街津口閘基坑降水方案的研究及應用

張俊鋒 楊國蘭

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 475000)

街津口閘基坑降水方案的研究及應用

張俊鋒 楊國蘭

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 475000)

由于地質條件變化，原設計閘基坑周圍地下連續墻無法施工，為了解決基坑施工受地下水的影響，通過對多種方案進行對比分析并進行現場基坑抽水試驗，最終確定了基坑采用深井降水方案，成功的將地下水位降低至閘基坑開挖底板高程以下1 m，確保了基坑開挖和構筑物施工在旱地進行。

基坑，地下連續墻，抽水試驗，深井降水

1 工程概況

蓮花河街津口閘是三江治理工程黑龍江流域最大的水利工程建筑，閘址河床高程在EL43.3 m～EL45.28 m左右，地下水位高程為EL46 m左右，閘基坑開挖高程為EL38 m，閘址區地下水含水層巖性為級配良好中砂、級配良好中礫，底部高程EL31.0 m以下為低液限粘土，隔水性較好。地下水與河水水力聯系密切，水位隨蓮花河水位變化而波動。為了保證基坑開挖及水閘建筑物施工，必須解決地下水向基坑滲漏問題。

原設計街津口閘基坑四周設置多頭小直徑攪拌樁連續防滲墻，墻底高程為EL31.0 m，以攔截地下水向基坑側滲漏，確?；邮┕て诎踩?。由于砂礫石中含有較大直徑的礫石，在多個不同部位試樁時均造成卡鉆無法施工，需要對原設計方案進行必要修正，以確保工程順利實施。

2 解決基坑地下水問題的方案比選

目前國內外在實現深基坑干地作業所采用的方法大致分為三類，第一類是單純的強降水，即將基坑區域內的地下水強行降低到開挖面以下；第二類是全方位截滲，即采用防滲墻將含水層的地下水堵截，全面切斷基坑內外的地下水聯系；第三類是截滲與降水相結合的方法。根據地質情況，多頭小直徑攪拌樁無法實施，可供選擇的方案有高壓旋噴樁防滲墻、混凝土地下連續墻、深井降水。

如果采取其他形式的防滲墻，河道部位的防滲墻必須等圍堰填筑完成后沿上下游圍堰軸線施工，工期長，費用高，而且基坑周圍一圈的防滲墻封閉后，還要采取措施對防滲墻封閉圈內的地下水進行抽排后才能進行基坑開挖。

如果采用深井降水，可以先施工基坑左右河道兩岸的降水井，待圍堰合龍后，將基坑河水排干，并運行兩側降水井將地下水降低到河床底部以下后，可同時進行基坑的第一層開挖以及圍堰內側基坑上下游側的降水井施工，所有降水井投入運行將地下水降到設計高程，將基坑也開挖到設計高程，并開始進行水閘建筑物的施工。

3 基坑降水抽水試驗

3.1 抽水試驗的目的和任務

1)對井結構及單井出水量進行測驗；

2)通過抽水試驗求得含水層的綜合滲透系數及影響半徑；

3)確定單井最大出水量、干擾出水量，計算基坑總涌水量，最終確定基坑降水方案，合理地選擇水泵泵型；

4)確定最佳的井間距，完全攔截外圍地下水向基坑的側向補給。

3.2 試驗場地的選擇

單井抽水試驗選擇時考慮到作業方便、代表性等因素，試驗場地選擇在街津口閘左側上游部位，該處地下水位埋深3 m左右，供電及排水條件均較好，符合開展試驗的主要條件。通過試驗，確定單井出水量、滲透系數、影響半徑等基本的設計數據，為閘基坑降水設計計算提供參數。

3.3 試驗井的結構及平面布置

抽水井(單井試驗井)井深為21 m，成井直徑700 mm，井管全部采用直徑500 mm的鋼管，其中下部15 m的橋式濾水管作為過濾器，上部為實管，濾管外包60目濾網，各管接頭部位采用焊接接頭。濾料為豆石(1-5 mm)。

1號、2號、3號觀測井井深21 m，成孔直徑500 mm，井管全部采用直徑300 mm的UPVC管，下部15 m為花管，濾料為豆石(1-5 mm)。

為了保證井的出水量以及觀測井的水位變化靈敏度，所有井采用反循環鉆機進行鉆孔，泥漿護壁，成井后立即大泵量抽水洗井直到完全出清水為止。

1號、2號、3號觀測井距離抽水井的距離分別為3 m,8 m,15 m，具體情況如圖1所示。

3.4 試驗步驟

由于考慮到地下水含水層巖性比較單一、滲透系數較大、抽水井水位降深較小，因此試驗采用單井穩定流兩次降深進行數據收集及計算。

1)先進行單井一次降深抽水試驗：抽水井采用水泵(250QJ80-20/7.5)抽水，穩定出水量為90 m3/h；1號、2號、3號觀測井進行觀測。一次降深抽水穩定后停機恢復水位，并更換水泵。

2)二次降深抽水試驗：恢復水位穩定后，采用水泵(250QJ125-32/18.5)抽水。穩定出水量175 m3/h， 1號，2號，3號井進行觀測。二次降深抽水穩定后停機恢復水位，試驗結束。

3.5 抽水試驗數據觀測要求

1)抽水井動水位、觀測井水位均采用電測水位計同步觀測(每口井各一支)。抽水試驗均需要進行靜止水位觀測(靜止標準：連續2 h水位變化不大于1 cm)。在每口井抽水開始后的5 min,10 min,15 min,20 min,25 min,30 min分別進行水位觀測，以后每隔30 min觀測一次，3 h后改為1 h觀測一次。

2)抽水結束后立即觀測恢復水位，觀測時間每隔 30 min觀測一次，直至穩定。

3)抽水井出水量采用水表觀測，抽水試驗開始后每隔1 h進行觀測一次。

4)水位穩定符合規范要求：2 h內變幅不大于1 cm，穩定延續時間不少于6 h。

5)現場記錄均采用規范的表格進行記錄。字體均比較工整、清晰，觀測人員簽字確認。

3.6 試驗數據成果

試驗數據成果匯總見表1。

表1 抽水試驗成果匯總表

4 水文地質參數計算及整理分析

4.1 滲透系數K值計算

1)利用裘布衣公式法求K值:

適用條件：潛水含水層，多孔完整井。

其中，Q為抽水量，m3/d；K為滲透系數，m/d；H為含水層厚度，m；S1，S2分別為第1，2個觀測井水位降深，m；r1，r2分別為第1，2個觀測井距抽水井距離，m。

滲透系數K值計算成果見表2。

剔除一些不合理的結果，最終確定K平均值218 m/d。

2)考慮鄰河因素，利用裘布衣公式法求K值(1個觀測孔)：

適用條件：潛水含水層，鄰河、完整井、觀測線垂直岸邊且近河一邊，1個觀測孔。

其中，b為河水岸邊距抽水井距離，m；其他字母含義同前，見表3。

表2 滲透系數K值計算成果表(一)

表3 滲透系數K值計算成果表(二)

經過驗算剔除一些不合理的結果，最終確定K平均值為98 m/d。

3)考慮鄰河因素，利用裘布衣公式法求K值(2個觀測孔)。

適用條件：潛水含水層，鄰河、完整井、觀測線垂直岸邊且近河一邊，1個觀測孔。

字母含義同前，見表4。

表4 滲透系數K值計算成果表(三)

剔除一些不合理的結果，最終確定K平均值為246 m/d。

上述三種方法計算出的滲透系數差別不大，為了更接近實際，取三次計算的平均數，即K值為187 m/d，這個數值和勘探地質資料上提供的滲透系數接近。

4.2 影響半徑R計算

利用裘布衣公式法計算影響半徑。

其中，R為影響半徑;其他字母含義同前。

考慮到1號井距離抽水井較近，受地下水流影響較大，因此影響半徑采用2號和3號抽水井觀測的數據計算結果取影響半徑R=500 m，這個結果也和礫石層的經驗數值較為接近，見表5。

表5 影響半徑計算成果表

4.3 水文地質參數成果

根據以上穩定流各種實用條件下所得出的結果分析，進行選取水文地質參數,見表6。

表6 水文地質參數推薦值表

本次單井抽水試驗所得出的水文地質參數將用于下一步閘基坑的深井降水設計。

5 閘基坑深井降水方案設計

5.1 降水深度

地下水水位標高為EL46.0 m，為滿足施工要求，地下水位降至基坑底1.0 m(基坑底部高程為EL38.0 m)，故水位降深S=46 m-37.0 m=9.0 m。

5.2 含水層水文地質參數確定

1) 滲透系數K。

根據抽水試驗結果，滲透系數K=187 m/d。

2)影響半徑R。

根據抽水試驗數據計算影響半徑R=500 m。

3)基坑等效半徑r0。

基坑視為矩形基坑，r0=0.29(a+b)。

其中，a，b分別為基坑的長和寬，a=210，b=110。

經計算，r0=0.29×(210+110)=92.8 m。

5.3 基坑總涌水量

采用矩形基坑潛水完整井基坑涌水量計算公式：

其中，Q總為基坑總涌水量，m3/d；K為滲透系數，取K=187 m/d；H為潛水層厚度，H=46-31=15 m；S為降水深度，S=46-37.0=9.0 m；r0為等效半徑，r0=92.8 m；R0為等效引用半徑；R0=R+r0=592.8 m。

經計算,基坑總涌水量Q總=59 946 m3/d。

5.4 干擾井單井出水量

根據計算的基坑總涌水量，采用以下公式進行基坑降水井數量假設和試算，當試算出的干擾單井出水量總和略大于上述計算的基坑總涌水量時，此時假設的降水井數量就是實際所需要的數量。

5.5 總井數

為確保降水安全系數，實際井數按1.1倍的計算數量考慮，因此現場實際打井個數為1.1×25=28口。

5.6 降水井布置

按照基坑降水設計計算結果，在街津口閘四周布置28眼降水井，基坑內部布置2眼觀測井。考慮基坑補水方向，基坑上、下游側各布置9眼井，間距23.0 m；左、右側各布置5眼井，間距20 m。

5.7 降水井結構

1)井口：井口應高于地面以上30 cm，以防止地表污水及泥土滲入井內。

2)井壁管：井壁管均采用焊接鋼管，直徑500，壁厚3 mm。

3)濾水管：本方案采用橋式濾水管，濾水管的直徑、壁厚與井壁管相同。

4)沉淀管：沉淀管焊接在濾水管底部，成錐形，長度為1.0 m。

5)濾料：地面以下2.0 m至孔底部位圍填中粗砂濾料，其上粘土封閉。

6)井底高程控制。

考慮到水泵高度較大，而且基坑降水深度較大，水位降低到設計高程后，剩余的含水層厚度只有5 m～6 m，濾管進水量受到限制。因此將井底高程適當降低到含水層以下，使含水層的水跌落至井內，同時也可以使水泵始終處于一定的淹沒深度，綜合考慮各方因素，降水井井底高程控制在EL23.0 m。

6 結語

本工程基坑降水根據設計方案進行實施。降水井成孔采用反循環SPC100型鉆機進行施工，有效的防止了地層內滲入過多泥漿而影響井的出水量，成井質量較好。

根據總體安排，先進行河道兩岸的降水井施工，圍堰合龍及圍堰內河水抽排完成后，開始進行河道兩岸降水井的運行，將地下水位降低到河床高程以下1 m，實際地下水位降深達到5 m，滿足了基坑第一層的開挖條件。與此同時進行基坑上下游側河道內的降水井施工，并最終全部投入運行。

前期降水井全部抽水3 d后將地下水位降低到EL36 m高程，后通過運行井數量的調節以及地下水位觀測結果，最終運行的降水井為21口，單井干擾出水量平均為95 m3/h，地下水位穩定在EL36.5 m的高程，實際基坑總涌水量小于計算量的22%。根據基坑開挖后揭露的地質情況分析，實際的含水層巖性狀況不均，有部分砂礫層含泥量較大，造成這部分的含水層實際滲透系數較小，從而減少了河水的補給量。

通過本工程深井降水方案的研究與實施，有效的解決了施工中出現的困難，不僅加快了工程總體的施工進度，而且施工費用也略有降低。因此，在一定的地質條件下，采用深井降水技術代替地下防滲墻可以很好的解決深基坑地下水滲透問題，并且具有施工速度快，造價低的絕對優勢。

[1] JGJ/T 111—1998,建筑與市政降水工程技術規范[S].

[2] 張永波.基坑降水工程[M].北京：地震出版社，2000：26-63.

[3] 中國地質調查局.水文地質手冊[M].第2版.北京：地震出版社，2012：636-683.

StudyandapplicationofdewateringmethodologyforsluicefoundationpitatJiejinkou

ZhangJunfengYangGuolan

(SinohydroBureau11Co.,Ltd,Zhengzhou475000,China)

Due to change of geological condition, construction of diaphragm wall aroundthe sluice foundation pit as per the original design cannot be carried out. In order to solve the influence on foundation pit excavation by groundwater, through comparative analysis of the various schemes and on-site pit pumping test, finally deep well dewatering methodology for foundation pit is adopted, the underground water level is successfully lowered to 1 m below bottom excavation elevation, which ensures that pit excavation and structure construction can be carried out indryland condition.

foundation pit, diaphragm wall, pumping test, deep well dewatering

2017-10-07

張俊鋒(1974- )，男，高級工程師

1009-6825(2017)35-0054-03

TU463

A