輕型井點降水在新疆葉爾羌河民生引水樞紐工程中的應用

馬 信

（中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 武清 301700）

1 工程概況

民生引水樞紐是葉爾羌河流域規(guī)劃中的第五級引水樞紐，工程始建于1987年，1989年投入運行。民生引水樞紐本次除險加固工程保留原有的進水閘、沖砂閘和泄洪閘，在原址進行加固，補充完善老閘上下游護岸工程、拆除原有臨時攔河砂壩和潰壩；新建泄洪閘（7孔）+新建潰壩段(160 m)+上下游導流堤（1330 m+550 m）組成。

2 地質(zhì)條件

新建泄洪閘部位根據(jù)鉆孔揭露，在20 m深度范圍內(nèi)，巖性自上而下為第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）低液限粉土、粉土質(zhì)砂和含細粒土砂：埋深3.5 m～5.8 m，揭露厚度大于16.5 m，局部夾有厚0.5 m～2.6 m低液限粘土。該層青灰色，稍濕～飽和狀，松散～密實，天然密度1.46 g/cm3～1.94 g/cm3,含水率4.64%～32.0%，干密度 1.40 g/cm3～1.69 g/cm3，比重 2.68，孔隙比0.48～0.92，內(nèi)摩擦角建議值 28°～30°，凝聚力建議值 8 kPa。閘基與砂層摩擦系數(shù)0.30～0.35。滲透系數(shù)8.1×10-3cm/s，屬中等透水層。

粉土質(zhì)砂由于透水系數(shù)小，基坑在開挖過程中若采用挖溝明排方式，由于地下水位高，土質(zhì)松散，基坑開挖后易產(chǎn)生流土、流砂管涌等現(xiàn)象，施工工作面難以開挖成型，綜合考慮，借鑒建設(shè)單位塔里木河流域管理局在塔河下游其他閘口施工降水經(jīng)驗，采用輕型井點降水的方法進行降水施工。

根據(jù)設(shè)計提供資料泄洪閘處地下水位埋深4.9 m～5.0 m。實際施工過程中根據(jù)開挖揭露的地下水埋深僅為1.5 m～2.0 m。本工程地面標高1162 m，地下水位高程1159.5左右，結(jié)構(gòu)物最低高程1154 m，基坑最大開挖深度8 m，需要降水深度6.0 m（水位需降至施工作業(yè)面以下50 cm）。

3 降水施工方案

根據(jù)地勘資料，選用代表性地層粉土質(zhì)砂進行計算，滲透系數(shù)7.0 m/d,新建泄洪閘閘前鋪蓋、閘室、陡坡段、消力池、海漫分別使用一級輕型井點進行區(qū)域圍封，對部分區(qū)域布設(shè)二級輕型井點[1]。

3.1 井點管埋置深度

井點管的埋置深度：H≥H0+h+iL+l[5]

式中：H為井點管的埋置深度；H0為井點管埋設(shè)面至基坑底面的距離；h為安全距離，取0.5 m；i為降水曲線坡度，本工程取1/15；L為井點管中心至基坑短邊中距離；I為濾水管長度，該工程取1.0 m。

新建泄洪閘陡坡消力池為例，經(jīng)過計算消力池H=10.13 m＜H+地下水位埋深=32 m。降水模型按照潛水非完整井進行設(shè)計計算。

該部位井點管選用6 m管無法滿足降水需求，需采用二級井點降水。該部位一級井點管埋置深度h1取5.5 m，小于濾水管6 m滿足要求；則相應二級井點管埋置深度：

式中：H2為二級井點管的埋置深度；H為井點管埋置深度；h1為一級井點管埋置深度。

經(jīng)計算，H2=4.63 m。

3.2 井點數(shù)量及間距

3.2.1 基坑總涌水量

降水模型按照潛水非完整井進行設(shè)計計算。參見《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012(E.0.2)潛水非完整井出水量計算。

基坑降水量計算[2]：

式中：Q為基坑涌水量(m3/d)；k為滲透系數(shù)(m/d),7m3/d；S為水位降深(m),6.0 m；R為引用影響半徑(m),R=2s k H =100.4 m；r0為基坑半徑(m),0.29（a+b）=43.5 m；l為過濾器有效工作部分長度（m）取 1.0 m；H0為潛水含水層厚度（m）取 30 m；h為基坑動水位至含水層底面的深度（m）取20 m。

計算得出:Q=1633 m3/d。

3.2.2 單井出水量（4）

式中：q為單井出水量，m3/d；π 取 3.14；d為濾水管直徑，取0.032 m；l為濾水管長度，取1.0 m。

計算得出：q=12.49 m3/d＜單井出水能力（36 m3/d～60 m3/d）滿足要求。

3.2.3 井點數(shù)量及間距

井點數(shù)量(3)：n=1.1×1633/12.49=150 根；井點間距：d=2（B+C）/n=2.0 m。式中，d為井點間距；B為基坑寬度，本工程取50 m；C為基坑長度，本工程取100 m。

采用二級降水，井點按照D=2d=4 m，二級井點間距設(shè)為2 m，滿足要求。

3.3 井點布置形式

工程位置距離塔里木河支流葉爾羌河下游，地下水源較豐富，經(jīng)計算決定分部位采用“口”形的二級環(huán)形輕型井點，一級井點與二級井點平臺差按照5.5 m設(shè)計，降水井井點管間距為2.0 m，距基坑邊線1.0 m按環(huán)形布置，井點管管徑為32 mm，管長6.0 m，底下1.0 m設(shè)過濾管，總管直徑為D110 mm，環(huán)形布置，井點管與總管之間采用橡膠管連接，總管一端設(shè)閥門，另一端設(shè)井點泵系統(tǒng)，新建泄洪閘基坑輕型井點降水布置見圖1、圖2。

圖1 二級井點降水剖面圖

圖2 二級井點降水平面布置圖

3.4 施工工藝

輕型井點降水的施工順序為：定位—敷設(shè)集水總管—沖孔—沉放井管—填濾料—彎管與總管連接—安裝抽水設(shè)備—進行試抽。

3.5 主要設(shè)備及參數(shù)

根據(jù)抽水機組不同，采用真空泵真空井點，真空泵真空井點由真空泵、離心式水泵、水汽分離器等組成，設(shè)備參數(shù)及性能見表1(3)，經(jīng)計算，本工程共計需投入6臺套輕型井點設(shè)備。

表1 單套輕型井點投入設(shè)備及參數(shù)

4 施工進度計劃及質(zhì)量保證措施

4.1 施工進度計劃保證措施

一級井點全部井管同時運轉(zhuǎn)2天～3天后，預計達到一級設(shè)計降水位置，挖掘機配合自卸汽車進行基礎(chǔ)開挖，第一級井點以上土開挖完成后，再在坑內(nèi)布置埋設(shè)第二級井點，然后開挖至設(shè)計高程后進行基礎(chǔ)砂礫石墊層及C10砼墊層施工，待到基坑內(nèi)結(jié)構(gòu)混凝土施工達到設(shè)計標高1158 m以后，為節(jié)約成本，可以拆除相應結(jié)構(gòu)部位二級輕型井點降水。只保留外圍上層的一級井點降水，一級井點降水必須確保完成閘底板、閘前鋪蓋、閘后消力池底板砼、閘后海漫段的砼施工。砼各作業(yè)班組在各作業(yè)面輪流平行施工，可有效縮短降水施工時間，砼結(jié)構(gòu)施工完成后，可拆除一級降水井管，施工降水工作全面結(jié)束。

本工程的輕型井點排水系統(tǒng)在施工中達到了預期的效果，從排水效果來看，對井點埋置深度較大的工程，不需要設(shè)置太長的井點管，對井點管進行分級布置，按基礎(chǔ)施工的標高，分階段采用分級排水系統(tǒng)更經(jīng)濟合理，可有效經(jīng)降低施工成本，同時要統(tǒng)籌安排好基礎(chǔ)各施工部位進度，做到與井點降水節(jié)點工期相吻合，使施工成本降到最低。

4.2 施工質(zhì)量保證措施

（1）井孔沖孔時，沖孔孔徑不得大于300 mm，沖孔深度按降水方案比濾管低0.5 m，且垂直于水平管，沖孔沖到底標高后，再將沖水管上提1.0 m，再沖一遍后成孔。井孔沖成后，應立即拔出沖管，插入井點管，并在井點管與孔壁之間填粗砂濾層，以防孔壁坍塌堵塞。

（2）井點降水設(shè)備進場之后，在井點管埋設(shè)之前，必須逐根檢查井點管及集水總管，保證濾網(wǎng)完整無缺，發(fā)現(xiàn)損壞，應立即更換。井點管埋設(shè)之前，用布頭或麻絲塞住管口，防止埋設(shè)時雜物掉入管內(nèi)。在布設(shè)完每根井點管后，應及時檢驗滲水性能。井點管與孔壁之間填砂濾料時，管口應有泥漿水冒出，或向管內(nèi)灌水時，能很快下滲方合格。在布設(shè)集水總管之前，先要對集水總管進行清洗，然后對其他部位進行檢查清洗。集水總管與井點管之間用橡膠軟管連接，確保其密閉性。

（3）安裝井點系統(tǒng)后，必須及時試抽，全面檢查管路接頭質(zhì)量、井點出水狀況和抽水機械運轉(zhuǎn)情況等，如發(fā)現(xiàn)漏氣和死井，應及時處理。每套機組所能帶動的集水管總長度必須嚴格按機組功率及試抽后確定。試抽合格后，井點孔到地面下1.0 m深度范圍內(nèi)，用粘性土填塞嚴密，以防漏氣。

（4）開始抽水后一般不應停抽，時抽時止，濾網(wǎng)易堵塞，也易抽出土粒，并引起附近岸坡由于土粒流失而沉降開裂。正常排水應是細水長流，出水澄清。

（5）井點運行后要求連續(xù)工作，應準備雙路電源保證連續(xù)抽水。

（6）流量觀測很重要，一般可以用流量表或堰箱，若發(fā)現(xiàn)流量過大而水位降低緩慢甚至降水不下去時，可考慮改用流量加大離心泵。若流量較小而水位降低較快可改用小型水泵以免離心泵無水發(fā)熱，并可節(jié)約電力。

（7）井點降水施工隊應派員24小時值班，定時觀測流量計水位降低情況做好《輕型井點降水記錄》，同時施工人員在井點施工時，應做好施工記錄及影像資料。

（8）地下結(jié)構(gòu)施工完畢，將基坑進行回填后，拆除井點系統(tǒng)，采用到鏈拔管，所留孔洞用砂或圖填塞。部分井點管與連接在一起，不予拔出，在管內(nèi)注漿封閉。

5 結(jié)語

經(jīng)過井點降水，基坑內(nèi)地基處于裸露狀態(tài)，方便了施工，抽出的水清澈，經(jīng)檢驗，可以用于施工用水，節(jié)約了施工費用，整個施工過程中未發(fā)現(xiàn)流砂現(xiàn)象，采用井點降水取得了較好的效果。本工程新建泄洪閘工期緊，任務重，采用輕型井點能夠以最快的速度使基坑滿足施工條件，確保新疆葉爾羌河民生引水樞紐除險加固工程新建泄洪閘2017年度順利度汛，按期完成了合同節(jié)點目標。