管井降水法在沙河渡槽工程中的研究和應(yīng)用

劉　嘉

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州730050）

管井降水法在沙河渡槽工程中的研究和應(yīng)用

劉嘉

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州730050）

摘要：通過對管井降水法進(jìn)行分析，并根據(jù)工程實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行現(xiàn)場降水效果試驗(yàn)，確定了滿足工程要求的管井井型結(jié)構(gòu)及管井布置方案，查明了工程區(qū)含水層的地層結(jié)構(gòu)，獲取工程區(qū)內(nèi)地層滲透系數(shù)k、影響半徑r值等；將管井降水法應(yīng)用于沙河渡槽基坑降水，有效保證了降水效果，改善了土的性質(zhì)；大大改善施工操作條件，提高了工效，加快了工程進(jìn)度。

關(guān)鍵詞：管井降水；井型結(jié)構(gòu)；布置方案；降水效果

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.03.012

1　工程基本情況

沙河渡槽工程是南水北調(diào)中線規(guī)模最大、技術(shù)難度最復(fù)雜的控制性工程之一，是南水北調(diào)中線一期工程的重要組成部分。南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南～黃河南段沙河渡槽段工程位于河南省魯山縣城東，箱基渡槽段總長3 534 m，設(shè)計(jì)樁號(hào)SH（3）4+504.1～SH（3）8+038.1，位于沙河左岸，穿越漫灘，I級(jí)階地、II級(jí)階地。

2　存在的問題

按設(shè)計(jì)要求，所有沙河渡槽主體工程建筑物的基礎(chǔ)開挖應(yīng)在旱地進(jìn)行施工，保證地下水位在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)高程以下50 cm。基礎(chǔ)開挖設(shè)計(jì)基底標(biāo)高112～117.512 m（包括換填基礎(chǔ)段）。通過前期在工程現(xiàn)場開挖探坑顯示，施工區(qū)地下水位高程約115.266 m。基坑開挖時(shí)需要進(jìn)行降水，降水深度0～4 m，以保證基礎(chǔ)在干地環(huán)境施工。

3　井點(diǎn)降水法簡述

井點(diǎn)降水法就是在基坑開挖前，沿開挖基坑的四周或一側(cè)、二側(cè)埋設(shè)一定數(shù)量深于坑底的井點(diǎn)濾水管或管井，以總管連接或直接與抽水設(shè)備連接從中抽水，使地下水位降落到基坑設(shè)計(jì)底高程0.5～1.0 m以下，以便在無水干燥的條件下開挖土方和進(jìn)行基礎(chǔ)施工。

井點(diǎn)降水方法的種類有：單層輕型井點(diǎn)、多層輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)、深井井點(diǎn)、無砂混凝土管井點(diǎn)以及小沉井井點(diǎn)等。

4　井點(diǎn)降水方案設(shè)計(jì)

根據(jù)地層透水層位置、厚度、土層的滲透系數(shù)、水的補(bǔ)給源、井點(diǎn)布置形式，要求降水深度以及施工技術(shù)水平等情況，作出技術(shù)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能比較后確定，選用滿足降水要求的方案。表1為各種井點(diǎn)適用的土層滲透系數(shù)和降水深度情況。

表1　各種井點(diǎn)的適用范圍

本工程透水層為砂卵石層，水層滲透系數(shù)達(dá)75m/d，同時(shí)開挖范圍較大，降水持續(xù)時(shí)間較長，降水深度約為1.0～4.0 m，現(xiàn)場集水井開挖施工，成孔困難；布置輕型井點(diǎn)降水井點(diǎn)管打設(shè)有難度（地層中有較大卵石），加之輕型井點(diǎn)降水出水量小等原因，不適宜現(xiàn)有地質(zhì)條件，為此擬采用管井井點(diǎn)法降水。

5　管井降水現(xiàn)場試驗(yàn)

（1）根據(jù)工程降水要求及現(xiàn)場條件，為取得合理的管井參數(shù)及布置方法，確保工程降水效果滿足基礎(chǔ)施工要求，在沙河渡槽樁號(hào)SH（3）6+604.1適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行了現(xiàn)場降水試驗(yàn)。

（2）水井設(shè)計(jì)：井深15 m，井徑600 mm，混凝土無砂井管外徑420 mm，內(nèi)徑330 mm，過濾器采用混凝土無砂管；采用3～5mm礫石作濾料。井的布置：其中4眼井布置在正方形的4個(gè)角點(diǎn)，邊距為15 m；1眼布置在正方形中心（見圖1、2所示）。

圖1　試驗(yàn)井點(diǎn)平面布置示意圖

圖2　混凝土無砂管井構(gòu)造

（3）成井工藝

抽水井及觀測井采用反循環(huán)施工工藝，清水鉆進(jìn)成孔，孔徑Ф600，一徑到底，濾水管內(nèi)徑330 mm，填礫厚度100-150 mm。管井成井工藝流程為：測放井位—鉆機(jī)就位—鉆孔—清孔換漿—井管安裝—填礫—洗井—置泵試抽水—正常抽水試驗(yàn)。

6　現(xiàn)場抽水試驗(yàn)

采用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)與群孔干擾抽水試驗(yàn)。穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)：在1個(gè)主孔內(nèi)抽水，1個(gè)觀測孔觀測地下水位。

群孔干擾抽水試驗(yàn)：在影響半徑范圍內(nèi)，兩個(gè)或兩個(gè)以上管井中同時(shí)進(jìn)行的抽水試驗(yàn)；通過干擾抽水試驗(yàn)確定水位下降與總涌水量的關(guān)系，從而預(yù)測一定降深下的出水量或一定定額出水量下的水位降深值，同時(shí)為確定合理的布井方案提供依據(jù)。

6.1第一階段（穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)）

4#孔為抽水孔，1#孔作為觀測孔，先期用QS80-20-7.5水泵試抽，直接轉(zhuǎn)入第一次降深動(dòng)水位穩(wěn)定后，第一次降深結(jié)束。立即進(jìn)行恢復(fù)水位觀測，與靜止水位接近后，換用QS140-20-13水泵做S2、S3降深，為了驗(yàn)證在經(jīng)多次抽水后地下水降深變化情況，又用QS140-20-13水泵作了二次降深值測試（見圖3、4所示）。

6.2第二階段（群孔干擾抽水試驗(yàn)）

5#井為觀測孔，1#、2#、3#、4#為抽水井，做一次降深測試。

抽水試驗(yàn)基本數(shù)據(jù)見表2、3，各觀測井降深情況見表4。

表2　抽水孔4#抽水試驗(yàn)基本數(shù)據(jù)表

7　研究結(jié)論

（1）根據(jù)穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，按照《水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程》（SL320－2005）中提供的公式進(jìn)行計(jì)算：

表3　抽水孔4#抽水試驗(yàn)基本數(shù)據(jù)表（復(fù)測）

表4　各觀測井降深情況表

k——含水層滲透系數(shù)，m/d；

Q——管井涌水量，即抽水量，m3/d；

H——含水層的厚度，m；

S1——第一個(gè)觀測井水位降深，m；

r1——觀測井與抽水井的距離，m；

b——抽水井到河的距離，m。

圖3　抽水井抽水總過程S-T曲線

（2）群孔干擾抽水試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算按照《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中的公式進(jìn)行計(jì)算

k——含水層滲透系數(shù)，m/d；

圖4　抽水井抽水總過程Q-T曲線

S——觀測井水位降深，取0.99 m；

H——潛水含水層厚度，取11.5 m；

Q——總涌水量m3/d；

R0——基坑等效半徑與降水井影響半徑之和，，其中R采用穩(wěn)定流計(jì)算結(jié)果的51 m；

r1、r2、r3、r4——觀測井與抽水井的距離，取11 m；

n——抽水井?dāng)?shù)量，取4。

圖5　群孔試驗(yàn)過程S-T曲線

圖6　群孔試驗(yàn)過程Q-T曲線

通過以上兩種方法計(jì)算分析，對穩(wěn)定流具有觀測孔時(shí)計(jì)算k值111.25 m/d，群井干擾抽水計(jì)算k值為179.36 m/d，兩者相差較大（見圖5、6所示），工程降水中采用了穩(wěn)定流計(jì)算結(jié)果，抽水影響半徑約51 m，滿足施工降水的要求。

8　結(jié)束語

（1）通過對井點(diǎn)降水法進(jìn)行工藝研究和現(xiàn)場試驗(yàn)，確定了滿足工程要求的管井井型結(jié)構(gòu)及管井布置方案，查明了含水層的地層結(jié)構(gòu)，復(fù)核含水層的滲透系數(shù)獲取本地段綜合地層滲透系數(shù)k、影響半徑r值等；

（2）通過管井降水法在沙河渡槽基坑降水的應(yīng)用，有效保證了降水效果，同時(shí)由于土中水分排除后，動(dòng)水壓力減小或消除，并防止流砂現(xiàn)象的發(fā)生，大大提高了邊坡的穩(wěn)定性，邊坡可適當(dāng)放陡，減少土方開挖量；

（3）采用管井降水工藝后，由于滲流向下，動(dòng)水壓力加強(qiáng)重力，增加土顆粒間的壓力使坑底土層更為密實(shí)，改善了土的性質(zhì)；大大改善施工操作條件，提高了工效，加快工程進(jìn)度。但井點(diǎn)降水設(shè)備一次性投資較高，施工降水運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較大，在工程施工中應(yīng)合理地布置和適當(dāng)?shù)匕才殴て冢詼p少作業(yè)時(shí)間，降低排水費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)：

［1］水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)范［S］.北京.中國水利水電出版社，2005.

［2］供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.北京.中國計(jì)劃出版社出版，2001.

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［4］巖土工程勘察規(guī)范［S］.北京.中國建筑工業(yè)出版社，2001.

［5］南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局.南水北調(diào)中線干線工程主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯編［S］，2009.

中圖分類號(hào)：TV672+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2015-12-11

作者簡介：劉嘉（1983-），女，漢族，黑龍江哈爾濱人，大學(xué)本科，工程師，主要從事水利水電工程專業(yè)課程的講授工作。