儀征市三元溝泵站工程管井的探討

曹松寶，裴習(xí)軍，趙國彬

(儀征市水利工程總隊，江蘇儀征 211400)

儀征市三元溝泵站工程管井的探討

曹松寶，裴習(xí)軍，趙國彬

(儀征市水利工程總隊，江蘇儀征 211400)

儀征平原地區(qū)為軟土地基，地下水豐富，在儀征平原地區(qū)，進(jìn)行水利工程和其他建筑工程施工，排水、降水是施工的關(guān)鍵。儀征水利工作者在平原地區(qū)水利工程施工中，積累了豐富的降水施工知識。本文通過三元溝泵站這一工程實例，總結(jié)了軟土地基采用管井降低地下水的施工經(jīng)驗，就管井降水與輕型井點降水的應(yīng)用條件、降水管井的計算與施工進(jìn)行了探討，以作為類似工程施工的借鑒。

工程;施工;降水

1 工程簡介

1.1 工程概況

三元溝泵站位于儀征城區(qū)東部，建于三元溝與儀揚河交匯處，泵站可抽排、自排兼引水，系儀征市東部新城區(qū)排澇、換水的骨干工程，工程主要由站身及節(jié)制閘、進(jìn)水池、上下游護(hù)坦等組成。泵站站身采用堤身式布置，總共七孔：其中六孔為泵室，每孔凈寬3.1m，各安裝一臺900LZB－85型立式軸流泵，配160kW電機(jī)，六臺機(jī)組設(shè)計流量13.0m3/s;另設(shè)節(jié)制閘一孔，凈寬4.0m，設(shè)計流量10m3/s。泵站與節(jié)制閘設(shè)在一塊底板上，泵站底板 19.2m×29.5m，面層▽ 0.65，底層▽ －0.45。

1.2 工程地質(zhì)

該工程地處長江北岸的儀征平原圩區(qū)，地形平坦，地面高程在▽4.5m左右，勘區(qū)在鉆深范圍內(nèi)為近代長江沉積層，地層松軟，從工程地質(zhì)角度，地基土可分為四層：

第1層素填土：灰褐色、棕黃色，松散，主要成分為細(xì)砂、壤土，分布在地面以下30～100cm.

第2層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土、淤泥質(zhì)中粉質(zhì)壤土：灰褐色、棕黃色，軟塑狀～流塑狀，第一層以下，層底至▽0m左右，標(biāo)貫N在3擊左右。平均水平滲透系數(shù)為1.19 ×10－4cm/s。

第3層粉砂、細(xì)砂：灰色、稍密～中密，飽和，層頂在▽0m左右，層底北高(在▽ －4.4m)南低(在▽－12.5m左右)，N=14.7擊。平均水平滲透系數(shù)為1.85 ×10－3cm/s。

第4層重粉質(zhì)壤土、輕粉質(zhì)壤土：深灰色，可塑狀，在第三層以下，本次鉆探至▽－20.0m，未見底。平均滲透系數(shù)為7.58 ×10－4cm/s。

2 降水設(shè)計

2.1 降水要求

2.1.1 降水深度

本工程埋設(shè)較深的底板有泵站底板與上下游翼墻底板，其中：泵站底板面層▽0.65，底層▽－0.45，上游一級翼墻底板面層▽2.0，齒坎底▽0.9，下游一級翼墻底板面層▽0.65，齒坎底▽－0.45，考慮到底板的施工，要求地下水降低至底板底面以下1.0m，上述施工區(qū)域的地下水要求降低至▽－1.45以下。

2.1.2 降水范圍

本工程埋設(shè)較深的泵站底板與上下游翼墻底板南北外圍總長44.5m，東西總長47.7m。

2.2 降水井設(shè)計

2.2.1 降水管井的布置

考慮本工程底板以下有一層：第三層粉砂、細(xì)砂層透水層，厚度在12m左右，同時本工程地基排降水范圍較大的，降水要求較深，決定采用管井降水措施。

管井降水設(shè)計：布置8眼降水井，基坑南北側(cè)布置3眼井，降水井距離東西向為20m，基坑?xùn)|西側(cè)布置3眼井，南北向為25m，兩個方向的角點井共用，降水井包裹的范圍為40m×50m(詳見圖1)，管井深24m，井管▽4.5～▽－19.5m，用無砂混凝土濾水管，管外包80目尼龍絲布二層井管外均勻充填濾料砂。

在泵站施工工場部位土方開挖至▽4.5m，與原地面持平時，進(jìn)行管井施工。管井降水開始降水，且地下水位降低后，繼續(xù)進(jìn)行基坑土方開挖，進(jìn)行泵站及上下游一級翼墻底板施工。

圖1 三元溝泵站降水井布置(單位：m)

2.2.2 降水管井的計算

以群井進(jìn)行降水計算，計算簡圖如圖2所示：

圖2 降水管井計算簡圖(單位：m)

確定降水管井的埋設(shè)深度：降水管井的埋深務(wù)必要保證使地下水位下降到基坑(槽)底面以下0.5～1.0m，可由下式確定(見圖2)：

式中 h——管井底部的埋設(shè)深度(即管井總長)，m;

h1——基坑降水底面離地面的距離，m;

三元溝泵站地面▽4.5，基坑底面▽－0.45，h1=4.5－(－0.45)=4.95;

△h——降低后地下水位距基坑底面的安全距離，m，一般為0.5～1.0m(本處取1.0m);

L1——井點管中心到基坑(槽)中心線的水平距離，m;

i——水力坡度，一般取1/10;

L——濾管長度(暫取 8.0m)，m;

h'——井底不透水管長度，可一般布置2m不透水管。

上面水力坡度建議1/10，根據(jù)施工經(jīng)驗，偏小，為保障降水效果，h取24m。井底高程為4.5m －24m=－19.5m。

排水基坑L/B=50/40=1.25＜5

環(huán)型井點可以按假想的圓形布置，假想圓半徑：

管井排水主要排▽0以下的水，滲透系數(shù)可以采用第③層水平滲透系數(shù)1.85×10－3cm/s。

式中 s——環(huán)型井點系統(tǒng)中心的降水深度，即原地下水位到井內(nèi)水位的距離，原地下水位穩(wěn)定標(biāo)高▽2.48～▽3.25m，取平均高▽2.8m，管井中井水位為：

H——排水層厚度，排水范圍內(nèi)，排水層厚度H=12.0m;

k——土的滲透系數(shù)，k=1.85 ×10－3cm/s=1.85×10－5m/s=1.60m/d

基坑總涌水量Q(k=1.60m/d)：

單井平均出水量q：

根據(jù)以上計算，本工程安排井距為20m、25m，即在基坑上、下游各布置3眼井，井距20m，在基坑兩側(cè)各布置3眼井，井距25m，總計安排8眼井，井底鉆至▽－19.5m。

經(jīng)過施工實踐，以上計算基本貼近工程實際情況，排水效果比較理想。以上計算中，井深安排較深，如果降水效果不甚理想，可適當(dāng)加大抽水量，降低管井中水位，以增加降水效果。

3 降水管井的施工

三元溝實際使用降水井結(jié)構(gòu)：井管內(nèi)徑32cm，外徑38cm，一節(jié)一米，用無砂混凝土濾水管，井管兩端各15cm采用C15混凝土實頭。管井深24m(▽4.5～▽－19.5m)，管外包80目尼龍絲布二層，井管外徑均勻充填濾料砂。管井最下面一節(jié)井管采用鋼筋混凝土井管，并且管底用鋼筋混凝土封底。

三元溝泵站工程降水井的施工工序如下：

a.機(jī)具進(jìn)場：進(jìn)場一臺C－60鉆機(jī)。

b.材料進(jìn)場：井管按計劃數(shù)量備料(每眼井24節(jié)，23節(jié)透水管，井底一節(jié)不透水管)，濾料砂、黏土適量同時進(jìn)場。

c.測量定位：按設(shè)計所布井位進(jìn)行測量，定出各井位，各井位中心打定位樁，埋設(shè)護(hù)筒，護(hù)筒用6mm鋼板卷制而成，內(nèi)直徑60cm，護(hù)筒長0.6m，護(hù)筒埋深0.5m，出漿口高出地面10cm。護(hù)筒放入坑內(nèi)，校正護(hù)筒中心位置和護(hù)筒垂直度。本工程管井中心位置要求不甚嚴(yán)格，誤差可在0.2m左右，護(hù)筒垂直度誤差不大于1%。護(hù)筒外側(cè)周圍填入黏土分層夯實。

d.鉆機(jī)就位：管井周圍場地整平，鉆機(jī)部位用枕木鋪置鉆機(jī)工作平臺，鉆機(jī)安裝在枕木上并整平、定位。保持鉆桿垂直、對中，檢查鉆機(jī)安裝是否穩(wěn)固，檢查鉆具、電力系統(tǒng)，開挖泥漿池。

e.鉆孔：鉆機(jī)就位準(zhǔn)確后，開機(jī)鉆孔，鑒于本工程地質(zhì)情況，鉆進(jìn)過程中適當(dāng)添加少量黏土，泥漿采用較低的濃度。

f.清孔：鉆孔達(dá)到設(shè)計深度成孔以后，即可進(jìn)行清孔，將鉆頭提高，離孔底10～20cm空轉(zhuǎn)，保持泥漿正常循環(huán)，以中速加入清水，把鉆孔內(nèi)懸浮鉆渣、相對密度較大的泥漿換出，以達(dá)到清孔目的，注意防止坍孔。

g.清孔后及時安裝井管，井管外預(yù)先裹80目濾布二層，管上端多留40cm濾布，以作管間連接，濾布用聚乙烯帶螺旋狀環(huán)繞固定，先下底部一節(jié)不透水井管(底部用混凝土封底)，底部一根井管用φ8mm鋼絲繩兜底，井管外再用12號鐵絲上下兩道綁扎固定三根通長毛竹片，毛竹片寬4cm左右，三根毛竹片呈120°均勻分布，用三根毛竹通長方向夾緊井管，并上下連接井管。漸松鋼絲繩，逐節(jié)將井管往下放，每放一節(jié)，將下節(jié)井管上端的預(yù)留外裹濾布覆蓋至上節(jié)井管，并用聚乙烯帶綁扎，再將井管用三根毛竹片用綁扎鐵絲固定，重復(fù)進(jìn)行下管，將24m井管全部下井。抽出鋼絲繩，撤木枋。

h.填濾料砂：及時填充井管與鉆孔孔壁間的中粗砂作為濾料，為防濾料砂落入井管內(nèi)，可在管頂復(fù)蓋木板，沿井管周邊均勻灌填濾料砂，直至井口。濾料填筑高程：一般高出含水層0.5～1.0m，儀征地區(qū)地下水填深較淺，濾料常填至離地面1.0m左右，或至地面。

i.洗井：采用水泵抽水進(jìn)行。

j.試抽：管井作現(xiàn)場抽水試驗，以確定管井內(nèi)水位、水位下降速度、抽水量，以配置適合的潛水泵。

4 問題討論

4.1 管井降水與輕型井點降水適用的條件

管井降水與輕型井點降水是工程中常用的降水方法。降水范圍大、降水較深時，常選用管井降水。另外管井降水與輕型井點降水，其選用主要由土壤滲透系數(shù)確定(見表1)。

表1 管井降水與輕型井點降水的選用范圍

由上表可以看出，在土壤滲透系數(shù)較小、降水范圍較小、降水深度也較小的情況下，適用輕型井點降水法;而當(dāng)土壤滲透系數(shù)較大、降水范圍較大、降水深度也較大的情況下，適用管井降水法。但有時土壤的滲透系數(shù)較小，而降水范圍又較大，同時降水又要求較深時，能否采用管井降水法施工?根據(jù)儀征地區(qū)的實際工程的降水實踐，在土壤滲透系數(shù)為10－4cm/s級時亦可采用井點降水，如：十二圩翻水站土壤滲透系數(shù)為攪樁4.0×10－4cm/s，土橋翻水站土壤滲透系數(shù)為10－5～10－4cm/s，泗源溝閘土壤滲透系數(shù)為1.12×10－4cm/s，這些建筑物地基土壤的滲透系數(shù)均較小，但在施工中均采用了管井降水，降水效果都較好。所以，由施工實踐體會，就滲透系數(shù)的要求，管井降水應(yīng)用的范圍，要較規(guī)范上所確定的要廣。采用管井降水時，因多種原因，降水效果不甚理想時，亦可在所需施工的建筑物底板四周增加輕型井點降水，以達(dá)到降水要求。三元溝泵站工程地基土滲透系數(shù)還是比較大的，降水效果還是比較好的。

4.2 降水管井的施工

儀征市已建的水利工程，如：十二圩翻水站、土橋翻水站、泗源溝節(jié)制閘、泗源溝套閘及較大型泵站等基本均采用管井降水，這些工程管井施工時，均采用了ZB－150鉆機(jī)和鋼筋混凝土井管，在鉆孔的方法、泥漿的濃度、洗井要求、下井管等方面均按飲水井施工規(guī)范施工。這次采用了C－60鉆機(jī)和無沙混凝土濾水管，施工方法也大大簡化了，上面兩種管井施工方法，前一種是規(guī)范要求的，后一種是簡化的施工方法，其優(yōu)缺點見表2：

表2 ZB－150鉆機(jī)與C－60鉆機(jī)施工對比

C－60鉆機(jī)施工，大大加快了施工進(jìn)度，提高了效率，節(jié)約了資金，同時由于成井施工速度較快，所用泥漿濃度較小，有利于增加井的出水量，目前在江蘇、安徽、山東等地應(yīng)用較多。通常的水井，井須要運用較長時間(一般是幾年、幾十年)，要求比較高，而降水井則是短時間使用(一般是幾個月)，因此，本工程對降水井的施工進(jìn)行了簡化，實踐證明，降水的效果較好。

4.3 降水管井施工要注意的問題

降水管井施工，排水量較大，排水范圍也大，可能引起周邊建筑物的沉降，因此，排水管井施工時，需要在排水區(qū)內(nèi)，布置觀察井，以觀測排水效果，還要在排水區(qū)周邊設(shè)置觀察井，觀察周邊地層地下水降低情況，同時還要在周邊建筑物基礎(chǔ)特征位置，設(shè)置沉降觀察點，以控制周邊建筑物的沉降情況，如周邊建筑物出現(xiàn)較大的沉降，則要暫停降水，待采取有效的保護(hù)措施(如施工防滲深攪樁或采取灌水措施)后，再行降水，以保證周邊建筑物的安全。

張玉鵬．地基與基礎(chǔ)［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009．

Discussion of Engineering Tubular Well in Yizheng Sanyuangou Pumping House Project

CAO Song-bao，PEI Xi-jun，ZHAO Guo-bin
(Yizheng Hydraulic Engineering Headquarters，Yizheng211400，China)

Yizheng plains are provided with soft soil foundation and rich groundwater．Water drainage and elimination are important for constructing water conservancy projects and other construction works in Yizheng plains．Yizheng water conservancy construction workers have accumulated a wealth of knowledge in the aspect of construction precipitation from water conservation project construction in the plains．In this paper，the construction experience of reducing underground water by tubular well in soft soil foundation is summed up with Sanyuangou pumping house as an engineering example．The application condition of tubular well water elimination and light-type well water elimination，calculation and construction of water elimination tubular well are discussed，thereby providing reference for constructing similar projects．

engineering;construction;water elimination

TV52

B

1005-4774(2013)09-0026-04