基于管井井點降水的水閘泵站基坑施工技術(shù)研究

王龍

（江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇揚州 225000）

0 引言

水閘泵站是水利工程的典型代表之一，主要作用是調(diào)節(jié)水流量、季節(jié)性蓄水與排水，提供城市用水等。水閘泵站一般修建在河流或者湖泊附近，以方便取水。而河流或者湖泊附近的地質(zhì)條件較為惡劣，常常伴隨松散的巖層、土質(zhì)及豐富的地下水，給水閘泵站的基坑施工工作帶來了巨大的難度[1]。當(dāng)基坑挖掘到一定深度時，經(jīng)常出現(xiàn)滲水，導(dǎo)致基坑涌水嚴重，不利于后續(xù)施工，工程質(zhì)量也受到影響。如何保持基坑施工時坑內(nèi)的干燥，是當(dāng)前很多水利工程建設(shè)中的難點和重點。管井井點降水可以人工降低地下水位，避免基坑滲水[2]。此次研究以某水閘泵站工程為例，將管井井點降水應(yīng)用到基坑施工當(dāng)中，以期為其他水利工程基坑施工提供參考和借鑒。

1 水閘泵站工程概況

修建該水閘泵站主要是為了解決河流洪水期水位上漲、出現(xiàn)城市倒灌的問題，防止城市內(nèi)澇的發(fā)生。該工程所在地區(qū)地下水位平均標(biāo)高為-10.59 m，含水層滲透系數(shù)為5.200 m/d，涌水量為623 m3/d。預(yù)計基坑開挖坡度為1∶1.5，深度預(yù)計不大于-15.70 m，坑長約500.00 m，寬約50.00 m?；由疃让黠@大于地下水位標(biāo)高，在開挖時必然會出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，因此，需要采用管井井點降水方法來開展水閘泵站基坑施工。

根據(jù)地勘資料，該工程所在位置工程地質(zhì)情況從上到下依次為：人工填土層厚2.50～5.20 m；中砂層厚1.50～4.50 m；第四系淤積層厚0.50～2.60 m；粉砂層厚2.60～6.00 m；沖積層厚0.50～1.50 m；殘積層厚1.50～4.30 m；中礫層厚2.40～4.60 m；低液限黏土層厚0.20～1.00 m。

2 管井及其井點設(shè)計

管井由井蓋、井口、出水管、電纜、井管、潛水電泵、過濾管、導(dǎo)向段、沉砂管組成。

2.1 管井井點數(shù)計算

在研究區(qū)內(nèi)基坑周圍需要布設(shè)的管井井點數(shù)計算公式如下：

式中：M為管井井點數(shù)；S為基坑總涌水量；R為單井排水量；a為含水層的滲透系數(shù)，取值見表1；b為基坑水位降深；h為地下水位標(biāo)高；c為過濾器淹沒段長度；e為井管直徑，取值為500.0 mm；g為基坑中心到河岸距離；l為過濾器進水部分長度；d為管井埋設(shè)深度，取值為20.00 m；r為過濾器半徑，取值為2.5 mm；r1為降水影響半徑。經(jīng)上述公式計算，該管井井點數(shù)共計14 個。

表1 含水層的滲透系數(shù)取值表m/d

2.2 管井井點布置

將計算的14 個管井井點在基坑周圍進行均勻布設(shè)，上、下兩側(cè)各布置4 個管井井點，間距設(shè)置為12.00～13.00 m，左、右兩側(cè)各布置3 個管井井點，間距設(shè)置為8.00～10.00 m。

3 材料及設(shè)備選用

施工過程中所用到的材料和設(shè)備選用情況如表2 所示。

表2 材料和設(shè)備選用表

4 基于管井井點降水的基坑施工方案設(shè)計

1）準(zhǔn)備施工過程中現(xiàn)場所需要的材料和設(shè)備。

2）對施工現(xiàn)場的土地進行平整，目的是保障地基土堅實穩(wěn)定[3]。具體施工過程：利用水準(zhǔn)儀測量施工地面標(biāo)高及施工高度；根據(jù)得到的參數(shù)計算需要挖填的土方量；利用挖掘機將高出水平高度的山坡土挖掘掉，然后利用運土車將土運到需要填補的地方，并盡可能做到平整；利用壓土機在現(xiàn)場進行反復(fù)壓實處理，保障地基土堅實穩(wěn)定。

3）按照管井井點布局方案，利用全站儀進行測量放線，確定井點位置。在定位過程中，需要保證井位偏差不大于50.0 mm。

4）安設(shè)護筒。在向地下鉆孔時，井口存在隨時坍塌及地下水流涌入的風(fēng)險。為避免上述情況的發(fā)生，需要在鉆孔前埋入護筒，并用粘土將外側(cè)縫隙填實[4]。護筒由鋼板卷制而成，其尺寸根據(jù)管井相關(guān)參數(shù)而定。

5）井點溝槽挖掘。當(dāng)利用管井排出地下水時，需要通過溝槽將地下水與集水坑連通，當(dāng)?shù)叵滤砍龊?，通過溝槽流入集水坑，溝槽的尺寸為600.0 mm×500.0 mm×300.0 mm（深×長×寬）。

6）井點成孔。將鉆機安排到井點所在位置，在三腳架的輔助下，采用清水水壓平衡法沖擊鉆孔。在鉆孔時，需要保證鉆孔垂直度偏差不大于1%。鉆機鉆孔直徑為115.0～350.0 mm，深度為200.00 m，角度為90°，電動機功率為33 kW。需要注意的是，當(dāng)遇到隔水黏土層，為防止孔壁出現(xiàn)泥皮，需要增加擴孔操作，保證管井的出水量。

7）換漿。換漿的作用一是保障出水量，二是防止井壁塌方。當(dāng)鉆孔深度達到0.50 m 時，將鉆具提出孔外，然后在孔中注入清水，通過清水稀釋孔中的泥漿，最后利用污水泵將泥漿排出[5]。

8）下放井管。首先在井管口利用塑料進行包裹，防止下管過程中泥沙進入到井管，使井管保持垂直狀態(tài)，并緩慢下降，井管中心點對準(zhǔn)護筒中心，并利用扶正器垂直固定。

9）填濾料。沿著井管四周緩慢地將直徑為1.0～5.0 mm 的粗砂填入到管井中。

10）洗井。為防止井內(nèi)殘存的泥沙堵住井孔，保證出水量，需要進行反復(fù)抽洗，直至抽出來的水為清水。在該過程中，如果管井內(nèi)的濾料存在下降的現(xiàn)象，則需要及時補充濾料。

11）下泵抽水。將潛水電泵順著管壁下降到井底，啟動電泵進行抽水，水流順著井點溝槽流入集水坑。在抽水過程中，需要利用水流量檢測表每隔1 h 進行1 次觀測，以便及時發(fā)現(xiàn)并處理抽水過程中泥沙堵住井孔的現(xiàn)象[6]。

以上為基于管井井點降水的基坑施工過程，經(jīng)過降水處理后，可以基本保障基坑內(nèi)干燥，為后續(xù)工作創(chuàng)造更有利的施工環(huán)境。

5 施工效果監(jiān)測與分析

5.1 監(jiān)測設(shè)備

為測試上述施工效果，還需要進行施工效果監(jiān)測與分析。本文主要進行水位觀測，觀測設(shè)備為電測水位計。水位計型號為WD85-50，全密封焊接不銹鋼探頭，適用于各種水位測量場合。該設(shè)備檢測監(jiān)測過程：準(zhǔn)備監(jiān)測設(shè)備與材料；調(diào)試電測水位計；將不銹鋼探頭放入到管井內(nèi)；每30 min讀取1 次水位數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)記錄。重復(fù)上述過程，記錄每一個管井內(nèi)地下水位施工前后的變化，并將電測水位計采集的數(shù)據(jù)繪制成表。

5.2 監(jiān)測結(jié)果與分析

利用上述電測水位計對施工前后基坑地下水位進行檢測和記錄，結(jié)果如表3 所示。從表3 中可以看出，在實施基于管井井點降水的水閘泵站基坑施工技術(shù)之后，基坑內(nèi)平均水位從-10.59 m 下降到了-16.89 m，降深達到6.30 m，低于基坑深度預(yù)計-15.70 m，說明通過該技術(shù)處理后，基坑施工時不會觸及地下水而造成地下水上涌，能夠保證基坑內(nèi)干燥。

表3 基坑地下水位表m

6 結(jié)語

水閘泵站一般都會修建在靠近水源的地方，在挖掘基坑的時候，地下水很容易上涌，淹沒基坑，不利于后續(xù)修建工程的開展?；诠芫c降水的水閘泵站基坑施工技術(shù)，通過在基坑周圍修建管井，抽取地下水，以保證基坑施工的干燥。在此次研究中以某水閘泵站工程為例，對該技術(shù)的實施過程進行了具體分析，并通過電測水位計檢測施工前后基坑中地下水位的變化，通過計算前后降深證明了所研究技術(shù)的有效性，也為類似的工程實例提供參考依據(jù)。但研究仍有需要改進的地方，即某些必要參數(shù)的取值采用的都是經(jīng)驗值，缺乏一定的理論基礎(chǔ)，因此，在這一方面有待進一步分析。