良常水利樞紐基坑開挖輕型井點降水問題探討

張 靜，鄧 章，王 波

(1.常州市金壇區(qū)水利局，江蘇 常州 213200；2.常州市金壇區(qū)水利局儒林水利管理服務(wù)站，江蘇 常州 213200；3.常州市金壇區(qū)水利勘測規(guī)劃設(shè)計室，江蘇 常州 213200)

1 工程概況

良常水利樞紐為金壇城區(qū)防洪排澇節(jié)點控制工程之一，工程建設(shè)的主要目的是盡快形成城區(qū)防洪除澇控制圈，充分發(fā)揮工程整體效益及水環(huán)境治理效益。良常水利樞紐工程等別為Ⅲ等，閘室及外河側(cè)連接段為3級，內(nèi)河側(cè)連接段及涵閘為4級，臨時圍堰級別為5級。工程位于良常大橋北側(cè)的丹金溧漕河河道內(nèi)，距大橋約280m，主要由兩孔12m的節(jié)制閘組成。兩孔節(jié)制閘分離式布置，中間設(shè)隔堤。節(jié)制閘采用升臥式平面鋼閘門，通過繩鼓式啟閉機進行控制。節(jié)制閘內(nèi)外河側(cè)分別設(shè)15m長的U型槽消力池及鋪蓋、5m長的鋼筋混凝土護底及31m，內(nèi)河20m長的C20素混凝土護底。同時受內(nèi)河河道整治的影響，新建一涵閘，規(guī)模為2*2m箱涵，洞身長35.85m，洞首長13m。

場地區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性較好，無明顯不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害分布，整體穩(wěn)定性較好。Ⅱ類場地基本地震動峰值加速度為0.10g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。場地處于河岸邊緣，邊坡分布少黏性土、軟弱土、液化土，邊坡穩(wěn)定性較差，場地處于對抗震不利地段。基礎(chǔ)主要位于②、②＇、②〞層：②層淤泥質(zhì)土，流塑-軟塑狀態(tài)，高壓縮性，[R]=65kPa，力學(xué)強度較低；②＇層砂壤土，稍密狀態(tài)，中壓縮性，[R]=75kPa，力學(xué)強度較低，且為可液化土層；②〞層砂壤土，稍密-中密狀態(tài)，中壓縮性，[R]=110kPa，力學(xué)強度一般。②〞層分布較少，與②、②＇層均不能作為天然地基持力層。填土以下土層情況具體見表1。

表1 良常水利樞紐場地區(qū)域填土以下土層情況

2 輕型井點降水方案設(shè)計

結(jié)合工程實際及地質(zhì)條件，在采用集水井降水方案的情況下，地表水位高，基坑開挖深度較大，很容易出現(xiàn)流砂和管涌，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。而采用薄壁沉井分節(jié)下沉的開發(fā)方法，則工序繁瑣，施工進度慢，造價高。為此，良常水利樞紐基坑開挖先放坡開挖至地下水位，再進行輕型井點降水[1]，基坑開挖井點布置詳見圖1所示。

圖1 基坑開挖井點布置

2.1 井點系統(tǒng)布置方式

基坑平面形狀和設(shè)計水位降深是井點平面布置應(yīng)主要考慮的方面，良常水利樞紐基坑面積大，應(yīng)采用管路長10m、寬8m的環(huán)狀井點。在設(shè)置井點系統(tǒng)高程時，按下式確定井管埋深：

H≥H1+h+iL+l

(1)

式中：H為不包括濾管的井管設(shè)計埋深，m；H1為井管埋設(shè)面與基坑底的距離，m；h為地下水降落坡度，取0.1；i為井管距離基坑軸線的水平間距，m；L為基坑底與地下水位的距離；l為濾管長，m，取1.5m。

按照設(shè)計要求，良常水利樞紐工程井管露出地面的長度應(yīng)為0.3m，所以經(jīng)計算和比較分析，其井管設(shè)計埋深應(yīng)為7.0m。

2.2 井點系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

良常水利樞紐基坑底面與地下水位相距5.0-6.5m，地下水位實際埋深2.0-3.5m，含水層厚度較大，所以井點降水系統(tǒng)屬于非完整無壓系統(tǒng)[2]，實際涌水量按照下式確定：

(2)

式中：Q為良常水利樞紐基坑開挖輕型井點降水實際涌水量，m3/d；H0為抽水實際影響深度，m；S為水位降低幅度，m；R為抽水影響半徑，m；x0為環(huán)狀井點系統(tǒng)假想半徑值，m；h0為水位降低后實際距離不透水層的長度，m；r為井點管設(shè)計半徑，m；l為濾管長，m。

在確定出基坑涌水量、抽水影響深度、影響半徑等參數(shù)后，還應(yīng)根據(jù)井點系統(tǒng)實際涌水量及單根井管實際抽水能力，進行井管數(shù)量和井間距的確定。單根井管實際抽水能力按下式確定：

q=2πrclv

(3)

式中：q為單根降水井管涌水量極限值，m3/d；rc為濾管半徑，m；v為濾管內(nèi)水體流速極限值，m/s。根據(jù)本水利樞紐工程基坑開挖輕型井點降水實際，可以求出單根降水井管涌水量極限值為8.05 m3/d，進一步可求出井管設(shè)置數(shù)量為38根，井管間距均值取0.95m。

3 輕型井點降水施工

降水工程雖然僅是工程中的一項臨時工程，但它是大規(guī)模開挖、主體混凝土工程開工的前提條件，因此，降水工程質(zhì)量控制是前期工作的重中之重。

3.1 施工準備

良常水利樞紐基坑開挖輕型井點降水以長度7.0m的φ48mm無縫鋼管為井點管和濾管，包括5.5m的井點管和1.5m的濾管。濾管在鋼管上通過臺鉆按梅花形鉆孔而制成，孔徑1.2cm，孔距4cm，濾管表面積中孔面積占比25%。在濾管表面纏繞鐵絲并包裹1層40目的細濾網(wǎng)和1層18目的粗濾網(wǎng)，最外層緊繞一圈鐵絲以發(fā)揮保護作用。用圓木塞緊濾管下端，避免泥沙等雜物進入。用內(nèi)徑150mm的鑄鐵管制作集水總管，并將法蘭盤焊接于管端進行連接，按照0.95m的間隔增設(shè)短接頭管。通過φ50mm的透明軟塑料管將給水總管連接成尺寸為8m×10m的方框。良常水利樞紐基坑開挖輕型井點降水抽水設(shè)備由真空泵、離心泵、集水箱及電機組成。結(jié)合實際涌水量規(guī)模，離心泵由3臺出水量均為15t/h的水泵構(gòu)成。

在準備好井點管、濾管，集水總管、連接管及抽水設(shè)備后，進行定位放線，以確定出基坑開挖輪廓線。通過反鏟挖機和1∶0.75的坡度開挖至地下水位。

待井點管和濾管安插結(jié)束后，以φ60mm鍍鋅鋼管為高壓水槍沖孔，并待水槍下沉至設(shè)計深度后拔出，立即插入井點管，并用黏土填筑壓實。待完成全部井點管安插后將集水總管的鋪設(shè)區(qū)域清理整平處理，保證集水總管水平鋪設(shè)或順?biāo)飨虼嬖?.5%左右坡度。通過法蘭盤連接集水總管，并通過密封圈及黃油等填充材料填塞法蘭盤，避免發(fā)生漏氣等現(xiàn)象。將真空表安裝在井點管上檢測管路系統(tǒng)的實際真空度。

3.2 抽水

按設(shè)計要求將離心泵、真空泵和集水箱等抽水設(shè)備連接，先開啟真空泵將管路內(nèi)空氣全部抽出，在真空吸力的作用下地下水及土體中的空氣均被吸入集水箱內(nèi)，真空泵排除空氣并待管路系統(tǒng)內(nèi)實際真空度達550mmHg時開啟離心泵抽水。

3.3 基坑二次開挖

待降水過程持續(xù)2-3d后通過反鏟挖機進行基坑二次開挖，出渣由自卸車輛配合進行。挖機從便道進入基坑后先展開試挖，并檢測降水深度能否達到設(shè)計要求，若達到，則繼續(xù)開挖，并同時安排專人進行基坑底面及邊坡的清理與整平。在完成基坑二次開挖后，將2根井點管打入便道，并主要通過2個單相水泵抽水，以使便道處地下水位降低。

4 結(jié) 論

通過對良常水利樞紐基坑開挖輕型井點降水問題的分析表明，井點降水布置完畢且不間斷抽水3-4d后已基本達到降水預(yù)期效果，可繼續(xù)進行基坑開挖施工，井點降水處理后土體實際含水量已較為接近最佳含水量，所以基坑開挖可以實現(xiàn)陡坡開挖，有利于節(jié)省工期，降低投入，還能有效解決水利樞紐工程基坑開挖輕型井點降水施工難題。軟土層地區(qū)基坑開挖過程中，輕型井點降水效果良好，但是為避免降水不徹底而影響施工效果，應(yīng)密切結(jié)合工程水文地質(zhì)條件，合理進行井點降水參數(shù)設(shè)計，確保施工方案切實可行。