高地下水位强透水软土层深泵井逆作法施工技术研究

    石川

    

    

    

    【摘?要】广州市152条黑臭河涌城中村污水治理工程是广东省“三年治水行动”中的极其重要的一项内容，其中城中村为重中之重，本项目所实施的为广州市白云区小坪村、棠涌村城中村污水综合治理项目，项目包含提升泵井一项，深度7.2m，混凝土厚度50cm，外半径4.5m，内半径4m。通过设计交底及图纸会审等工作，确定本工程采用逆作法进行施工，采用逆作法即从上至下进行井壁混凝土施工，采用抽排水的方式提供无水施工面，相比较开挖到底从下至上进行施工的工艺，逆作法可以降低深基坑施工过程坑壁坍塌的风险，同时可不必搭设高脚手架，方便施工，逆作法的施工前提是地下无涌水或涌水量小。但该区域城中村房屋较为陈旧，基础埋深较浅，持续抽排水会对房屋结构造成破坏，如何保证施工安全，不危及周围房屋安全，科学、合理、经济的进行施工，是一个实际的问题，本文在该种情况之下进行研究写作。

    【关键词】高地下水位;强透水;止水;逆作法

    Research on Construction Technology of Deep Pumping Well in High Groundwater Level and Permeable Soft Soil

    Shi Chuan

    （China Water Resources and Hydropower Ninth Engineering Bureau Co.， Ltd?Guiyang?Guizhou?550008）

    【Abstract】The 152 black odor rivers in the city of Guangzhou City is a very important part of the "Three Years Water Control Action" in Guangdong Province. Among them， Chengzhong Village is the most important. The project implemented by Guangzhou Baiyun District Xiaoping Village and Quyong Village Chengzhong Village Sewage Comprehensive Treatment Project， the project includes a pumping well， with a depth of 7.2m， a concrete thickness of 50cm， an outer radius of 4.5m and an inner radius of 4m. Through the design of the design and the review of the drawings， it is determined that the project is constructed by the reverse method. The reverse construction method is used to carry out the concrete construction of the shaft wall from top to bottom， and the waterless drainage surface is used to provide the waterless construction surface. The construction process of the supremacy can reduce the risk of collapse of the pit wall during the construction of the deep foundation pit. At the same time， it is not necessary to set up high scaffolding to facilitate the construction. The premise of the reverse construction method is that there is no water in the ground or a small amount of water inflow. However， the houses in the urban villages in the area are relatively old and the foundation is shallow. The continuous drainage will cause damage to the structure of the house. How to ensure the safety of construction and not endanger the safety of surrounding houses， scientific， reasonable and economical construction is a practical problem. This article conducts research writing under this circumstance.

    【Key words】High water table;Strong permeable;Water stop;Reverse method

    1. 引言

    隨着人民对美好生活的向往，改善民众生活环境已经成为当务之急，水环境治理便是改善环境的一项重要内容，水环境治理的基本理念为“截污纳流、正本清源”。在实施过程中由于受到地形、水位以及过往建设历史原因的影响，需建设提升泵，保证污水流动顺畅，同时提升泵多为地下结构，深度不等。广州市水系发达，地下水充沛且多为承压水，同时作为冲积平原，地下水涌水时多有涌沙现象。 广州市城中村历史悠久，村内房屋较为陈旧，基础埋深较浅，同时施工过程中保持无水施工面也是关键一项，持续抽排水会危及房屋安全，因此从解决施工难题的角度考虑，应换一种施工方式，改变抽排水的理念，使用更为科学的施工方法，为此，需要不断从理论到实践，结合施工经验、设计要求，以及工程所属区域的特点，不断研究，充分利用新材料，新工艺，总结出应对高地下水位强透水软土层的策略，降低施工安全隐患，提高施工效率。

    1）由于水泥-水玻璃双液注浆中的两种化学剂的反应几乎是立即发生的，因此可根据现场涌水量调整浆液的配比和浓度，改变浆液的凝固时间，达到止水的目的。

    其中，水泥-水玻璃注浆的化学原理为：水泥与水玻璃的主要化学反应为：

    Ca（OH）2+NaO﹒nSiO2+mH2O→Ca﹒nSiO2﹒mH2O+NaOH;

    水泥本身的凝结和硬化主要是水泥水化析出凝胶性的胶体物质所引起的，在硅酸三钙的水化过程中产生氢氧化钙：

    CaO﹒SiO2+ nH2O= 2CaO﹒SiO2﹒（n-1）H2O+ Ca（OH）2。

    2）在混合液中水泥与水玻璃的反应快，水泥本身的水解化学反应要慢得多。根据这一原理做了水泥水玻璃不同配比下的凝胶实验。实验结果见表3（不同配比水泥与水玻璃凝胶时间表见表3）。

    3）从表3可以看出，水泥-水玻璃在不同浓度（39～8.4 Beˊ）下的浆体初凝时间变化不是很大，从3s到91s变化;终凝时间从21s到19500s相差4个数量级，这个变化是非常大的。过长的终凝时间，注浆时跑浆漏浆是非常严重的，并且施工效果不好，这说明：

    A、过稀的水玻璃的浓度达不到加速水泥固结的目的;

    B、水玻璃浓度的变化对水泥的初凝速度影响不大;

    C、在一定水玻璃浓度范围内，水泥的凝胶时间变化不大;

    D、水泥凝胶时间的总趋势是随着水玻璃浓度变小而增大。

    4）工程中的注浆体主要部分是高地下水位、强透水、软土层地质，根据现场实际需求，根据以上分析及要求，综合考虑，取水灰比为1：1，水玻璃浓度为39 Beˊ，水泥浆与水玻璃体积比1：1，是最佳的。其原因如下：

    A、在水玻璃浓度为39Beˊ时是水泥终凝时间187s，并且不同的水泥与水玻璃体积比下，此浓度下的初凝与终凝的时间差都比较理想。

    B、该浓度下可以弥补施工中工人在现场稀释水泥浆的误差，水泥浆稍浓或稍稀都不会使水泥浆的凝胶差（初凝与终凝的时间差）变化很大。

    C、该浓度条件下水玻璃凝胶差正合适，初凝64s， 终凝187s， 这样水泥的扩散半径可以很好地控制在一定范围内，而不至过小或过大;并且可操作性好，在施工进程中，机器一旦出现故障，有足够的时间清洗输浆设备，而不至于损坏机器和高压输浆管。

    （2）注浆方式。

    根据注浆施工形式，双液注浆施工主要分为竖向注浆和水平注浆两类。竖向注浆施工时，在设计注浆孔位向下钻孔至设计高程后，通过中孔的注浆管注入水泥、水玻璃浆液，混合后注入土体。水平注浆类似于隧道的超前小导管加固作业，钻孔机械以0°～25°的外插角水平引孔施工，鉆至设计深度后插入注浆管，通过高压将双液注入土体，达到加固止水的目的，同时增强地基承载力。实践表明，地面竖向注浆土体加固效果较好（竖向注浆示意图见图4）。

    （3）一般经济性分析。

    由于双液注浆同样属于高压注浆，压力低则达不到劈裂的效果，因此注浆过程中有一定的扩散半径，根据施工经验扩散半径在1m至10之间不等。因此为保证止水效果，将会出现过度注浆的现象，会造成一定的成本超支。

    4.2.2.3?综合使用短钢板桩与注浆形成封闭空间。

    总结前两种方式的不足，对两种技术进行综合，利用施工双层钢板桩形成相对封闭结构，在双层钢板桩内部进行注浆，经验表明直线型钢板桩止水效果更好。这样既能保证止水效果，也能避免双液浆超注情况发生。具体见下图（灌浆与钢板桩止水示意图见图5）：

    4.3?保证逆作法施工安全提升施工效率。

    施工过程中将模板安装成喇叭口形状，并通过搭设操作平台，解决混凝土入仓以及工人振捣的问题。

    5. 经济效益及社会效益分析

    （1）通过主要对三种止水方式的经济及实施效果的分析，采用钢板桩+双液注浆的方式既能有效的达到预期止水效果，同样能减少成本投入，有效的保证了施工进行。

    （2）三种止水方式的分析见下表（经济效益及效果分析表见表4）：

    （3）实施一个项目必须找到最佳途径，既能达到实施目的，又能最大限度的节约资金。水泥-水玻璃双液浆+钢板桩止水与搭设操作平台浇筑是最能达到实施目的，同时能最大限度的节约施工成本的。随着全球气候变暖，每个人都应该最大限度的去做节能减排工作，工程实施也是一样，节约投入一方面是资金，另一方面也是为创建生态环境做贡献，水环境治理过程中，一方面要治水，另一方面减少因治水而产生的其他不利因素。综上所述，该技术在经济及社会上均有一定的效益。

    6. 结语

    绿水青山就是金山银山，水环境治理是环境治理工作中的重要一项，目前“三年治水行动”即将圆满结束，但相关环境改善工作将会长期持续，本技术是水环境治理中的一部分，合理的使用本技术也将有利于治理项目推进，同时也在一定程度上推进社会发展。