超大型冷却塔地基处理降水工程(西北电建四公司).

超大型冷却塔地基处理降水工程施工技术纪选强摘要：对于需要降水的工程，降水效果的好坏，是整个工程的关键，在工程开工前，应针对不同的地质条件，做好充分的准备预案，确保降水效果达到预期目标。

关键词：降水工程施工1 工程概况1.1 工程特点邹县发电厂四期工程设计为2×1000MW机组，是目前我国单机容量最大机组。

该工程冷却塔共二座，均为钢筋混凝土结构的超高超大型冷却塔，塔高165.00m，淋水面积12000m2。

冷却塔地基处理方式为大开挖后换填碎石垫层。

冷却塔基础底口开挖半径76.792m，上口开挖半径84.196m。

基础开挖深度：塔芯塔芯部分最大深度4.85m，环基部分12.25m。

该地区地下水位埋藏较浅（地下水埋深约为2.5m），现场实际观测，用挖掘机开挖至地表下2m左右即可见地下水渗出。

开挖前必须进行降水施工。

由于基坑开挖深度深，且完成后需进行碎石回填，因此降水是否成功是该工程施工的关键。

2 施工技术方案。

2.1 降水方案2.1.1 降水方案的选择该工程基坑面积大，开挖深度深，（环基最深处据自然地面深度达12.5m），因此，必须选择合适的降水施工方案，确保工程降水达到预期目标。

对于降水方案的选择，我们遵循以下几个方面的原则进行选择：1）确保降水效果满足施工要求；2）降水方案切实可行，材料采购方便，分包施工队伍易寻找。

3）降水施工、运行费用最优。

4）满足基础开挖、碎石回填的工期要求。

目前，一般常用的基坑降水施工方法有直接排水法和间接排水法二类。

直接排水法系在基坑内挖明沟排水，集水井用水泵直接排水；间接排水法是沿基坑外围以适当的距离设置一定数量的各种井点进行间接排水，即俗称的井点降水。

明沟排水方法简单，费用低廉，但仅适用于基坑土质为粘性土，边坡稳定性较好，基坑来水量较小的情况，本工程由于基坑内来水量较大，明沟排水显然不能满足要求。

因此，该工程降水要以井点降水为主，根据基坑不同部位的不同情况可以辅以明沟降水。

井点降水方法的种类有：单层轻型井点、多层轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点、无砂混凝土管井井点以及小沉井井点等。

可根据土的种类、透水层位置、厚度、土层的渗透系数；水的补给源、井点布置形式、要求降水深度以及邻近建筑管线情况、工程特点、场地及设备条件、施工技术水平等情况，作出技术经济和节能比较后确定，选用一种或二种，或井点与明排综合使用。

各种井点适用的土层渗透系数和降水深度情况如下：本工程基础开挖深度环基最深处12.5m，水位降至基坑下1.0m，降水深度13.5m 。

从表中可以看出满足该工程降深的井点降水方法只有深井井点降水和喷射井点降水二种；但喷射井点降水要求土层的渗透系数为：0.1~2m/d。

该工程的土层渗透系数为26m/d。

故满足该工程的井点降水方法只有深井井点法一种。

深井井点降水是在深基坑的四周埋置深于基底的井管，使地下水通过设置在井管内的潜水电泵将地下水抽出，使地下水位低于坑底。

本法具有排水量大，降水深（>15m），不受吸程限制，排水效果好，井距大，对平面布置的干扰小；可用于各种情况，不受土层限制；成孔（打井）用人工或机械均可，较易于解决；井点制作，降水设备及操作工艺、维护均较简单，施工速度快；单位降水费用较轻型井点低等优点。

但一次性投资大，成孔质量要求严格。

深井井点降水适用于渗透系数较大（10~250m/d），土质为砂类土，地下水丰富，降水深，面积大，时间长的情况，降水深度达50m以内；对在有流沙和重复挖填区使用，效果尤佳。

通过对现场实际情况进行了解，该地区由于普遍低下埋藏深度较浅，工程施工通常要进行降水，因此该地区有大量的施工深井井点的机械可以利用，且成井费用低廉，可满足现场的施工费用和工期要求。

深井井点降水方法可行。

2.1.2 降水方案的确定根据地勘资料显示，环基基坑内基底土质为①—4—1粗砂层。

该层分部厚度2~4m。

该层透水性良好，土层渗透系数大。

而基底以下土层为①—3—2粉质粘土层，该层土质密实，土壤渗透系数远远小于砂层。

由于该层的存在，可能导致上层的来水很难穿透该层渗入地下，故若单纯采用井点降水，由于粘性土层的存在，可能出现降水井内的降深满足要求，但是基坑内仍有大量水渗入的现象，从而无法达到预期的降水目标，进而影响工程的正常施工和工期。

因此，该工程最终确定的降水方案为：以井点降水为主，基坑开挖时留出环基外侧开挖排水明沟的位置，根据现场实际情况需要，开挖排水沟，沟内回填碎石作为滤料，每隔10m左右设置集水井，井内下潜水泵抽水为辅的降水方案。

2.1.3 降水计算2.1.3.1 井点布置冷却塔基础开挖半径84m，井点沿基坑开挖线1m布置。

故井点位置距降水最不利点的位置为85m，即冷却塔中心点位置为降水的最不利点。

按照正常施工方法，可在塔芯位置增加降水井点，以期达到最优的降水效果。

但若在塔芯位置增加井点，则塔芯须增加排水管道，埋设电缆等。

势必带来基础开挖特别是碎石回填施工的难度，尤其是车辆通行等特别困难；在塔芯增加降水井点，在实际操作中难度大，不可行。

而由于冷却塔基坑为中间高，环基低的特殊形式，（环基部位开挖最大深度12.5m；塔芯位置开挖深度4.4m，而环基最大开挖宽度仅20m 左右），故我们认为，只在基坑四周布设井点即可满足降水要求，无须在塔芯位置增加井点。

同样可以满足降水施工的要求。

由于基坑面积大，开挖深度深，根据来水量情况，拟采用环形布置井点。

2.1.3.2 井点计算（一）井点深度的计算井点深度按下式进行计算：H≥H1+h+iL +l式中：H——井点深度H1——井管埋设面至基坑底面的距离（m）h ——基坑中央最深挖掘面至降水曲线最高点的安全距离（m ）， 一般为0.5~1.0m 。

L ——井点中心至基坑中心短边距离（m ）。

i ——降水曲线坡度。

与土层渗透系数，地下水流量等因素有关，根据扬水试验和工程实测经验确定。

对环状或双排井点可取1/10~1/15；对单排线井点可取1/4，环状降水外取1/8~1/10。

l ——滤管长度。

计算得H≥12.5+1+85/15+5=24.1，取25m 。

此法为按照轻型井点计算的井深，深井井点的深度通常按照比基坑降水深度深6~8m 的原则确定，按此原则， 井深为13.5+8=21.5 。

故取25m 是合理的。

（一） 按照无压非完整井计算涌水量1）基坑假想半径：x 0：由于冷却塔为圆型基坑，故x 0即为井点据水塔中心点的距离。

x 0=85m 。

2）渗透系数K 值：地质资料提供的该地区渗透系数为26m/d 。

3）抽水影响半径R ：R=K H S 95.1式中：H ：含水层厚度（m ），对于无压非完整井H 换成有效带深度H 0。

H 0值可根据下表进行计算计算得H 0=1.85（S ′+l ）=41.625m 。

R=K H S 95.1=6241.6251195.1⨯⨯=705.65m 。

4）基坑涌水量：Q=()0lg lg 2366.1X R SS H K --=()85lg 65.705lg 1111625.41226366.1-⨯-⨯⨯=30714m 3/d=0.3555 m 3/s （二）深井进水过滤器需要总长度计算深井过滤器进水部分那每米井的单位进水量qq=152K r π=15000309.012.02⨯⨯π=0.00145m 3/s 深井过滤器进水部分需要的总长度为：qQ =0.3555/0.00145=245m 。

（三）群井抽水单个深井过滤器长度计算假定井数进行计算确定深井井点数。

深井井点降水，井距一般按以下原则进行确定：基坑开挖深度8m 以内，井距为10~15m ，8m 以上井距为15~20m 。

基坑半径85m ，计算周长534m 。

井距经与监理协商，按照最安全数量进行计算，取10m ，可按53口井假定井数。

群井抽水单个管井过滤器浸水部分长度按下式进行计算：h 0=nrx nK QH 02ln ∙-π =10.90m 。

该数值符合nh c ≥Q/q 的条件。

故取井数为53口，布置间距10m 。

2.2 降水施工2.2.1 井点系统设备⑴井管由滤水管、吸水管、和沉砂管三部分组成。

可用钢管、塑料管或混凝土管制成，管径一般为300~357mm ，内径宜大于潜水泵外径50mm 。

⑵滤水管在降水过程中，含水层的水通过该管滤网将土、砂颗粒过滤在外边，使地下清水流入管内。

滤水管一般采用钢管制成，钢管上分三段轴条（或开孔），在轴条（或开孔）后的管壁上焊6mm 垫筋，要求顺直，与管壁电焊固定，在垫筋外螺旋形缠绕12号铁丝，间距1mm ，与垫筋用锡焊焊牢，或外包10孔/cm 2和10孔/cm 2镀锌铁丝网各二层或尼龙网。

上下管之间用堆焊连接。

但在该地区，由于简易深井使用广泛，此类深井普遍使用外径400mm ，壁厚50mm ，长度1.2m 的无砂混凝土管作为滤管，此类无砂混凝土管生产厂家众多，且造价低廉，可大幅度降低工程成本。

经过调查论证后，该工程决定采用当地无砂混凝土管作为滤管。

使用前在井管外侧包棕树皮二层作滤网。

⑶吸水管吸水管起接滤水管，起挡土、贮水作用。

一般采用与滤水管管径相同的砼管，但在当地，无砂混凝土管生产广泛，且造价低于同类砼管，而且全井深度都采用无砂混凝土管还可以增加滤水高度，提高降水效果；并且在施工中简化了施工流程，方便施工。

经过比较，该工程我们全部采用无砂混凝土管作为吸水管。

⑷沉砂管在降水过程中，起极少量通过砂砾的沉淀作用。

当地有专用的砼沉砂管可以选用。

⑸水泵采用QY25型潜水泵，每井一台。

水泵出水管采用50mm塑料罗纹管。

⑹排水总管排水总管沿基坑，距井点外侧2m左右布设，排水钢管布设于地面以上。

根据排水出口位置，找到合适的分界点，分别向二侧排水。

经过计算，排水总管采用273*6的螺纹钢管。

钢管之间采用焊接连接，在合适位置开直径100mm左右的孔，潜水泵的出水管通过该孔与排水总管自由连接。

排水钢管设3‰坡度。

此方法操作简单，水泵损坏更换容易。

降水完成后，钢管容易拆除，方便回收利用。

排水钢管连接如下图所示。

2.2.2 井点成井与使用。

2.2.2.1 施工工艺井点测量定位→挖井口、安护筒→钻机就位→钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填井管与孔壁间的砂砾过滤层→洗井→井管内下设水泵、安装抽水控制电路→试抽水→降水井正常工作→封井。

2.2.2.2 成井成孔根据土质条件和孔深要求，采用回转钻钻孔，用反循环泥浆护壁，孔口设置护筒，以防孔口塌方，并在一侧设排泥沟、泥浆坑。

孔径较井管直径每边大150mm，即700mm。

钻孔深度为设计深度。

成孔后应立即安装井管，以防塌孔。

深井井管沉放前应清孔，一般用高压空气洗井或用吊筒反复上下取出泥渣洗井，或用压缩空气（压力为0.8mpa、排气量为9m3/min）与潜水泵联合洗井。