管井及輕型井點(diǎn)降水在江心洲平原的應(yīng)用

李振華，徐明剛，袁 路，薛 松，孫 凡

（江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009）

0 引言

管井降水屬?gòu)?qiáng)制式降水，實(shí)質(zhì)上就是在基坑外圍布置井點(diǎn)，在井內(nèi)進(jìn)行抽水截住地下水滲流，降低地下水位，防止基坑出現(xiàn)流砂、管涌和坑底突涌，減輕基坑壁側(cè)壓力，提高邊坡穩(wěn)定性，為基礎(chǔ)施工創(chuàng)造條件。本工程地貌為長(zhǎng)江新三角洲與江心洲平原，土層比較復(fù)雜，土壤夾層較多，垂直滲透性不好，通過(guò)管井沒(méi)有取得應(yīng)有的降水效果，局部還有滲水，我們通過(guò)輕型井點(diǎn)降水來(lái)保證地下水位處于開(kāi)挖基坑面以下，保證工程順利施工。

1 工程概況

瓜洲泵站工程位于揚(yáng)州市古運(yùn)河、儀揚(yáng)河流域東南，古運(yùn)河入長(zhǎng)江口門瓜洲閘的東側(cè)。古運(yùn)河、儀揚(yáng)河區(qū)域北至江淮分水嶺，南抵長(zhǎng)江，東臨京杭運(yùn)河，西與胥浦河流域毗鄰，總面積632 km2。區(qū)內(nèi)地勢(shì)山丘、平原、圩區(qū)兼有，西北部（沿山河以北）為儀邗丘陵，地面高程▽8.0～40 m；南部（沿山河以南）為長(zhǎng)江沖積平原，地勢(shì)平坦，溝河港汊密布，以老328國(guó)道為界，路北為平原區(qū)，地面高程▽5.2～7.5 m；路南為圩區(qū)，地面高程▽3.5～5.2 m。揚(yáng)州主城區(qū)位于流域東南部，市區(qū)85%的規(guī)劃建成區(qū)面積均位于本流域范圍內(nèi)，儀征市真州老城區(qū)和濱江新城亦位于本流域的西南部。

本工程站身基坑開(kāi)挖深度約10.0 m，屬深基坑開(kāi)挖。根據(jù)場(chǎng)地的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件以及《建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文選編》，本工程建筑物的基坑工程安全等級(jí)為一級(jí)。

2 降水方案的設(shè)計(jì)

揚(yáng)州市瓜洲泵站工程底板底面高程▽-6.2～-2.6 m，位于第四層灰、青灰色輕粉質(zhì)砂壤土夾粉砂、輕粉質(zhì)壤土上，含云母。地基土以粉砂、輕粉質(zhì)砂壤土為主，土層滲透系數(shù)大、地下水豐富，基坑周邊水源補(bǔ)給豐沛，透水層厚度大，四層土垂直向滲透系數(shù)為k=5.35×10-4cm/s，水平向滲透系數(shù)為k=1.73×10-3cm/s，具有中強(qiáng)等透水性，地基的滲流穩(wěn)定問(wèn)題為本工程的主要工程地質(zhì)問(wèn)題之一。為確保有效地抽排和降低基坑范圍內(nèi)的滲透水，基坑地下水采用深井降水。對(duì)局部深井降水不能輻射到的區(qū)域，出現(xiàn)的明水現(xiàn)象，采取沿基坑四周設(shè)置明排水，采用輕型井點(diǎn)降水的施工方法，確保降水效果。具體根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際開(kāi)挖情況配合降水。

古運(yùn)河常年平均水位4.8 m，泵站底板最低處開(kāi)挖高程為▽-6.2 m，根據(jù)地質(zhì)資料顯示，構(gòu)成基坑臨時(shí)性邊坡的土層主要為：

第1層（Q4ml）：人工堆土，為灰、灰黃色重、輕粉質(zhì)壤土雜重粉質(zhì)砂壤土，雜碎石、瓦礫，局部為耕作土、路基，土質(zhì)不均。

第2層（Q4al+pl）：灰、青灰色輕粉質(zhì)砂壤土夾重粉質(zhì)壤土。

第3層（Q4al+pl）：灰色重、輕粉質(zhì)壤土，局部夾砂壤土。

第4層（Q4al+pl）：灰、青灰色輕粉質(zhì)砂壤土夾粉砂、輕粉質(zhì)壤土，含云母。

第4-1層（Q4al+pl）：灰、青灰色輕粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤土。

以上各層土抗沖刷能力均較差。

基坑坑底和坑壁均以粉質(zhì)壤土和砂壤土為主，其中第1層土垂直滲透系數(shù)為4.21×10-5cm/s、水平滲透系數(shù)為4.3×10-5cm/s；第2層土垂直滲透系數(shù)為7.03×10-4cm/s、水平滲透系數(shù)為3.6×10-4cm/s;第3層土垂直滲透系數(shù)為7.76×10-5cm/s；第4層土垂直滲透系數(shù)為5.35×10-4cm/s、水平滲透系數(shù)為1.73×10-3cm/s；第4-1層土垂直滲透系數(shù)為1.32×10-4cm/s、水平滲透系數(shù)為3.13×10-4cm/s。

地質(zhì)報(bào)告顯示，2～4層土中具有夾層互層。

本泵站工程主體基坑擬采用深井降水，管井材料采用無(wú)砂透水混凝土管，設(shè)計(jì)管井內(nèi)徑為300 mm，設(shè)計(jì)深井底高程▽-25.0 m，布置間距為20～25 m。

3 降水井設(shè)計(jì)計(jì)算

本工程泵站基坑開(kāi)挖最深處高程為▽-6.20 m（泵站底板），因此地下水在泵站基坑位置應(yīng)至少降至▽-6.70 m以下，方能滿足泵站底板施工要求。

深井包圍的基坑總面積A=80×180=14400 m2。計(jì)劃沿泵站及清污機(jī)橋基坑四周環(huán)形布置34口深井，井底高程均為▽-25.0 m，上下游引河段施工時(shí)，計(jì)劃布置25套輕型井點(diǎn)進(jìn)行輔助降水。

基坑降水計(jì)算：

由于管井底未到不透水層及承壓水層，故該區(qū)域降水按無(wú)壓非完整井計(jì)算。

參數(shù)選取[1]：粉土滲透系數(shù)k=1.494 m/d；降水曲線坡度i=0.1；管井井點(diǎn)半徑r=0.15 m；井點(diǎn)個(gè)數(shù)n=34；水位降低值s=10.6 m；過(guò)濾管長(zhǎng)度l=6.7 m；降水區(qū)域?qū)扡1=80 m，長(zhǎng)L2=180 m。

（1）每一眼井的排水容量的計(jì)算

深井降水計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1，排水容量按公式（1）計(jì)算：

式中：

q—每一眼井的排水容量，m3/d；

k—含水層的滲透系數(shù)，m/d ；

r—降水井半徑（半徑0.15 m），m；

l—濾水高度（0+6.7=6.7 m），m；

R—抽水時(shí)水位出逸坡降影響圈的半徑，m。

計(jì)算參數(shù)：k=1.73×10-3cm/s=1.494 m/d；

水位線至井點(diǎn)過(guò)濾管上端距離s'：

由s'/（s'+l）=0.56知含水層有效深度H0：

抽水影響半徑R：

假象半徑x0：

抽水影響半徑R0：

代入公式（1）得每一眼井的排水容量q：

圖1 深井降水計(jì)算簡(jiǎn)圖

（2）閘塘系統(tǒng)涌水量的計(jì)算

閘塘系統(tǒng)涌水量按公式（2）計(jì)算：

式中：

Q—系統(tǒng)排水容量，m3/d；

k—含水層的滲透系數(shù)（1.494 m/d），m/d；

H0—含水層的厚度（40 m），m；

S—地下水在各深井中降低的深度（即3.9+23.5=27.4 m），m；

R—抽水時(shí)水位出逸坡降影響圈的半徑（159 m），m；

r0—排水裝置假想半徑（67.7 m），m。

計(jì)算參數(shù)：k=1.73×10-3cm/s=1.494 m/d；

地下水水頭：▽3.9 m；

井底高程：▽-25.0 m；

井內(nèi)水泵安放高程：▽-23.5 m。

代入公式（2）得

（3）深井?dāng)?shù)量

深井?dāng)?shù)量按公式（3）計(jì)算：

考慮到建筑物布置和降水井置間距，設(shè)計(jì)泵站及清污機(jī)橋基坑共布置34口降水深井,其中在泵站主基坑布置18口降水井，泵站上下游翼墻和清污機(jī)橋布置16口降水井以滿足本工程基坑施工降低地下水的需求[2]。

盡管理論計(jì)算能夠滿足基坑降水要求，由于本工程土層比較復(fù)雜，長(zhǎng)江流域土壤夾層較多，垂直滲透性與水平滲透性基本相同，實(shí)際影響可能跟計(jì)算略有出入。為安全起見(jiàn)，在泵站基坑中心布置臨時(shí)水位觀測(cè)井，必要時(shí)在清污機(jī)橋、上下游翼墻、引河等部位布置臨時(shí)水位觀測(cè)井。施工過(guò)程中，每天定期檢測(cè)地下水位的實(shí)際情況，并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確?；咏邓Ч麧M足施工要求。

（4）泵型選擇

根據(jù)降水井單井出水量432 m3/d和降水深度，擬選擇流量20 m3/h、揚(yáng)程35 m的潛水泵，考慮到降水前期出水量較大，另配置部分流量30 m3/h、揚(yáng)程30 m的潛水泵。

考慮到檢修及備用，共配備流量20 m3/h、揚(yáng)程35 m的潛水泵40臺(tái)，流量30 m3/h、揚(yáng)程30 m的潛水泵10臺(tái)[3]。

2017年7月中標(biāo)、進(jìn)場(chǎng)，8月初開(kāi)始降水井施工，8月下旬降水井施工結(jié)束，降水滿足施工要求，然后開(kāi)始基坑一期開(kāi)挖，9月中旬基坑一期開(kāi)挖結(jié)束。9月份開(kāi)始基礎(chǔ)地下連續(xù)墻和基礎(chǔ)灌注樁施工，10月下旬基礎(chǔ)施工結(jié)束。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)，得到如圖2所示的降水曲線1—1剖面圖（其中站身底板為理論推測(cè)水位），由于管井作用地下水位處于▽-9.8 m左右，而泵站基坑開(kāi)挖最深處高程為▽-6.20 m（泵站底板），理論上開(kāi)挖不存在問(wèn)題。

圖2 瓜洲泵站降水井降水曲線1—1剖面圖

由于本工程土層比較復(fù)雜，長(zhǎng)江流域土壤夾層較多，垂直滲透性與水平滲透性基本相同，實(shí)際降水沒(méi)有取得預(yù)想效果，土壤夾層之間還有豐富的層間水，為施工帶來(lái)許多不確定因素。為了基坑更好、更快的施工，經(jīng)過(guò)技術(shù)比較并考慮施工時(shí)間，為減少施工費(fèi)用，項(xiàng)目采用管井與輕型井點(diǎn)降水相結(jié)合。

根據(jù)基坑的形成情況、土層含水量、滲透系數(shù)、施工面積，充分考慮每組井點(diǎn)機(jī)組的影響面積，采用環(huán)形井點(diǎn)降水，每根井點(diǎn)降水管間距1.5 m左右，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間降水觀測(cè)，觀測(cè)地下水位為▽-6.7 m，即水位低于底板最低處50 cm，滿足施工要求；項(xiàng)目部，在基坑二次開(kāi)挖方案報(bào)請(qǐng)監(jiān)理審批，組織作業(yè)相關(guān)人員安全及技術(shù)交底，根據(jù)項(xiàng)目的要求，施工班組先進(jìn)行探挖，但發(fā)現(xiàn)基坑的地下水位遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基坑外圍水位，與理論和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)不一致；經(jīng)分析基坑地連墻帷幕施工結(jié)束后，查基坑地質(zhì)得知此位置有夾層水，基坑夾層水經(jīng)外圍降水需要較長(zhǎng)時(shí)間，基坑二次開(kāi)挖為泵站施工的主線，開(kāi)挖的滯后將嚴(yán)重影響工期，經(jīng)監(jiān)理、建設(shè)單位、施工單位聯(lián)合商定，采取輕型井點(diǎn)對(duì)地下連續(xù)墻帷幕內(nèi)的基坑內(nèi)夾層水進(jìn)行處理，按照縱向間隔12 m分別布置輕型井點(diǎn)施工，輕型井點(diǎn)降水施工工藝[4]，見(jiàn)圖3。

圖3 施工工藝流程圖

經(jīng)過(guò)48 h降水，作業(yè)班組進(jìn)行探挖，發(fā)現(xiàn)水位明顯降低，滿足開(kāi)挖條件，經(jīng)過(guò)兩輪次的施工，完成基坑開(kāi)挖。圖4為輕型降水布置圖。

圖4 輕型降水布置圖

4 結(jié)語(yǔ)

本工程采用了深井和輕型井點(diǎn)降水的方案，很好的解決了長(zhǎng)江新三角洲與江心洲平原，土層比較復(fù)雜，土壤夾層較多，垂直滲透性不好，通過(guò)管井沒(méi)有取得應(yīng)有的降水效果，從而縮短土方開(kāi)挖施工工期，降低施工成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]王佩云，肖緒文，等 . 建筑施工手冊(cè)[M] . 北京：《建筑施工手冊(cè)》第5版編委會(huì)，2013：599-600 .

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) . 建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范：GB 50202-2002[S] . 北京：中華人民共和國(guó)建設(shè)部，2002：4 .

[3]劉清華 . 淺談管井的概念原理及其在施工中應(yīng)用[J] .水利建設(shè)與管理，2010（02）：25-33 .

[4]汪亮，吳達(dá)，李盛 . 井管與井點(diǎn)相結(jié)合的降排水方案在降低地下水位中的應(yīng)用[J] . 江蘇水利，2016 （09）：9-12 .