郭 濤
(山西省汾河灌溉管理局 祁縣 030900)
禹門口提水東擴工程是山西大水網(wǎng)建設工程項目之一,工程位于山西省中南部,是向臨汾、運城兩市的新絳、稷山、襄汾、候馬、曲沃、翼城六縣(市)的工、農(nóng)業(yè)以及農(nóng)村生活供水的保障性給水工程。年供水1.61億m3,包括農(nóng)業(yè)和汾河生態(tài)用水8 095萬m3,工業(yè)供水8 030萬m3.
工程襄汾段汾河北4.7 km為內(nèi)徑2 m的PCCP管,管道埋深4.2~5.8 m,每節(jié)長度6 m,采用兩道橡膠圈止水,在適當位置,設有排氣閥、流量計等附屬建筑物。
據(jù)原設計柱狀圖資料顯示,0~1m為低液限黏土,1~2.5 m為粉砂土夾細砂,2.5~6.3 m為粉細砂,一般稱為流沙。其特點是,隨水而動,容易形成塌方。
在樁號G17+080處進行開挖,地面高程為398.12 m,設計槽底高程為393.645 m,設計挖深4.475 m,地下水位距地面1.27 m(高程396.85 m)基坑水深達3.205 m.
1)本區(qū)段水源補給充足,主要有:①距此500 m的汾河內(nèi)常年流水;②附近農(nóng)田一年澆地3~4次;③本區(qū)域降雨量大,多年平均降雨量504.8 mm.
2)從地形上看,此區(qū)域東、北、西三面高,只有靠汾河的南面低,而且地下含水層厚,所以此區(qū)域為一個天然的地下水庫,庫內(nèi)水位的高低,水庫蓄水量的大小,由汾河來水進行自動調(diào)節(jié)。
由于PCCP管道工程基礎(chǔ)座落在Qpa1的粉砂土上。且距汾河主河道500 m左右,汾河中常年流水,致使地下水位高,因此做好基礎(chǔ)的關(guān)鍵是降低地下水位,排除土體內(nèi)多余的水分。然后分段施工,并保證緊湊連續(xù),在PCCP管達到要求后進行分層覆蓋,工序流程如下:
施工準備——打井排水——開挖地基——碎石墊層——安裝PCCP管——打壓試驗——回填——清理場地。
經(jīng)常性的排水方式有明溝排水和人工降低地下水位兩種方式。人工降低地下水位的方式很多,按其排水原理分為管井排水法、真空井點排水法、噴射井點排水法、電滲井點排水法等。東擴工程地下水位高,距地面1~3.2 m,含水層為粉細砂滲透性較好,地下水的補給有距工程500 m的汾河常流水和工程附近農(nóng)田每年3~4次的澆灌,地下水補給十分豐富。綜上所述本工程適用于管井排水法。就是在工程開挖線附近打井,用水泵抽水,在井周圍形成地下水漏斗,降低地下水位,保證工程質(zhì)量。
基坑滲透量是確定井距和水泵選用的關(guān)鍵所在,因基坑在透水的地層上,且地層都是粉細砂,所以可以按照1 m水頭下1 m2基坑面積細砂的滲透流量0.16 m3/h來確定。每米基坑滲透面積為12.66 m2,滲透流量為0.16 m3/h,則每米基坑每小時的滲透量為2.33 m3.
式中:n為井點數(shù)目;Q為滲透量;qmax為單井集水能力;
式中:rc為濾水管半徑;l為濾水管長度;vf為允許流速;
式中:K為土的滲透系數(shù),細砂土取K=2 m/d.
經(jīng)計算得井點數(shù)目為每百米7.7眼井。
參照驗算公式 d≈(15-20)2πrc
計算得最小間距為16.9 m
考慮到工程開挖方便,井點布置在基坑一側(cè),隨管線一字形排開。為加快工程進度,快速降低地下水位取d=15 m.
單井集水能力qmax為28.92 m3/h,選取揚程為20~25 m,出水量在25~30 m3/h的潛水泵。因不同地段單井集水有差異,所以在實際工作中選用揚程為20~30 m,出水量在15~30 m3/h的潛水泵。
由于工程線路長,比較分散,所以電源的配備要根據(jù)工地現(xiàn)場的情況確定,接線方便的地方以接線為主,沒有固定電源的地方要配備發(fā)電機。
基礎(chǔ)降水是工程開挖的關(guān)鍵,降低地下水位就是要保證在基礎(chǔ)開挖和PCCP管道施工過程中保證基坑干燥,以利施工。本工程排水主要分為初期排水和經(jīng)常性排水,初期排水安排在工程開挖前5~7 d,以降低地下水位為目的,通過連續(xù)不斷地抽水使水位降到開挖面以下0.5 m;經(jīng)常性排水,就是要通過觀測地下水,根據(jù)數(shù)值,經(jīng)常性排水保證干燥施工,并且要在回填以后才可以停止抽水。
流砂基礎(chǔ)必須是干土體開挖,第一選用50馬力的裝卸機將表層土0.5 m放在外邊線,保護好以利下步回復原位,以利耕種;第二再挖1 m左右,將土方放到遠處;第三用1.6 t挖機,將土方一次挖到設計深度。注意:①放土要與修路和回填相結(jié)合;②因為下面的土體,含水量大,結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,要注意放土的位置;③因地下水位高,在施工中盡量避免機械作業(yè)對基礎(chǔ)的撓動,避免出現(xiàn)彈簧土和涌水,凡出現(xiàn)此類現(xiàn)象的土體都必須及時處理掉,并換填石渣;④必須做到保持土體的原狀。挖深達到設計標高后,經(jīng)檢查無異常情況時就馬上組織進行碎石墊層回填。
墊層設計選用級配良好的砂礫料或碎石作為管道基礎(chǔ)墊層,注意粒徑不大于25 mm和不小于2 mm的不得超過總量的45%.根據(jù)有關(guān)資料得知,在這種地層中選用0.3 m厚的墊層在碾壓過程中會出現(xiàn)彈簧土,主要原因:①是土體剛脫水,土體中含水量大,容易塌方;②是墊層太薄,起不到支撐的作用。為保證工程質(zhì)量需要做到:將墊層加到0.5~0.8 m厚;填料中摻10%左右粒徑小于5 mm的石砂。運輸?shù)沽喜捎眠M占法,碾壓時先靜壓兩遍后再振動碾壓四遍。以此分兩層壓實。
在處理基礎(chǔ)地下水位時,主要是如何確定降低地下水位的方法,本工程采用了管井法降水。這種辦法是否成功,關(guān)鍵取決于施工時間、井的深度、數(shù)量和位置的布置、泵的抽水量等要素。這些要素成為保證基礎(chǔ)安全施工的必要前堤。
排除地下水成功后,要及時合理選擇基礎(chǔ)的開挖方法,如施工機械類型、數(shù)量、作業(yè)程序等。開挖過程中還要密切對基礎(chǔ)土體進行觀察,發(fā)現(xiàn)問題要及時處理。關(guān)鍵注意不能重壓,反復夯。
施工過程中對基礎(chǔ)層狀土體取樣分析,合理確定換填介質(zhì)、種類、鋪填厚度、鋪料方法、碾壓方法等,并作壓實試驗。關(guān)鍵是由于基礎(chǔ)土體剛離水體,含水率大,原設計0.3 m厚的墊層,根本經(jīng)不起碾壓,不能達到壓實的質(zhì)量要求,所以必須增加其厚度到0.8 m,并將兩邊三角地帶用碎石回填。只有這樣才能保證質(zhì)量。
井內(nèi)抽水要控制,就是要掌握平衡狀態(tài),在基礎(chǔ)處理和上部建筑物施工中,要科學正確地掌握排水量,使之既能保證地下水相對平衡狀態(tài),又不會給施工造成不便。
在整個工程回填覆蓋前,應保持地下水位低于建筑基礎(chǔ)面0.5 m以下,這是嚴格的要求,直到回填后方可停止抽排地下水。