南水北調(diào)中線一期工程某降水試驗(yàn)方案研究

□付 軍 □鞠向楠(南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局河南直管項(xiàng)目建設(shè)管理局)

1.工程概況

南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南-黃河南（委托建管）鄭州一段內(nèi)的賈魯河河道倒虹吸與總干渠軸線交叉點(diǎn)樁號(hào)SH201+441.12，交角55°。建筑物有進(jìn)口斜坡段、管身段和出口斜坡段組成，水平管身段長(zhǎng)145 m，基底高程102.25 m。地下水位高程為109.05～109.27 m，地下水位高于基地6.8～7.02 m，且第一層的礫砂透鏡體具強(qiáng)透水性，地下水與河水聯(lián)系密切。賈魯河為常性河流，存在基坑涌水問題。

2.降水試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

為了保證降水施工順利和經(jīng)濟(jì)有效，在進(jìn)行降水施工前進(jìn)行降水試驗(yàn)，以確定含水層參數(shù)。了解水文地質(zhì)的主要方法是采取主孔抽水及觀測(cè)孔的群孔抽水試驗(yàn)。包括非穩(wěn)定流和穩(wěn)定流的抽水試驗(yàn)，要求觀測(cè)抽水期間水位及流量變化情況，其目的是∶一、獲取本地段綜合地層的滲透系數(shù)和影響半徑。二、通過測(cè)定單孔涌水量及水位下降的相互關(guān)系，分析確定含水層的富水程度，評(píng)價(jià)單孔水的出水能力。三、降水設(shè)計(jì)提供所需的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，依據(jù)降深和流量選擇適宜的抽水設(shè)置型號(hào)。四、查明某些手段難以查明的水文地質(zhì)條件，確定各含水層間及地表水之間的水力聯(lián)系，邊界的性質(zhì)及位置，地下水的補(bǔ)給通道等。

3.試驗(yàn)方案的布置和確定

根據(jù)工程要求及現(xiàn)場(chǎng)條件，選擇具有代表性的賈魯河河道倒虹吸管身段進(jìn)行降水試驗(yàn)。降水井布置在賈魯河河道倒虹吸兩岸開挖的平臺(tái)上，兩岸間距為50 m，建基面需降水縱向長(zhǎng)度為224.2 m，按50 m×224.2 m的矩型基坑進(jìn)行降排水分析。開挖到地下水位分界線時(shí)開始打井進(jìn)行降水試驗(yàn)。布置的數(shù)量∶4眼降水管井和3眼觀測(cè)管井。

圖1 管井降水試驗(yàn)平面布置圖（單位m）

管井降水試驗(yàn)平面布置圖見圖1，管井結(jié)構(gòu)圖見圖2。賈魯河倒虹吸降水區(qū)的地下水位高程在109.05～109.27 m，基坑設(shè)計(jì)時(shí)建基面開挖底高程為102.25 m。基礎(chǔ)處理為CFG樁，樁設(shè)計(jì)長(zhǎng)為15 m，故需將地下水位降到作業(yè)面下1 m,自基坑中心算起，地下水位需降至86.25 m，按1:10水力坡降計(jì)算。井中最低水位應(yīng)保持在85.75m高程以下，井內(nèi)按3 m水深和1 m四淤，故井底高程為79.75 m，因此降水采用35 m深井管降水，降水直接排入賈魯河改道部分。

3.1 試驗(yàn)要求

降水試驗(yàn)項(xiàng)目有多孔降水試驗(yàn)和群孔干擾降水試驗(yàn)∶

3.1.1 多孔降水試驗(yàn)

采用4個(gè)降水井降水。在其中間觀測(cè)井觀測(cè)地下水位，通過多孔降水試驗(yàn)可以求得較為確切的水文地質(zhì)參數(shù)和含水層的滲透性能及邊界條件等。

3.1.2 群控干擾降水試驗(yàn)

在影響半徑的范圍內(nèi)，兩個(gè)或兩個(gè)以上井中同時(shí)進(jìn)行降水試驗(yàn)，通過干擾降水試驗(yàn)確定水位下降與總涌水量的關(guān)系，從而預(yù)測(cè)涌水量，同時(shí)為確定合理的布井方案提供依據(jù)。

3.2 降水試驗(yàn)的步驟

多孔降水、群控干擾降水試驗(yàn)均采用非穩(wěn)定流降水試驗(yàn)方法，降水井和觀測(cè)井同步觀測(cè)，故首先應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作∶一、編制降水試驗(yàn)任務(wù)書。二、測(cè)量降水孔及觀測(cè)孔的深度并詳細(xì)記錄。三、做一次最大降深的實(shí)驗(yàn)性抽水，作為選擇和分配抽水試驗(yàn)水位降深值的依據(jù)。四、在正式抽水前對(duì)所有降水井和觀測(cè)井進(jìn)行原始水位觀測(cè)，每 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，25，30，40，50，60，80，100，120 min 后，每30 min 觀測(cè)一次，使 2 h 內(nèi)變幅≤2 cm，且無連續(xù)上升或下降的趨勢(shì)，即可視為穩(wěn)定。五為防止抽出水的回滲，在預(yù)計(jì)降水影響范圍內(nèi)的排水溝必須采取防滲措施。

圖2 管井結(jié)構(gòu)圖

4.降水施工工藝及技術(shù)質(zhì)量要求

降水工藝∶測(cè)放井位—鉆機(jī)就位—鉆孔—清孔換漿—井管安裝—填礫—洗井—置泵試抽水—正常抽水

施工程序及技術(shù)質(zhì)量要求∶一、井位測(cè)放∶按照設(shè)計(jì)的井位平面圖，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制坐標(biāo)測(cè)放井位。二、鉆機(jī)就位∶平穩(wěn)牢固、勾頭、磨盤、孔位三對(duì)中。三、鉆孔∶鉆井過程中，垂直度控制在1%以內(nèi)，鉆井至設(shè)計(jì)深度后方可終孔。四、清孔∶終孔后應(yīng)及時(shí)清孔，確保井管到預(yù)定位置。五、下井管∶采用水泥混凝土管，管底用井托密封，位置居中，并使管頂露出地面50 cm。六、填礫料∶用鐵鍬均勻拋撒在井管周圍，密實(shí)。七、洗井∶采用大泵量的潛水泵進(jìn)行洗井。洗井要求破壞孔壁泥皮，洗通四周的滲透層。八、置泵抽水∶洗井抽出的水渾濁含砂，應(yīng)沉淀排放，當(dāng)井出清水后，進(jìn)行抽水，以待試驗(yàn)。

5.結(jié)語

降水試驗(yàn)方案制定要科學(xué)、技術(shù)性合理，施工過程中要做到精確放樣，進(jìn)場(chǎng)材料符合設(shè)計(jì)要求，保證連續(xù)供電，現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)觀測(cè)，對(duì)地下水位、水流動(dòng)態(tài)、地面沉降等進(jìn)行詳實(shí)記錄，并及時(shí)匯總分析。經(jīng)過本工程應(yīng)用，降水效果顯著，在賈魯河及賈峪河兩倒虹吸的施工中，降水作用顯著，經(jīng)濟(jì)合理，使工程順利快速進(jìn)展，并得到上級(jí)主管部門的好評(píng)。