降排水施工措施方案

南水北调中线一期工程天津干线工程廊坊市段工程

TJ4-3标降排水施工专项方案

合同编号：ZXJ/SG/TJD-006

批准: 校核: 编写:

中水五局南水北调天津干线TJ4-3项目部

二○一○年四月

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1、编制依据

1.1、《南水北调中线一期工程天津工程西黑山进口闸至有压箱涵段、保定市2段、廊坊市段工程第三施工标段招标文件》，合同编号：ZXJ/SG/TJD-006。

第一卷 《商务文件》 第二卷 《技术条款》 第三卷 《招标图纸》 1.2、工程现场勘察调研资料。

1.3、《廊坊市段工程TJ4-3标施工技术要求（水工部分）》 1.4、《地基处理手册》、《建筑施工计算手册》 2、工程概况

南水北调中线一期工程天津干线廊坊市段TJ4-3标段（XW99+897～XW111+600），标段长度11.703km，标段主要建筑物为3孔4.4m×4.4m有压输水钢筋混凝土箱涵，标段内还有各种建筑物17座，其中：通气孔5座、分水口1座、小型倒虹吸5座、小型公路涵4座、保水堰1座、王泊排干倒虹吸1座。

主要建筑物特性：

1）有压输水钢筋混凝土箱涵，共长10.723km，为3孔4.4×4.4m钢筋混凝土箱涵，基底高程为EL-2.725m~EL-4.264m，地面高程在EL.5.00m左右；

2）通气孔5座，为3孔井式结构，顶面高程EL.12.04m~EL.10.85m； 3）河渠交叉建筑物共6座，其中大型倒虹吸1座，为王泊排干倒虹吸，布置和结构型式与箱涵相同，基底较普通箱涵下降深度为1.0m~2.0m；

4）渠头村北7#保水堰1座，基底高程为EL.-5.20m；

5）公路交叉建筑物为小型公路涵，共4座，布置和结构型式与箱涵相同； 6）分水口1座，为永清县西辛庄西分水口。 3、工程地质 3.1工程地质条件 （1）地质地貌

TJ4-3标位于广阔的河北冲积平原当中。地面高程5.6～4.9m，平均坡降0.1‰，局部受河流影响稍有变化。其间分布有行洪排涝河渠、灌渠共有6条。本标段位于龙江渠南80～85m，基本沿龙江渠展布。该标段处龙江渠堤顶高程7.2～6.9m，渠底高程2.5～1.7m，龙江渠上口宽约50m，渠底宽约10m，渠道岸坡1：3。 （2）地层岩性

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本标段分布的地层均为第四系松散堆积物，由老至新简述如下： 1）全新统下段（Q14）

冲积（alQ14）堆积：勘探深度范围内以浅黄、桔黄色壤土、粘土为主，局部夹砂壤土、砂土透镜体。顶板埋深一般12.0~14.0m。

2）全新统中段（Q24）

①冲积（alQ24）堆积：以灰黄色~黄灰色壤土、砂壤土为主，粘土次之，含锈斑，局部含钙质结核，该层厚度一般3.0~7.0m，顶板埋深一般5~8.0m。仅在桩号XW107+150~XW107+900下部出现砂层，砂层厚度一般1.0m~5.0m。下伏Q14冲积层。

②湖沼（1+hQ24）堆积：由灰黑色、灰绿色、灰黄色等粘土、淤泥质粘土组成，壤土次之，含锈斑及有机质，可见小的平卷螺和尖脐螺。一般层厚3.0~4.0m。顶板埋深一般2.0~3.5m。该层分布连续。

3）全新统上段（Q34）

①冲积（alQ34）堆积：岩性以黄褐色、、灰黄色粘土为主，淤泥质粘土次之，局部分布砂壤土及壤土透镜体。该层厚度一般2.2~3.5m。最大厚度5.2m。

该层中的淤泥质粘土一般厚度为1.0~1.5m，最大层厚4.0m，分布于粘土层的底部，分布桩号为：XW102+050~XW103+025、XW103+225~XW105+040、XW105+330~XW105+750、XW111+135~XW111+600。

②人工堆积（rQ）：岩性以壤土、砂壤土为主，夹少量粘土。主要分布于人工渠道两侧堤岸及路基。 3.2工程地质资料

根据招标文件工程地质条件，本标段工程区地下水为第四系孔隙潜水，主要赋存于第四系全新统粘性土地层中。土层为粘土、壤土、砂壤土为主，局部有砂层，大多为弱～中等透水土体。

招标文件工程地质资料分别给出了本标段1995年4月及2003年8月的地下水位，其中1995年4月地下水位平均高程EL4.10m，2003年8月地下水平均高程EL-1.33m。招标文件技术条款1.1.3项所述，“根据调查资料，工程区地下水位的年内变化受年降雨量、蒸发量、地表水径流量的共同影响，水位变幅平均值为1.32m。由于近10年来降水量偏少、地表径流量减少，加之农业用途的地下水的开采量逐年增加，使得地下水总体呈逐年下降的趋势。”

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本标段各土层，大多为弱~中等透水土体，透水能力较差。详见表3-1。

表3-1 各土层渗透系数及渗透性分级表

渗透系数（K） 时代成因 土层名称 cm/s 淤泥质粘土 alQ4 3渗透性等级 m/d 0.033 0.047 0.32 0.51 0．03 0.04 0.05 0.66 1.41 0.025 0.024 0.029 弱透水 弱透水 中等透水 中等透水 弱透水 弱透水 弱透水 中等透水 中等透水 弱透水 弱透水 弱透水 3.84*10-5 5.49*10-5 3.73*10-4 5.87*10-4 3.5*10-5 4.52*10-5 5.29*10-5 7.67*10-5 1.62*10-5 2.92*10-5 2.83*10-5 3.38*10-5 粘土 壤土 砂壤土 粘土 壤土 alQ24 砂壤土 粉砂 细砂 淤泥质粘土 1+hQ24 粘土 壤土 注：表格内渗透系数值（k）是室内与室外（试坑渗水实验、钻孔注水实验）渗透系数的平均值。

4、投标阶段降排水方案

我部在投标时查询了廊坊市2003年以来年降水量和平均地下水位变化情况，除2008年外，年降水量均少于常年值，经查廊坊水文公报，2000年5月底平均地下水位在地面以下5.50m，2009年5月底平均地下水位在地面以下9.79m。1995年至2003年，8年间本标段地下水位平均下降5.43m，到本标段主施工期2010年、2011年又经过7、8年，在投标阶段估计即使地下水位下降速率减少一半，也会下降到EL-4.00m。这个估算值和廊坊市2009年5月底平均地下水位在地面以下9.79m是一致的。

本标段箱涵建基面高程为EL-2.69m～-4.28m，其纵坡为1/16000，有倒虹吸等建筑物时箱涵建基面高程降低约为2.0m。

因此，在投标阶段本标段上游部分地下水位在普通箱涵建基面面以下，不需要降排水措施就可以干场施工；下游部分地下水位高出普通箱涵建基面以上1.0m左右，可以采用在基坑两边侧开挖排水沟和集水井组成的地表排水系统进行降排水；在倒虹吸等特殊建筑物部分采用管井井点降排水。

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5、降水方案调整

我部中标进场后，于2009年10月对沿线的地下水进行了挖坑实测，除XW99+897～XW100+475段地下水位低于或接近箱涵建基面外，自XW100+475下游地下水位逐渐上升至EL2.90m左右，比2003年8月地下水位还高约4.0m，针对普通箱涵投标阶段采用的在基坑两边侧开挖排水沟和集水井组成的排水系统降排水方法已无法满足工程实际施工需要。根据其它工程施工经验及相关资料，本标的排水方案调整为管井井点降排水。 6、降排水设计 6.1、管井布置

根据本标段基坑开挖标准断面形式，经过初步计算，本标段拟采用管井井点排水法进行降排水，计划在两侧马道上各设一排管井，造井深度为18.0m，造井间距为10-15m。基坑地下水经管井抽排至施工便道北侧的排水沟内，而后从北侧的排水沟集中抽排至龙江渠中。 6.2、管井复核计算

根据合同文件可知，本工程地下水为第四系孔隙潜水，含水层厚度较大，主要受降雨补给。在进行涌水量计算时，参照均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算公式进行计算。管径井点布置及降排水影响示意图如图1所示。

输水箱涵中心线龙江渠堤排水沟5.43.056506500Si=1/105008800S180002070017500抽水影响半径R=1765010003.6H有效带深度 图1 管井井点布置及降排水影响示意图

涌水量计算公式如下：

Q：涌水量 m3/d r：为井半径 取0.15m k：无压透水层的渗透系数 m/d

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R：抽水影响半径 m S：水位降低值 m X0：基坑假想半径 m A：管井包围基坑面积 m2 H0：含水层厚度 m ⑴、地下水位降落计算深度S的确定：

S=6.0+0.5=6.5m

⑵ 、井深确定

井的埋设深度一般按经验公式H=h1+△h+iL+I+△H+H2选定。式中 h1为井口到基坑底的距离 h1=6.0m

△h为基槽中心处地下水位到基坑底的安全距离一般选△h=0.5m。 i为基坑内地下水位线降落坡度 一般选i=1/10 L为基坑中心到井中心的距离 L＝17.5m I为井身计算透水长度 一般选I＝2.0m △H为安全保证值 △H=3m. H2预淤积深度 H2=4.5m

H=h1+0.5+iL+I+△H+ H2＝6.0+0.5+0.1*17.5+2+3+4.5=18.0m ⑶ 、有效带深度H0的确定：

H0=1.8（S'+l）=19.4m

⑷ 、抽水影响半径的确定：

据合同文件提供施工区含水层主要为壤土层，局部为砂壤土层及粘土，选择最大渗透系数进行计算：渗透系数为0.10m/d。

抽水半径计算公式： R=1.95sH0*k 其中：

κ为渗透系数，取0.10m/d； S为基坑水位降深，取6.5m； H0为含水层厚度，取19.4m； 经计算，抽水影响半径为17.65m。

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⑸、基坑假想半径X0的确定：

渠道两侧，两排井轴线距离35m，很长渠道同时排水，取35m长一段计算涌水量，因两端头无地下水，所以计算出的涌水量的一半为35m长渠道的涌水量。

x0?A3.14

=19.75m ⑹、涌水量计算：

=103.4m3/d

Q2?51.7m3/d

⑺、单井涌水量计算：

经类似工程施工经验及现场实测，单口管井初期排水量为20m3/d，后期排水量10m3/d。

⑻、管井数量计算： n=1.1×Q/q≈4个

在35m长渠道上需布置4孔管井，即孔距15.0m左右，在有砂层、砂壤土层出露的渠段，为保证边坡稳定，防止流砂、管涌和坍塌的现象发生，加密管井，孔距缩小到10m左右。考虑到管井影响半径及相互交叉影响的实际情况，上述验算基坑设置的管井可以满足降水要求。为此，综合本标段所有箱涵，管井间距设置10~15m，内径300mm，深18m。

经复核，上述管井设计可以满足合同文件显示地层条件的施工降水要求。 7、降排水施工 7.1、管井施工

在表层土开挖到马道平台后，用回转钻机造孔，原土造浆固壁，达到深度后清孔换浆，内径φ300无砂混凝土井管安装，在井管下半部外壁包一层200g/m2的土工布，井管安装后在井管外壁和孔壁之间回填滤料，填料至距地面2m，上面2m采用粘土回填密实，然后洗井，安装潜水泵。

降排水是本工程的重要工序，必须进行严格管理与控制。为保证降水效果，降水井施工前项目部已对本标段施工降水进行了现场试验，检测，根据降水试验效果调整

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了抽水泵的功率，初步安排管井里布设1.1KW潜水泵。管井构造详见图2。

原地面粘土封口过滤料A300滤管基坑底面高程沉淀区

图2 井管构造示意图

7.2、管井降水施工工艺

1）施工工艺

放线定位——钻机就位——钻孔——清孔换浆——井管安装——填滤料——洗井——安放潜水泵——抽水。

2）施工方法 （1）施工准备

施工现场做好“三通一平”，满足设备进、出场，备齐滤料、管材、抽水设备及排水系统。

（2）钻机就位

钻机就位要平整，导向架立起时稍有偏离，并保证钻头下落时落在井中心，同时井机支腿要落在实处，并保证其牢固。

（3）成孔

依据所定井位就位成孔，采用原土造浆，经常向井内补充清水，始终保证井内充满泥浆，防止井壁塌方。

（4）清孔

钻孔完毕，应立即向井内放置潜水泵清孔，潜水泵放置在井的底部，抽出井内泥

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浆，以防止井内淤泥积沉井底。清孔过程中，随着井内水位下降，不断向井内注入等量清水，确保井内满水，直至抽出比重为1.05的泥浆为止，停止抽水，测量井深，井深不足，必须复钻，重新清孔，直至达到设计井深为止。

（5）安装井管

成孔后马上下管，防止井孔塌孔。下管前，选择坚固无裂缝的无砂管下在最低处。利用导向架将井管一根根放进孔内，直至设计深度，要求井管露出地表20cm左右。

（6）填滤料

井管下入后立即填入滤料。井管与井壁之间填充的滤料必须一次完成，滤料沿井孔四周均匀填入并捣实，掌握回填速度，避免中部架空。洗井后如滤料下沉量过大，应做好补填工作。滤料采用0.2~0.5cm的干净石硝，填料至距地面2m范围，上面2m采用粘土回填密实。

（7）洗井

洗井工作必须在下管填料后及时进行，井内的沉渣厚度不得超过20cm。 （8）安放潜水泵

用两根8#铁丝固定潜水泵电机位置，将水泵缓缓放入距井底0.5m高的地方，井口横一钢管，通过8#铁丝将潜水泵固定于钢管上。 7.3、管井降水方法

管井造井完成后开始下泵，根据现场实测确定管井内安装潜水泵功率为1.1KW、3.0m3/h、扬程45.0m。马道以下土方开挖前15天左右开始抽水，连续保持井内低水位，降水降至建基面以下0.5m，从而保证干场施工作业。

降排水过程中潜水泵出水管采用φ50胶管，放在边坡上，将地下水排放到基坑外侧的排水沟内，然后采用接力的方式将排水沟内的地下水抽排至龙江渠内。

抽排水期间，要昼夜专人值班，见水就抽，始终保持井内处于低水位状态。这样，水才能源源不断的向井管内渗流。降水过程中，要定时测量观察井水位降深。

抽水10天后通过观察井测量降水漏斗的水位是否符合施工降水的要求，再决定是否进行土方开挖，在土方开挖过程中继续降水，使水位始终在建基面以下不少于50 cm。

针对特殊建筑物地段，降排水管井深度将根据实际施工情况加深，加密。降排水方式同普通段基槽降水。

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7.4、其他降排水辅助方法

根据现场实际情况，在开挖建基面两侧设0.5m×0.5m的排水沟，每隔30m设一集水坑，集水坑尺寸为1.0m×1.0m×1.0m，使坡面渗水和基底水流汇集于集水坑内，集水坑内放置2.2KW水泵抽水，从而将地下水抽排至基槽外侧的排水沟内，基槽外侧的排水沟布置于开挖基槽的北侧，紧靠龙江渠，初步设计排水沟底宽1m、顶宽2m、深1m，排水沟内铺设塑料布，每100m设置一集水坑，集水坑内放置一台5.5kw的潜水泵将水集中排放至龙江渠中。

管井停止抽水后，在成型箱涵两边侧地下水抽排改成明沟排水，明沟排水采用功率为2.2KW的潜水泵抽排，根据实际施工情况进行安排明排潜水泵个数。明沟排水同样将明排水排至基槽外侧的排水沟内，从而排至龙江渠中。

成型箱涵外观验收后，土方回填开始前将箱涵两侧的明水抽完，并撤出明排水泵。 7.5、管井施工技术要求

（1）钻井达到设计深度后，立即冲洗泥浆，减少沉淀，并立即下管，注入清水，稀释泥浆比重接近1.05后，投入滤料，严禁井管强行插入坍塌孔底，滤料填至地下水位以上。

（2）由于降水管井分布集中，连续钻进，应及时进行清洗，不应搁置时间过长或完成钻探后集中洗井。

（3）在基坑中心、最远边侧、井间分水岭和基坑底任意部位，实际降水深度应等于或深于设计预测的降水深度，并应稳定24小时。

（4）降水期间应对抽水设备和运行情况进行维护检查，每天检查不应少于3次，并应观测水泵的工作压力、电动机、水泵温度、出水等情况，发现问题及时处理，使抽水设备始终处于正常运行状态。

（5）注意保护井口，防止杂物掉进井内，经常检查排水设施，防止渗漏。 （6）发现基坑出水、涌砂，应立即查明原因，组织处理。 （7）应准备备用电源，当发生停电时，保证正常降水。 8、降水事故处理措施

（1）降水井涌砂处理措施：一旦发生涌砂现象，立即更换滤料和纱网，一是防止流砂的进入；对于已成井点，只需将泥浆洗出后，暂停洗井，以免涌砂造成井口周围地面塌陷，甚至影响周边地层的稳定，当其他井点地下水位大幅度下降后，再重新进行洗井，此时由于水位降低，水压力减小，进入井中的流砂会大幅减少，洗井后用

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