地下水回灌技術(shù)在海綿體城市建設(shè)中的應(yīng)用

張戰(zhàn)勝 盧士濤 韋九洲 李亮亮 許濤濤

摘 要：濟(jì)南作為建設(shè)海綿體城市試點之一，基坑排水需要進(jìn)行回灌。作者通過以濟(jì)南某地鐵車站基坑排出的地下水如何進(jìn)行回灌開展論述。首先通過試驗對比各地層的回灌量，確定回灌地層；然后通過單井回灌量確定回灌井的布置方案，最后形成回灌系統(tǒng)，將基坑排出的地下水基本回灌到地下相應(yīng)地層中。

關(guān)鍵詞：地下水； 滲透系數(shù)； 回灌井； 回灌量

【文章編號】1627-6868（2016）06-0006-03

引言

濟(jì)南作為“泉城”，聞名于世，目前作為國家海綿體城市建設(shè)第一批試點城市之一，再一次出現(xiàn)在公眾視野之中。海綿城市建設(shè)的要點就是要遵循生態(tài)優(yōu)先等原則，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，促進(jìn)雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

濟(jì)南作為新興的一線城市，城市基礎(chǔ)建設(shè)正在大行其道。而城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)必然涉及到地下工程和基坑開挖，濟(jì)南地下水較豐富，開挖基坑不可避免需要外排地下水，及時做了相應(yīng)的止水帷幕也需要降排水，未進(jìn)行海綿體城市建設(shè)之前，基坑排水一般直接進(jìn)入了雨水管道，地下水白白浪費。為了做好濟(jì)南市試點海綿體城市建設(shè)，濟(jì)南市政府發(fā)文通知，各大型基坑特別是地鐵建設(shè)項目的基坑外排水必須組織回灌。

1.概況

1.1某地鐵車站基坑設(shè)計概況

濟(jì)南某地鐵車站，基坑開挖深度為16.51m。圍護(hù)樁采用Ф1000鉆孔灌注樁，樁間距1.5m；四周設(shè)置封閉的止水帷幕，采用支護(hù)樁外側(cè)單獨一排Ф0.8m三管高壓旋噴樁的形式，止水帷幕底標(biāo)高為基坑底以下2.5m。

1.2 地層及水文地質(zhì)條件

該車站基坑施工范圍內(nèi)的地層比較簡單，自上而下主要分為①雜填土、②黃土、②1粉土、③粉質(zhì)黏土、③細(xì)砂層、④粉質(zhì)黏土層等地層。

根據(jù)勘察資料該場區(qū)地下水主要潛水及承壓水。潛水含水層為②1粉土，主要為上層滯水；承壓水含水層為③1細(xì)砂層，厚度2.1m，穩(wěn)定水位埋深7.50～9.20m，主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給及第四系松散巖類孔隙水滲透補(bǔ)給，排泄與人工開采為主。根據(jù)勘察報告建議，該層地下水的滲透系數(shù)為120m/d，影響半徑R為149.90m。

1.3基坑降水方案設(shè)計原則

本工程基坑開挖深度較大，原基坑降水設(shè)計方案中降水疏干主要需考慮疏干②1粉土潛水和③1細(xì)砂層承壓水的涌水量，其次考慮③1細(xì)砂層承壓水的影響，防止在基坑開挖過程中承壓水從最不利點產(chǎn)生突涌，對基坑穩(wěn)定性造成危害。根據(jù)設(shè)計計算，帷幕實施前的基坑涌水量可達(dá)到45000 m3/d，帷幕實施后的基坑涌水量大約2000m3/d。采用管井降水，間距15米，坑內(nèi)兩側(cè)按照梅花形布置。

2.地下水回灌試驗

2.1回灌試驗?zāi)康?/p>

合理設(shè)置回灌井可有效維持建（構(gòu)）筑物區(qū)的地下水水位，消除或降低基坑降水對周邊環(huán)境的影響。同時有效利用基坑降水抽出的地下水作為回灌水源，不僅節(jié)約水資源，確保自然生態(tài)系統(tǒng)中水資源的相對平衡，而且減少了采用自來水回灌的回灌成本。

2.2回灌井布設(shè)

本次地下水人工回灌的目的層為②1粉土層、③粉質(zhì)粘土層、③1細(xì)砂層和三層混合層，共設(shè)置4口回灌井（編號分別為H01、H02、H03、H04），回灌水采用抽水井作為水源。

回灌井過濾器分別位于各試驗地層，回灌井深度不超過止水帷幕深度，暫定18.0m。井孔直徑700mm，井管采用直徑273mm壁厚3mm的無縫鋼管，過濾器采用圓孔過濾管，孔徑為12mm，每周設(shè)置9個圓孔，縱向間距為100mm，底部設(shè)置沉淀管1m?；毓嗑Y(jié)構(gòu)設(shè)計圖、回灌試驗系統(tǒng)運(yùn)行示意圖如圖1、2所示。

2.3回灌試驗過程及結(jié)果分析

按照回灌水位標(biāo)高高出原始水位標(biāo)高1m-20m（或不同壓力下）的情況進(jìn)行回灌試驗，測定回灌水量和地下水位變化情況。根據(jù)試驗結(jié)果得到的成果表及Q-P（流量-壓強(qiáng)）對應(yīng)曲線圖如下：

（1）貯水系數(shù)

根據(jù)試驗結(jié)果，在合理的壓力范圍內(nèi)（一般不超過0.20 MPa），砂層上部的粉質(zhì)黏土層單井貯水系數(shù)為1.215 m3/h，砂層單井貯水系數(shù)為5.731 m3/h，砂層下部的粉質(zhì)黏土層單井貯水系數(shù)為2.527 m3/h。

（2）主要回灌地層與滲透系數(shù)的關(guān)系

根據(jù)以往經(jīng)驗，某個地層的回灌的滲透系數(shù)一般小于抽水的滲透系數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場壓力回灌試驗，按照《水利水電工程注水試驗規(guī)程》（SL345-2007）的相應(yīng)規(guī)定，計算回灌時的滲透系數(shù)：

K=16.67Q/（AH）

其中K——試驗巖土層滲透系數(shù)，cm/s；Q——注入流量，L/min

H——試驗水頭，cm；等于試驗水位與地下水位之差；A——形狀系數(shù)，cm；

根據(jù)試驗結(jié)果計算地下水位以下各地層的滲透系數(shù)如下：

根據(jù)計算，砂層回灌的滲透系數(shù)平均值大于勘察報告的滲透系數(shù)（勘察報告推薦的滲透系數(shù)為120m/d，折合1.39×10-1 cm/s），因此需要做一定的調(diào)整。由于壓水井壁管底部未封孔，且下部回填的均是濾料，且測試的只是側(cè)面的部分，按照50%進(jìn)行折減，細(xì)砂層回灌的滲透系數(shù)取1.01×10-1 cm/s，粉質(zhì)黏土層回灌的滲透系數(shù)取4.84×10-2 cm/s。從結(jié)果看出，粉質(zhì)黏土層的滲透系數(shù)也較大，可能存在砂層透鏡體，或者與砂層產(chǎn)生越流有關(guān)。

（3）單井回灌量與回灌壓力的關(guān)系

根據(jù)試驗結(jié)果顯示，當(dāng)采用壓力回灌時，在允許的壓力值范圍內(nèi)，單井回灌量與壓力在某個區(qū)間段存在一定的線性關(guān)系，但是整個段是非線性關(guān)系。

3.地下水回灌系統(tǒng)設(shè)計及運(yùn)行

3.1回灌系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)試驗結(jié)果，回灌井的回灌地層位于粉質(zhì)黏土與細(xì)砂層的復(fù)合地層，過濾器長度6m，回灌井深度18m。按照單井正常壓力回灌5 m3/h計算，單井一天回灌量約120 m3/h，按照75%進(jìn)行折合，每天至少90 m3/h，按照基坑涌水量2000 m3/h，則需要22.2眼回灌井?？紤]到雨季施工，涌水量增加則按照24眼井進(jìn)行設(shè)計。施工場地位于地鐵站兩側(cè)的綠化帶內(nèi)，施工完畢后及時復(fù)綠，確保與環(huán)境的和諧統(tǒng)一。回灌系統(tǒng)采用離心泵取水、離心泵壓力回灌的方式。

3.2回灌系統(tǒng)的正常運(yùn)行

按照試驗結(jié)果，回灌井按照設(shè)計要求成井后，固井、封井、洗井，焊設(shè)及安裝回灌設(shè)備及管路，另外針對抽取的地下水設(shè)置過濾裝置，確?；毓嗨乃|(zhì)要求。然后組織人員24小時值班正?；毓?。根據(jù)回灌結(jié)果統(tǒng)計，目前日?；毓嗫偭吭?800m3/h以上，基本滿足市政府及項目組的要求。

4.結(jié)論及建議

在地下水回灌技術(shù)應(yīng)用于海綿體城市建設(shè)中，首先應(yīng)調(diào)查基坑排水量及主要含水地層，并針對主要含水地層開展回灌試驗，確定單井回灌量，最終確定回灌井的井身結(jié)構(gòu)及數(shù)量，然后安裝回灌系統(tǒng)進(jìn)行正常回灌。

由于存在雨季施工及枯水期與豐水期，加上回灌系統(tǒng)在長期壓力狀態(tài)下，會改變含水層的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致回灌量減少。因此建議在回灌井設(shè)計時，有條件的情況下采取加大井徑及井深的方式，增加回灌量的安全儲備。另外針對回灌井，建議應(yīng)定期回?fù)P，盡量恢復(fù)因壓力回灌導(dǎo)致的含水層結(jié)構(gòu)的改變，確?；毓嗑幕毓嘈阅?。

參考文獻(xiàn)

[1]水利水電工程注水試驗規(guī)程（SL345-2007）.中國水利水電出版社，2008

[2]武永霞、張楠、陸建生.地下水回灌技術(shù)在淺層承壓含水層中的實踐與探討[j]，巖土工程技術(shù)，2010年第24卷第三期