街津口閘基坑降水方案的研究及應(yīng)用

張俊鋒 楊國(guó)蘭

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 475000)

街津口閘基坑降水方案的研究及應(yīng)用

張俊鋒 楊國(guó)蘭

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 475000)

由于地質(zhì)條件變化，原設(shè)計(jì)閘基坑周圍地下連續(xù)墻無(wú)法施工，為了解決基坑施工受地下水的影響，通過(guò)對(duì)多種方案進(jìn)行對(duì)比分析并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)基坑抽水試驗(yàn)，最終確定了基坑采用深井降水方案，成功的將地下水位降低至閘基坑開挖底板高程以下1 m，確保了基坑開挖和構(gòu)筑物施工在旱地進(jìn)行。

基坑，地下連續(xù)墻，抽水試驗(yàn)，深井降水

1 工程概況

蓮花河街津口閘是三江治理工程黑龍江流域最大的水利工程建筑，閘址河床高程在EL43.3 m～EL45.28 m左右，地下水位高程為EL46 m左右，閘基坑開挖高程為EL38 m，閘址區(qū)地下水含水層巖性為級(jí)配良好中砂、級(jí)配良好中礫，底部高程EL31.0 m以下為低液限粘土，隔水性較好。地下水與河水水力聯(lián)系密切，水位隨蓮花河水位變化而波動(dòng)。為了保證基坑開挖及水閘建筑物施工，必須解決地下水向基坑滲漏問(wèn)題。

原設(shè)計(jì)街津口閘基坑四周設(shè)置多頭小直徑攪拌樁連續(xù)防滲墻，墻底高程為EL31.0 m，以攔截地下水向基坑側(cè)滲漏，確保基坑施工期安全。由于砂礫石中含有較大直徑的礫石，在多個(gè)不同部位試樁時(shí)均造成卡鉆無(wú)法施工，需要對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行必要修正，以確保工程順利實(shí)施。

2 解決基坑地下水問(wèn)題的方案比選

目前國(guó)內(nèi)外在實(shí)現(xiàn)深基坑干地作業(yè)所采用的方法大致分為三類，第一類是單純的強(qiáng)降水，即將基坑區(qū)域內(nèi)的地下水強(qiáng)行降低到開挖面以下；第二類是全方位截滲，即采用防滲墻將含水層的地下水堵截，全面切斷基坑內(nèi)外的地下水聯(lián)系；第三類是截滲與降水相結(jié)合的方法。根據(jù)地質(zhì)情況，多頭小直徑攪拌樁無(wú)法實(shí)施，可供選擇的方案有高壓旋噴樁防滲墻、混凝土地下連續(xù)墻、深井降水。

如果采取其他形式的防滲墻，河道部位的防滲墻必須等圍堰填筑完成后沿上下游圍堰軸線施工，工期長(zhǎng)，費(fèi)用高，而且基坑周圍一圈的防滲墻封閉后，還要采取措施對(duì)防滲墻封閉圈內(nèi)的地下水進(jìn)行抽排后才能進(jìn)行基坑開挖。

如果采用深井降水，可以先施工基坑左右河道兩岸的降水井，待圍堰合龍后，將基坑河水排干，并運(yùn)行兩側(cè)降水井將地下水降低到河床底部以下后，可同時(shí)進(jìn)行基坑的第一層開挖以及圍堰內(nèi)側(cè)基坑上下游側(cè)的降水井施工，所有降水井投入運(yùn)行將地下水降到設(shè)計(jì)高程，將基坑也開挖到設(shè)計(jì)高程，并開始進(jìn)行水閘建筑物的施工。

3 基坑降水抽水試驗(yàn)

3.1 抽水試驗(yàn)的目的和任務(wù)

1)對(duì)井結(jié)構(gòu)及單井出水量進(jìn)行測(cè)驗(yàn)；

2)通過(guò)抽水試驗(yàn)求得含水層的綜合滲透系數(shù)及影響半徑；

3)確定單井最大出水量、干擾出水量，計(jì)算基坑總涌水量，最終確定基坑降水方案，合理地選擇水泵泵型；

4)確定最佳的井間距，完全攔截外圍地下水向基坑的側(cè)向補(bǔ)給。

3.2 試驗(yàn)場(chǎng)地的選擇

單井抽水試驗(yàn)選擇時(shí)考慮到作業(yè)方便、代表性等因素，試驗(yàn)場(chǎng)地選擇在街津口閘左側(cè)上游部位，該處地下水位埋深3 m左右，供電及排水條件均較好，符合開展試驗(yàn)的主要條件。通過(guò)試驗(yàn)，確定單井出水量、滲透系數(shù)、影響半徑等基本的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，為閘基坑降水設(shè)計(jì)計(jì)算提供參數(shù)。

3.3 試驗(yàn)井的結(jié)構(gòu)及平面布置

抽水井(單井試驗(yàn)井)井深為21 m，成井直徑700 mm，井管全部采用直徑500 mm的鋼管，其中下部15 m的橋式濾水管作為過(guò)濾器，上部為實(shí)管，濾管外包60目濾網(wǎng)，各管接頭部位采用焊接接頭。濾料為豆石(1-5 mm)。

1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)觀測(cè)井井深21 m，成孔直徑500 mm，井管全部采用直徑300 mm的UPVC管，下部15 m為花管，濾料為豆石(1-5 mm)。

為了保證井的出水量以及觀測(cè)井的水位變化靈敏度，所有井采用反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，泥漿護(hù)壁，成井后立即大泵量抽水洗井直到完全出清水為止。

1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)觀測(cè)井距離抽水井的距離分別為3 m,8 m,15 m，具體情況如圖1所示。

3.4 試驗(yàn)步驟

由于考慮到地下水含水層巖性比較單一、滲透系數(shù)較大、抽水井水位降深較小，因此試驗(yàn)采用單井穩(wěn)定流兩次降深進(jìn)行數(shù)據(jù)收集及計(jì)算。

1)先進(jìn)行單井一次降深抽水試驗(yàn)：抽水井采用水泵(250QJ80-20/7.5)抽水，穩(wěn)定出水量為90 m3/h；1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)觀測(cè)井進(jìn)行觀測(cè)。一次降深抽水穩(wěn)定后停機(jī)恢復(fù)水位，并更換水泵。

2)二次降深抽水試驗(yàn)：恢復(fù)水位穩(wěn)定后，采用水泵(250QJ125-32/18.5)抽水。穩(wěn)定出水量175 m3/h， 1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)井進(jìn)行觀測(cè)。二次降深抽水穩(wěn)定后停機(jī)恢復(fù)水位，試驗(yàn)結(jié)束。

3.5 抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)觀測(cè)要求

1)抽水井動(dòng)水位、觀測(cè)井水位均采用電測(cè)水位計(jì)同步觀測(cè)(每口井各一支)。抽水試驗(yàn)均需要進(jìn)行靜止水位觀測(cè)(靜止標(biāo)準(zhǔn)：連續(xù)2 h水位變化不大于1 cm)。在每口井抽水開始后的5 min,10 min,15 min,20 min,25 min,30 min分別進(jìn)行水位觀測(cè)，以后每隔30 min觀測(cè)一次，3 h后改為1 h觀測(cè)一次。

2)抽水結(jié)束后立即觀測(cè)恢復(fù)水位，觀測(cè)時(shí)間每隔 30 min觀測(cè)一次，直至穩(wěn)定。

3)抽水井出水量采用水表觀測(cè)，抽水試驗(yàn)開始后每隔1 h進(jìn)行觀測(cè)一次。

4)水位穩(wěn)定符合規(guī)范要求：2 h內(nèi)變幅不大于1 cm，穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間不少于6 h。

5)現(xiàn)場(chǎng)記錄均采用規(guī)范的表格進(jìn)行記錄。字體均比較工整、清晰，觀測(cè)人員簽字確認(rèn)。

3.6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)成果

試驗(yàn)數(shù)據(jù)成果匯總見表1。

表1 抽水試驗(yàn)成果匯總表

4 水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算及整理分析

4.1 滲透系數(shù)K值計(jì)算

1)利用裘布衣公式法求K值:

適用條件：潛水含水層，多孔完整井。

其中，Q為抽水量，m3/d；K為滲透系數(shù)，m/d；H為含水層厚度，m；S1，S2分別為第1，2個(gè)觀測(cè)井水位降深，m；r1，r2分別為第1，2個(gè)觀測(cè)井距抽水井距離，m。

滲透系數(shù)K值計(jì)算成果見表2。

剔除一些不合理的結(jié)果，最終確定K平均值218 m/d。

2)考慮鄰河因素，利用裘布衣公式法求K值(1個(gè)觀測(cè)孔)：

適用條件：潛水含水層，鄰河、完整井、觀測(cè)線垂直岸邊且近河一邊，1個(gè)觀測(cè)孔。

其中，b為河水岸邊距抽水井距離，m；其他字母含義同前，見表3。

表2 滲透系數(shù)K值計(jì)算成果表(一)

表3 滲透系數(shù)K值計(jì)算成果表(二)

經(jīng)過(guò)驗(yàn)算剔除一些不合理的結(jié)果，最終確定K平均值為98 m/d。

3)考慮鄰河因素，利用裘布衣公式法求K值(2個(gè)觀測(cè)孔)。

適用條件：潛水含水層，鄰河、完整井、觀測(cè)線垂直岸邊且近河一邊，1個(gè)觀測(cè)孔。

字母含義同前，見表4。

表4 滲透系數(shù)K值計(jì)算成果表(三)

剔除一些不合理的結(jié)果，最終確定K平均值為246 m/d。

上述三種方法計(jì)算出的滲透系數(shù)差別不大，為了更接近實(shí)際，取三次計(jì)算的平均數(shù)，即K值為187 m/d，這個(gè)數(shù)值和勘探地質(zhì)資料上提供的滲透系數(shù)接近。

4.2 影響半徑R計(jì)算

利用裘布衣公式法計(jì)算影響半徑。

其中，R為影響半徑;其他字母含義同前。

考慮到1號(hào)井距離抽水井較近，受地下水流影響較大，因此影響半徑采用2號(hào)和3號(hào)抽水井觀測(cè)的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果取影響半徑R=500 m，這個(gè)結(jié)果也和礫石層的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值較為接近，見表5。

表5 影響半徑計(jì)算成果表

4.3 水文地質(zhì)參數(shù)成果

根據(jù)以上穩(wěn)定流各種實(shí)用條件下所得出的結(jié)果分析，進(jìn)行選取水文地質(zhì)參數(shù),見表6。

表6 水文地質(zhì)參數(shù)推薦值表

本次單井抽水試驗(yàn)所得出的水文地質(zhì)參數(shù)將用于下一步閘基坑的深井降水設(shè)計(jì)。

5 閘基坑深井降水方案設(shè)計(jì)

5.1 降水深度

地下水水位標(biāo)高為EL46.0 m，為滿足施工要求，地下水位降至基坑底1.0 m(基坑底部高程為EL38.0 m)，故水位降深S=46 m-37.0 m=9.0 m。

5.2 含水層水文地質(zhì)參數(shù)確定

1) 滲透系數(shù)K。

根據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果，滲透系數(shù)K=187 m/d。

2)影響半徑R。

根據(jù)抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算影響半徑R=500 m。

3)基坑等效半徑r0。

基坑視為矩形基坑，r0=0.29(a+b)。

其中，a，b分別為基坑的長(zhǎng)和寬，a=210，b=110。

經(jīng)計(jì)算，r0=0.29×(210+110)=92.8 m。

5.3 基坑總涌水量

采用矩形基坑潛水完整井基坑涌水量計(jì)算公式：

其中，Q總為基坑總涌水量，m3/d；K為滲透系數(shù)，取K=187 m/d；H為潛水層厚度，H=46-31=15 m；S為降水深度，S=46-37.0=9.0 m；r0為等效半徑，r0=92.8 m；R0為等效引用半徑；R0=R+r0=592.8 m。

經(jīng)計(jì)算,基坑總涌水量Q總=59 946 m3/d。

5.4 干擾井單井出水量

根據(jù)計(jì)算的基坑總涌水量，采用以下公式進(jìn)行基坑降水井?dāng)?shù)量假設(shè)和試算，當(dāng)試算出的干擾單井出水量總和略大于上述計(jì)算的基坑總涌水量時(shí)，此時(shí)假設(shè)的降水井?dāng)?shù)量就是實(shí)際所需要的數(shù)量。

5.5 總井?dāng)?shù)

為確保降水安全系數(shù)，實(shí)際井?dāng)?shù)按1.1倍的計(jì)算數(shù)量考慮，因此現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際打井個(gè)數(shù)為1.1×25=28口。

5.6 降水井布置

按照基坑降水設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，在街津口閘四周布置28眼降水井，基坑內(nèi)部布置2眼觀測(cè)井?？紤]基坑補(bǔ)水方向，基坑上、下游側(cè)各布置9眼井，間距23.0 m；左、右側(cè)各布置5眼井，間距20 m。

5.7 降水井結(jié)構(gòu)

1)井口：井口應(yīng)高于地面以上30 cm，以防止地表污水及泥土滲入井內(nèi)。

2)井壁管：井壁管均采用焊接鋼管，直徑500，壁厚3 mm。

3)濾水管：本方案采用橋式濾水管，濾水管的直徑、壁厚與井壁管相同。

4)沉淀管：沉淀管焊接在濾水管底部，成錐形，長(zhǎng)度為1.0 m。

5)濾料：地面以下2.0 m至孔底部位圍填中粗砂濾料，其上粘土封閉。

6)井底高程控制。

考慮到水泵高度較大，而且基坑降水深度較大，水位降低到設(shè)計(jì)高程后，剩余的含水層厚度只有5 m～6 m，濾管進(jìn)水量受到限制。因此將井底高程適當(dāng)降低到含水層以下，使含水層的水跌落至井內(nèi)，同時(shí)也可以使水泵始終處于一定的淹沒深度，綜合考慮各方因素，降水井井底高程控制在EL23.0 m。

6 結(jié)語(yǔ)

本工程基坑降水根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)施。降水井成孔采用反循環(huán)SPC100型鉆機(jī)進(jìn)行施工，有效的防止了地層內(nèi)滲入過(guò)多泥漿而影響井的出水量，成井質(zhì)量較好。

根據(jù)總體安排，先進(jìn)行河道兩岸的降水井施工，圍堰合龍及圍堰內(nèi)河水抽排完成后，開始進(jìn)行河道兩岸降水井的運(yùn)行，將地下水位降低到河床高程以下1 m，實(shí)際地下水位降深達(dá)到5 m，滿足了基坑第一層的開挖條件。與此同時(shí)進(jìn)行基坑上下游側(cè)河道內(nèi)的降水井施工，并最終全部投入運(yùn)行。

前期降水井全部抽水3 d后將地下水位降低到EL36 m高程，后通過(guò)運(yùn)行井?dāng)?shù)量的調(diào)節(jié)以及地下水位觀測(cè)結(jié)果，最終運(yùn)行的降水井為21口，單井干擾出水量平均為95 m3/h，地下水位穩(wěn)定在EL36.5 m的高程，實(shí)際基坑總涌水量小于計(jì)算量的22%。根據(jù)基坑開挖后揭露的地質(zhì)情況分析，實(shí)際的含水層巖性狀況不均，有部分砂礫層含泥量較大，造成這部分的含水層實(shí)際滲透系數(shù)較小，從而減少了河水的補(bǔ)給量。

通過(guò)本工程深井降水方案的研究與實(shí)施，有效的解決了施工中出現(xiàn)的困難，不僅加快了工程總體的施工進(jìn)度，而且施工費(fèi)用也略有降低。因此，在一定的地質(zhì)條件下，采用深井降水技術(shù)代替地下防滲墻可以很好的解決深基坑地下水滲透問(wèn)題，并且具有施工速度快，造價(jià)低的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

[1] JGJ/T 111—1998,建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 張永波.基坑降水工程[M].北京：地震出版社，2000：26-63.

[3] 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.水文地質(zhì)手冊(cè)[M].第2版.北京：地震出版社，2012：636-683.

StudyandapplicationofdewateringmethodologyforsluicefoundationpitatJiejinkou

ZhangJunfengYangGuolan

(SinohydroBureau11Co.,Ltd,Zhengzhou475000,China)

Due to change of geological condition, construction of diaphragm wall aroundthe sluice foundation pit as per the original design cannot be carried out. In order to solve the influence on foundation pit excavation by groundwater, through comparative analysis of the various schemes and on-site pit pumping test, finally deep well dewatering methodology for foundation pit is adopted, the underground water level is successfully lowered to 1 m below bottom excavation elevation, which ensures that pit excavation and structure construction can be carried out indryland condition.

foundation pit, diaphragm wall, pumping test, deep well dewatering

2017-10-07

張俊鋒(1974- )，男，高級(jí)工程師

1009-6825(2017)35-0054-03

TU463

A