王立明

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，遼寧 沈陽 110166）

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

遼陽配水站位于遼陽市朝光附近川心店村，配水站主要建筑物有配水閥室、調(diào)流閥室、流量計室以及閥門井、空氣閥井等建筑物，各建筑物均為半地下結(jié)構(gòu)。遼陽配水站廠區(qū)地下水水位埋深0.6～1.0 m，場地面高程14.98～15.20 m。周圍為水稻田。區(qū)地貌屬斷陷堆積地形—太子河沖積低平原—緩傾斜高地，地形平緩，根據(jù)現(xiàn)場鉆井揭露的地層巖性為第四系全新統(tǒng)沖洪積物，場地巖層巖性自上而下依次為：①耕植土，厚度為0.3～0.4 m；②粉質(zhì)粘土：層厚1.9～3.6 m ；（②-1）粘土：層厚 1.6～4.3 m；③粉質(zhì)粘土：厚度0.7～2.0 m；④礫砂：0.6～4.65 m；⑤中砂：最小層厚0.65 m，揭露最大層厚6.8 m，全廠區(qū)均有分布；⑥圓礫：該層呈中密～密實狀態(tài)，最大粒徑可達80 mm，局部為卵石，廠區(qū)均有分布，孔深15 m范圍內(nèi)未穿透此層，揭露最大層厚7.7 m。

地質(zhì)勘測測得的中砂層的滲透系數(shù)為29.93 m/d、圓礫層滲透系數(shù)為75.63 m/d。

2 降水方案選擇

在閥室地下基礎(chǔ)開挖時，因廠區(qū)地下水埋深較淺，出現(xiàn)了邊坡大面積涌水、塌方等現(xiàn)象，致使施工難以繼續(xù)，必需對邊坡進行防護，為此，選定了3種施工方案進行比選：1）采用鋼板樁等進行邊坡支護；2）輕型井點降水；3）深井井點降水。地質(zhì)資料及現(xiàn)場鉆井試驗結(jié)果表明，透水層主要為礫砂、中砂及圓礫層，而圓礫層為滲透系數(shù)最大，埋深在15 m以上（15 m鉆孔未穿透該層）認為鋼板樁等防護措施很難穿透圓礫層，地下水可通過圓礫層繞滲進入基坑，鋼板樁難以起到很好的防護效果；同樣，輕型井點為小口徑井眼，鉆孔時難以對井壁進行支護，井眼需穿透粘土層、砂礫層并進入圓礫層，由于圓礫層含有大量圓礫，在進行試鉆時經(jīng)常出現(xiàn)卡鉆、淤堵等問題，致使井眼作廢；深井井點采用沖擊鉆鉆孔，可隨時對井壁進行防護，有效地解決了輕型井眼出現(xiàn)的問題。根據(jù)以上分析及實驗，確定施工降水主要以深井井點為主，閥室采用先井點降水后明溝排水的方式排出地下水，井室、管道管溝采用深井井點方法進行降水。

3 降排水設(shè)計及計算

3.1 計算說明

由于廠區(qū)周邊均為稻田，為不影響稻田灌溉，決定降水在10月份稻田停止灌溉后再進行，根據(jù)地質(zhì)勘測資料推算，此時地下水位埋深為1.7 m，井點均進入圓礫層，因此降水計算均按圓礫層考慮。配水閥室基礎(chǔ)位于圓礫層，后期明溝排水按圓礫層計算；流量計室及調(diào)流閥室基礎(chǔ)位于中砂層，后期明溝排水按中砂層計算。

3.2 明溝基坑涌水量計算

各閥室底板混凝土施工完成后，降水方式由井點改為明溝排水，此次計算按大井法估算，基坑涌水量按下式計算：

式中：Q——基坑總涌水量，m3/d；K——土的滲透系數(shù)，m/d，配水閥室取100，流量計室及調(diào)流閥室取30；S——抽水時坑內(nèi)水位下降值，m；H——抽水前坑底以上的水位高度，m；R——抽水影響半徑，m，按表1選用；r0——引用（假想）半徑，m，對矩形基坑對不規(guī)則形基坑，＜2～3時r0＝0.565 A，＞2～3 時 r0＝u/π，其中 a，b 為矩形基坑的邊長（m），u為基坑周長（m），A 為基坑面積（m2），η 為系數(shù)，取值見表2；m0——從坑底到下臥不透水層的距離，m。

表1 抽水影響半徑R值

表2 系數(shù)值

在選擇水泵考慮水泵流量時，因最初涌水量較穩(wěn)定涌水量為大，計算得出的涌水量應(yīng)增加10%～20%。

各閥室滲水計算尺寸（長×寬×深，下同）為：配水閥室，56.5 m×32.5 m×6.0 m；調(diào)流閥室，44.0 m×20.0 m×5.0 m；流量計室，19.0 m×13.0 m×5.0 m。

經(jīng)計算，各閥室基坑涌水量為：配水閥室基坑總涌水量Q＝24879 m3/d；調(diào)流閥室基坑總涌水量Q＝6830 m3/d；流量計室基坑總涌水量Q＝4249 m3/d。

3.3 井點降水計算

根據(jù)地勘報告提供的地質(zhì)資料和目前場區(qū)實際情況得知：該區(qū)內(nèi)在10月份地下水埋深約為1.70 m，含水層主要為第四系（Q4）砂土及碎石土。地下水的主要補給來源是大氣降水及河流側(cè)滲補給。含水層導(dǎo)水性較好，地下水豐富。

各閥室基坑開挖尺寸為：配水閥室，71.0 m×47.0 m×7.7 m；調(diào)流閥室，55.0 m×35.0 m×5.7 m；流量計室，34.8 m×28.2 m×5.7 m。

設(shè)計和施工要求需將地下水位降至基坑開挖深度以下0.5～1.0 m，此次計算取0.5 m。

3.3.1 降水井深度的計算

降水井深度采用下式計算：

HW=HW1+HW2+HW3+HW4+HW5+HW6

式中：HW——降水井深度，m；HW1——基坑深度，m；HW2——降水水位距離基坑底要求的深度，m；HW3——ir0，i為水力坡度，在降水井分布范圍內(nèi)宜為1/10～1/15，r0為降水井分布范圍的等效半徑或降水井排間距的1/2 m；HW4——降水期間的地下水位變幅，m；HW5——降水井過濾器工作長度，m；HW6——沉砂管長度，m。

計算得降水井深度分別為：配水閥室，HW＝7.7+0.5+1/10×34+2+8+3＝24.6，取 25 m；調(diào)流閥室，HW＝5.7+0.5+1/10×26+2+8+3＝21.8，取 22 m；流量計室，HW＝5.7+0.5+1/10×18+2+8+3＝21，取 21 m。

根據(jù)地下水埋深、降水后基坑水位埋深、抽水井水位降深、含水層性質(zhì)、水泵預(yù)留水頭及沉淀管長度等綜合分析，確定單井井深為21～25 m，井徑400 mm。

3.3.2 基坑涌水量計算

基坑為矩形基坑，基坑涌水量按面狀基坑計算：

Q＝1.366K（2H-S）S/（lgR-lgr0）

式中：Q——基坑出水量，m3/d；K——含水層滲透系數(shù)，m/d，取K＝100 m/d；H——含水層厚度，m，取30.0 m；S——基坑設(shè)計水位降深，m，配水閥室 S＝7.7-1.7+0.5＝6.5 m，調(diào)流閥室 S＝5.7-1.7+0.5＝4.5 m，流量計室 S＝5.7-1.7+0.5＝4.5 m；R——影響半徑，m，此次計算調(diào)流閥室及流量計室取400，配水閥室取500；r0——基坑等效半徑，m，r0＝（r1，r2，…，rn）1/n，經(jīng)初步估算，調(diào)流閥室取 26、配水閥室取 34、流量計室取18。

井點排水量計算結(jié)果：配水閥室Q＝40687 m3/d；調(diào)流閥室 Q＝28739 m3/d；流量計室Q＝25331 m3/d。

3.4 降水管井的出水能力

q＝24l′d/α′

式中：q——單井允許出水量，m3/d；l′——過濾器淹沒段長度，取8 m；d——過濾器外徑，mm；α′——含水層的經(jīng)驗系數(shù)，取30。

計算得q＝2560 m3/d，考慮井間干擾等因素，確定降水管井的單井出水能力為2400 m3/d。

3.5 降水井數(shù)量計算

配水閥室 n＝1.1Q/q＝18.6，取 19眼；調(diào)流閥室 n＝1.1Q/q＝13.2，取 13 眼；流量計室 n＝1.1Q/q＝11.6，取 12 眼。

根據(jù)工程區(qū)附近降水經(jīng)驗，從安全角度分析應(yīng)另考慮3眼備用降水井，考慮到流量計室與調(diào)流閥室基坑距離較近，可共用4眼井，實際共需43眼井。施工中將視水位下降情況和周邊建筑物觀測情況，調(diào)整各井的水泵運行情況。

降水井布置原則為沿基坑開挖線以外約1 m環(huán)形布設(shè)，并綜合考慮地下水補給側(cè)適當加密及井位不影響管道埋設(shè)施工等因素。

3.6 泵型選擇

根據(jù)周邊地區(qū)降水經(jīng)驗、工程區(qū)含水層厚度、基礎(chǔ)埋置深度、地下水補給方向、降水強度、排水系統(tǒng)布置及設(shè)備能力、變壓器容量等綜合因素確定，該降水工程采用250QJ125-30/1深井潛水泵，即出水量為125 m3/h，揚程為30 m。

總抽水能力為：配水閥室，Q′＝19×125×24 ＝57000 m3/d＞Q＝40687 m3/d；調(diào)流閥室，Q′＝12×125×24＝39000 m3/d＞Q＝28739 m3/d；流量計室，Q′＝12×125×24 ＝36000 m3/d＞Q＝25331 m3/d。滿足設(shè)計要求。

抽水運行期間必須根據(jù)各井水位降深情況，合理調(diào)整抽水運行狀態(tài)。

4 降水施工

4.1 降水井結(jié)構(gòu)確定

開孔直徑采用600 mm，下井管直徑400 mm，井壁管及濾水管均采用鋼筋籠骨架外纏竹條包網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

4.2 排水管路的布置

由于施工降水過程中地下水出水量較大，連續(xù)抽水不間斷，且工期相對較長，現(xiàn)場需合理布置排水系統(tǒng)，以保證抽取的地下水順利排出。根據(jù)工程區(qū)周邊環(huán)境，緊鄰配水站西北側(cè)有兩條灌渠，首選將水排入灌渠內(nèi)，其次是將水排入穿過道路的廢水渠內(nèi)，排水方案：φ500 mm主管（鋼管）集中向水渠排水方案；在配水閥室西北側(cè)集中設(shè)沉砂池，各閥室排水首先在沉砂池沉淀，再經(jīng)主管線集中向水渠排水。

4.3 施工參數(shù)

降水井總數(shù)為43眼，其中考慮3眼備用井；井深21～25 m，沖擊鉆至設(shè)計深度后多鉆0.3 m；降水井成井直徑為600 mm，最小處不得小于550 mm；降水井管采用鋼筋籠骨架外纏竹條包網(wǎng)結(jié)構(gòu)；濾料規(guī)格為5～20 mm，根據(jù)地層的不同填入不同規(guī)格的濾料；采用空壓機洗井，洗至水清為止；降水排水采用管內(nèi)排水系統(tǒng)，通過沉砂池沉淀后排入水渠管線內(nèi)。

4.4 施工工藝

1）降水井施工工序。施測井位→機械進場準備→鑿井→泥漿護壁、抽取泥漿→重復(fù)至設(shè)計深度以下0.2 m→放置井管造孔→投濾料→洗井→安裝（包括下水泵、泵管、電器安裝、排水線路安裝）→試抽→正式抽水。

2）測量放線。根據(jù)甲方現(xiàn)場給定的基礎(chǔ)平面圖和設(shè)計方案，結(jié)合工地現(xiàn)場周邊環(huán)境，測量放出各井位，并打入木樁。井位偏差不超過±200 mm。

3）機械成孔。采用CZ-22型沖擊鉆機，沖擊鑿進，泥漿護壁工藝成孔。護壁泥漿應(yīng)保持一定高度，防止垮孔。成孔至設(shè)計深度后宜多鉆0.3 m。

4）吊裝井管。鑿井至設(shè)計要求深度后，為防止泥漿沉淀和塌孔，應(yīng)立即下放井管。井管之間采用焊接方式進行連接，應(yīng)保證四周滿焊，連接牢固，最底部的沉砂管下口應(yīng)用鋼板封閉。保證井管的垂直度，使井管放置在井孔中心位置。

5）填礫。注入清水，稀釋泥漿比重接近1.05后投入濾料，填料分段進行，各地層填料規(guī)格按設(shè)計要求。填料時在井管外從四周人工鏟入井孔與井管之間，填至井口以下2 m左右，然后用粘土封住井口。

6）洗井。每眼井完成后應(yīng)及時進行洗井。采用空壓機自下而上方式洗井，洗至井管通暢、水清為止，以確保降水質(zhì)量。

5 結(jié)語

井點降水方法在配水站施工中的應(yīng)用，既有效地解決了基坑防護問題，又保證了工程的順利施工，為同類地質(zhì)條作的工程提供一個借鑒的個例。