浅谈排涝泵站施工期基础管涌的处理技术

浅谈排涝泵站施工期基础管涌的处理技术

钟钦生

广东省水利水电第三工程局有限公司广东东莞523710

摘要：磐岭泵站基坑地质情况较差，该深基坑开挖施工形成水位差，基础采用CFG桩施工处理，而CFG桩贯穿部位含砾中粗砂层，存在基面以下土质层施工过程中被扰动、水位差产生水压关系等原因，在施工过程中主泵房的建基面出现一处较大的管涌，经过采用主泵房周边降压排水和管涌口套管引水、土工布和级配碎石反滤压载、强行进行混凝土封底、预埋灌浆管后期回填灌浆等措施，达到预期效果。

关键词：桩基；开挖；管涌；排渗减压井；导渗；灌浆

一、概述

磐岭泵站位于揭东县月城镇蓝头村，磐岭围榕江南河北岸竹桥河出口，是一座以排洪涝为主，兼有防（潮）洪、灌溉及通航等综合效益的工程。工程建设内容为重建磐岭泵站及水闸、配套建设引堤。泵站为II等大（2）型工程，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级；设计排水流量为91.04m3/s，装机容量为6250KW。

本项目泵站基础地质情况较为复杂，上部为素填土、淤泥质土、淤泥质细砂、淤泥和淤泥质粘土，中部为含砾中粗砂和粘土，下部为中砂和残积土，底部为花岗岩基岩。上部素填土土质不均匀，土性差异大，未经处理不易直接作为建筑物的天然地基持力层；中部含砾中粗砂层为中密~密实状态，承载力大，稳定性好，是建筑物的良好持力层，但埋深大；下部中砂层为中密~密实状态，承载力大，稳定性好，是建筑物的天然地基持力层，残积土承载力稍大，可以作为一般建筑物的天然地基持力层，但埋深大；底部各风化带基岩是建筑物各类基础的良好地基持力层。

二、管涌产生原因

泵站基础在开挖过程中，发生两次管涌现象，经过研究得出基坑造成管涌成因如下：

1、由于地基土层存在承压含水层，在基坑内外水位差的作用下，基坑土体中存在渗透水流。泵站底板基础位于淤泥质粘土上，粘土为极微透水层，透水抗冲刷能力差，容易造成渗透压力；

2、由于土体的不均匀性，土体中某一部位的土颗粒在渗透水流的作用下会发生运动，再加上水容易在土体中扩散，久而久之，使填充在土体骨架空隙中的细颗粒被渗水带走，从而形成管涌；

3、在地下承压水位较高的情况下进行基坑开挖而未进行井点降水，基坑在渗透水流作用下，土中细粒在所形成的孔隙通道移动、流失，土的孔隙不断扩大，渗流量也随之加大，最终导致土体内形成贯通的渗流通道，土体发生破坏。同时当基坑下有承压含水层时，如果开挖后基坑底所留隔水层支撑不住承压水压力的作用，隔水层将被顶裂，发生冒水冒砂，从而基坑局部产生了管涌现象；

4、基础CFG桩施工中长螺旋钻机作业和混凝土浇筑对土体产生振动及挤压，造成土体扰动，由于水位差的原因，所产生的压力将会作用于基坑土体，与外界其他压力共同作用下形成渗流通道，当主通道两侧的细颗粒进入涌水通道时，将逐步加大涌水主通道的宽度，当宽度达到一定大小时，形成管涌。

三、管涌处理方案

针对上述主泵房基坑发生的管涌成因的分析，提出了治标的方法是堵截和导渗。通过J7集水管井两侧DN300PVC管引排和J7集水管井、J1~J6减压井的深水泵同时抽排，将基坑内水位降至泵房底板▽-7.60以下，以期降低基坑水的渗透压力，防止再次发生管涌。最后，完成基坑开挖、土工布、碎石垫层、土工格栅等一系列铺设工序施工。

1、J1~J6减压井与明沟

钻井平台在▽-3.00，采用回旋钻机，按照编号顺序J1~J7逐一施钻，每个钻孔深度不小于▽-22.30，当检测出为粗砂后再继续下钻100cm停止，然后在孔内沉入外管壁包好土工布的Ф400梅花孔钢管至▽-23.00，井底回填卵砾石30cm及钢管外侧回填卵砾石至管井顶，完成一个安装一个，并安装深井潜水泵即时抽排水。

施工减压井的同时在围封桩内侧四周采用人工开挖明沟，堵截外部渗透来水进入基坑，引至上游前池左侧集水坑，将基面水降低。

2、J7集水管井与导渗

根据现场情况，主泵房基坑管涌所在位置J7的管涌口，由于管涌主通道在涌水流速的作用下，土体骨架空隙中的细颗粒被涌水带走，半径已达到60cm无需采用机械钻孔，且深度通过标杆测量已超过沉管深度，可直接沉入外管壁包好土工布的Ф400制作完成截水环后的梅花孔钢管；在钢管沉入管涌口前在外壁做好沉入标记，然后进行沉管，完成后在钢管外侧同时将上下游、左右两侧预埋DN100PVC管作为下一步的灌浆孔，埋设深度为▽-12.00，然后回填卵砾石，超出管底以下部分全部用卵砾石回填，并边填边测量，控制好不超过钢管底部，上部至管涌口标记位置，即▽-7.60；完成卵砾石回填后，在集水管井内安装深井潜水泵进行抽排水。

抽排水启动后还无法将水位下降，管涌口水通过集水管井外侧的卵砾石往上渗涌，但已堵截流砂带出，还有约10~20cm水浸泡基面，基面的处理无法进行，因此在集水管井外侧两边分别采用人工向上游前池开挖50×50cm沟槽，底部为▽-7.10；安装PVC管前底部及两侧铺设土工布，埋设DN300PVC管，PVC管两侧与管顶回填碎石反滤料，构成排水导渗体，将渗透水引至前池左侧集水坑；同时两条PVC管出水口分别安装闸阀，以备在前池砼底板浇筑时进行关闭和作为对下一步对管内的充填灌浆。

经J7集水井管抽排水及两条引水管，基面水位下降至▽-7.40，降水效果明显，达到下一步工序施工目的。

3、集水管井J7封堵与灌浆管预埋及安装

由于第二管涌口处于主泵房基础第二孔冷却水廊道右侧，因此在底板砼浇筑前按照灌浆孔图进行预埋DN100PVC管，底板砼浇筑后先对▽-6.00以下预埋的DN100PVC管灌浆孔采用XY-4型钻机Ф75mm的小孔，深度为5.1m，下置DN65注浆管；其余的在进行进水流道、冷却水廊道、电机层施工中接管预埋，边墩从▽-6.90~▽7.40、中墩从▽-6.90~水泵层地面以上20cm。冷却水廊道施工至▽-2.50开始对集水管井J7回填封堵，封堵采用C25砼。封堵方法：采用水下砼浇筑法，浇筑至▽-6.50，最后将冷却水廊道底板▽-6.10以上部份集水管井钢管割除及砼凿除，修复至冷却水廊道底板面。

四、结语

1、本工程为深基坑开挖，分为二级；上级为放坡，此层已出现局部流砂现象，由于地质条件限制，下级采用钢板桩围护。从上层开挖情况，基面极易出现管涌，所以在拟定施工方案时，需要充分考虑基坑降水和排水系统。本项目基础土层比较复杂，在地质报告中不一定能反映出整个区域的土体渗透系数，导致基坑涌水计算与实际情况有很大差距，所以造成本次在施工中出现降水效果不明显和出现管涌。

2、根据“管涌”成因分析研究确定了处理方法。在主泵房基础“管涌”处理过程中分为基础外围钢板桩围护及井点降水、基础内管井抽排及引水二个阶段以降低基坑地下水位，最后以灌浆加固基础为主体的处理思路清晰，方法稳妥，施工快捷，确保了主泵房基础无积水的水下项目施工。

3、需要完善基坑渗流控制的观测和主泵房浇筑过程的长期的沉降及位移观测，建立健全观测制度和规程，加强资料分析整理，及时进行信息反馈，发现结构物异常及早提出处理措施，防止建筑结构倾斜变形。

4、今后在工程项目施工前应对工程所在地类似工程的施工方法和施工经验做好调查研究是很有必要的。通过类似工程经验，对本项目能采取有针对性的有效应急预防措施，做到有备无患，才能确保深基础施工顺利的进行。

参考文献：

[1]李晓强、李荣、薛有良，无锡市防洪利民桥水利枢纽施工期基坑管涌处理，水利水电技术，第42卷，2011年第6期

[2]罗熙康，新西河水库土坝下游管涌成因及处理，长江水利委员会江垭工程监理总站副总监

[3]朱万连，对深基础施工中出现流砂和管涌现象的防治，山西建筑，第34卷，2008年第3期