便于渗水集中，龙沟的断面应根据渗水量和纵坡确定，因此在基坑放样时要考虑因排水需要，把基坑开挖范围适当扩大。
2．集水井的大小一般相当于所用水泵10-15min的出水量，能加大的要尽量放大，集水井深度需保证水泵工作深度，同时保持排水水面低于基坑工作面30-50cm。合理选择井径和管径，保证井径和管径间有一定的环状间隙，来充填有效阻砂透水的滤料（环状间隙应考虑不同地层情况）保证水清砂净，在满足需水量的前提下，不要盲目加大管径，否则，既增加了施工难度，又增加了成本。
3．管井建成后，必须根据抽水实验的结果，选择抽水设备，不可盲目安装大泵，否则使井的出水量超过正常的出水量，因流速过大而引起大量来砂。管井正常抽水时，其水位降深不能超过第一个取水含水层的过滤器，避免过滤管的缠丝因氧化、损坏而造成涌砂。
4．井管施工一定要在滤水管部位一定要安装扶正器，扶正器一般每5～6m安装一组，每组由4～6片构成，防止滤水管在孔内不居中，偏向一面，从而使该面没有砾料或很少，失去过滤作用，造成涌砂。
5．经水泵排出基坑的渗水，需引出基坑外的一定距离，防止和减少排出的水重复回到基坑。为了经常保持排水沟畅通，需有专人负责，做好清理和维修工作，洗井方法应根据含水层地层情况、钻进时间、泥浆使用等情况确定，对成孔时间长、泥浆消耗大的井，采用活塞、空压机、提桶、水泵联合洗井，活塞洗井破坏泥皮拉实滤料，空压机振荡洗通水道，排出管内沉淀。
6．如基坑工作面较大，排水任务重，排水要求高，就必须配备一定数量的备用水泵和动力设备，便于发生故障和降雨后能立即投入使用。有条件的工地可采用电力启动的水泵或潜水泵，但供电要有保证，同时注意用电安全，还要注意出现暴雨或发生特殊情况时，机具设备能及时撤离，以免基坑受淹，造成损失。