哈爾濱市三家子強排站施工降水設計及應用

苗青純,楊宏建

(1.哈爾濱市江堤處,哈爾濱 150018;2.黑龍江省水利工程建設監(jiān)理公司,哈爾濱 150080)

哈爾濱市三家子強排站工程在設計單位提供的設計文件中,沒有泵站施工排水設計,在預算中給定 19眼大口井,井群的方法降低地下水,原規(guī)劃的泵站位于三家子民堤 1+ 250樁號處,地面高程115.0m,距松干岸邊1.6 k m的高漫灘區(qū),而新建的強排站是處在松花江與呼蘭河交匯的老河道低漫灘區(qū),在 9+100樁號處,兩站之間距離相差7 k m,區(qū)域位置地質(zhì)條件差異很大。

根據(jù)地質(zhì)報告分析和工程區(qū)實地踏察,制定了比較嚴密的施工排水方案?；疽彩且勒樟撕邶埥∷娍睖y設計研究院給定的大口井、井群的方法來降低地下水。該種方法就是在含水層內(nèi)鉆孔徑較大的井,利用水泵抽出地下水,使以井為中心的局部地下水位降低形成降落漏斗,使得開挖基底高程高于地下水位,消除地下水對工程施工的影響,并維護到基坑范圍建筑物達到設計強度以后。

1 地質(zhì)概況

地質(zhì)概況見表 1。

表1 哈爾濱市三家強排站工程的地質(zhì)情況 m

2 施工排水方案

該處為松花江和呼蘭河交匯沖積形成的低漫灘區(qū),以松干為主。自然地面高程在113.00m。強排站進口段圍堰外有一處約1 k m2的自然水面。

2.1 方案選擇

根據(jù)地質(zhì)資料和現(xiàn)場環(huán)境,該強排站位置地勢低洼,地下水位高,土質(zhì)滲透性大,因而采用大口井,井群降水。

三家子強排站設計流量22.23m3/s,8臺1000D B-70 t潛水軸流泵,總裝機容量2 640 k W。工程包括引渠、前池、主廠房、涵洞、壓水池、出口閘室段、消力池、海漫等組成。由于施工面積大,部位多,光穿堤涵就長達110 m。對于降水設計,我們可以按不同部位進行計算和做出施工方案。本文主要就主廠房降水設計和施工方案進行詳細敘述。

2.2 主廠房降水設計

1)三家子主廠房基坑底寬21 m,長23m,經(jīng)地質(zhì)勘擦抽水層為粗砂層,取k=30 m3/d。

2)井點系統(tǒng)的布置

基坑上口尺寸40m×28 m,井點預布置成環(huán)狀,井位靠近基坑上口邊緣。

總管長L=136m

基坑中心要求降水深度S=4.8 m

取大口井管直徑400 m m,濾管長3m。

3 基坑漏水量計算

3.1 井點管內(nèi)水位降低深度

式中:I為水力坡度,環(huán)狀井點取 1/10。

由S′/(S′+l)=0.72,取a=1.85。

3.2 抽水影響深度

由于抽水影響深度小于透水層深度,所以取井點深度為20 m,取井點管長14 m,濾管長3m。

3.3 抽水影響半徑

3.4 確定基坑假想圓半徑

3.5 基坑涌水量

4 井點管數(shù)量及井距

4.1 單根井點管出水量

4.2 井點管數(shù)量

4.3 井距

4.4 選擇抽水設備

單井量q=761 m3/d=32 m3/h,揚程為25m;建設選擇水泵為6J D-36-4,流量為36 m3/h,揚程為38 m。

5 施工實際的應用

首先施工單位進行了降水試驗,當時由于春汛水位上漲至113.5 m,在閘室、消力池區(qū)設 5孔井,直徑400mm,井深依次為16 m、18 m、16m、14 m、14 m,井點間距10 m,見圖 1。

圖1 井點布置示意圖

然后在18m深井中投入75 m m口徑50m3/h水泵進行試排,抽水時間 12 h,觀測水位;其它井中水位下降極慢,排水井水位下降只有2 m。然后改用80 m3/h水泵排水,抽水時間12h,觀測水位;其它井中水位下降緩慢,排水井水位下降只有3.5 m,之后又改用了150 m3/h水泵試排,抽水時間24 h,形成漏斗半徑,見圖 2。

圖2 降水漏斗曲線

由圖 2可知降水漏斗已形成,排水井位置水位下降達5.2 m。經(jīng)分析若加大抽水量和形成環(huán)狀井群,同時抽水完全可以排干地下水。由于高程低,一級降水不一定能達到原設計降水效果,可加大井數(shù),減少井距(后均采用井距10m),結合二級降水,即第一次開挖至降水后地下水位線,再結合輕型井點進行二次降水,可以達到施工要求。

最后綜合計算和試驗成果確定:主廠房布 13眼,井深 16～18m,結合二級輕型井點降水,穿堤涵 1～9節(jié)布 9眼,井深14m,穿堤涵第十節(jié)、第十一節(jié)、消力池、海漫、出口兩側(cè)一字墻共布井15眼,井深14 m,進口段布井13眼,井深16 m,井徑均為400 m m,總井數(shù)為 50眼。

6 結 論

在工程實施施工中,進口段圍堰外有一處1 k m2的自然水面,由于距離基坑近,受其影響進口段、引渠段地下水位無法降至設計高程,后在引渠外側(cè)加密 4眼井,基本控制了外水的影響。出口一字墻和消力池防滑槽也未降至開挖水位。經(jīng)分析,主要原因是:出口段圍堰外排水汊河水量較大,加之施工降水的排水都集中在此汊河,因此影響到降水效果,后在海漫段外加密2眼井,在翼墻兩側(cè)多加密1眼顯示器,終于達到降水要求,總井數(shù)達到 58眼。

整個降水過程中,多處地段都出現(xiàn)不同程度的間隔含泥層,形成多漏斗現(xiàn)象,采用不同部位不同的處理方法,基本上達到了降水設計要求,使得工程得以順利進行。