呂洪奇　周　屹

(昆山市水利建筑安裝工程有限公司，江蘇 昆山　215300)

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淺談陽澄湖樞紐工程中地涵施工降排水對策

呂洪奇周屹

(昆山市水利建筑安裝工程有限公司，江蘇 昆山215300)

【摘要】本文詳細(xì)敘述了陽澄湖樞紐工程中地涵深基坑的降排水設(shè)計(jì)方法、運(yùn)作原理、施工工序及需要注意的各事項(xiàng)，為地涵主體洞首、洞身的施工創(chuàng)造干地施工條件。

【關(guān)鍵詞】地涵； 施工降水； 管井；水泵

1引言

該工程由船閘工程、交通工程及立交地涵等部分組成，為蘇州市七浦塘拓浚整治工程的一部分，工程施工區(qū)域處于七浦塘與Ⅲ級(jí)航道——張家港申張線的交匯處，施工地點(diǎn)位于江蘇省昆山市巴城鎮(zhèn)境內(nèi)。

該工程的立交地涵施工前，必須進(jìn)行地涵基坑開挖，由于原張家港河道的河底高程為-1.0m，張家港河道的兩岸邊坡頂高程為4.5m，地涵主體洞身底板最深處須開挖至-11.5m高程，基坑的最大開挖深度為16m，開挖區(qū)域的土層滲透系數(shù)為3×10-6cm/s。

一般情況下，地下水的控制方法按照土壤類型、滲透系數(shù)、降水深度、水文地質(zhì)特征等條件而有所不同，詳見表1。

表1　地下水控制方法適用條件

該工程根據(jù)周圍環(huán)境、支護(hù)結(jié)構(gòu)種類、降水的深度和范圍、基坑土層分布情況等綜合考慮后優(yōu)選，采用集水明溝排水法和管井法相結(jié)合的地下水控制方法，進(jìn)行地下水位控制。

2地涵主體基坑的涌水量計(jì)算

根據(jù)施工降排水的水井理論，管井降水的水井分為潛水無壓非完整井和潛水無壓完整井(見圖1)，該工程地涵基坑的降排水采用的水井為潛水無壓完整井。

圖1　管井降水示意圖

計(jì)算公式如下[1]：

Q=1.366K(2H-S)S/log(1+R/r0)

式中Q——基坑涌水量；

K——土壤的滲透系數(shù)；

H——潛水含水層厚度；

S——基坑水位降深；

R——降水影響半徑；

r0——基坑等效半徑。

通過以往類似工程的經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)排水基坑的安全等級(jí)為二級(jí)或三級(jí)時(shí)，潛水含水層的降水影響半徑按下式計(jì)算：

承壓含水層的降水影響半徑按下式計(jì)算：

式中K——土的滲透系數(shù)；

r0——基坑等效半徑。

當(dāng)降水基坑的形狀為圓形或類圓形的時(shí)候，基坑的等效半徑可以取該圓形或類圓形半徑[2]。

當(dāng)降水基坑的形狀為矩形的時(shí)候，基坑的等效半徑可以按 r0=0.29 (m+n)計(jì)算，該式中的m、n分別為基坑的長邊、短邊[2]。

當(dāng)降水基坑的形狀為不規(guī)則形狀的時(shí)候，基坑的等效半徑計(jì)算按照下式[2]：

式中A——基坑面積。

經(jīng)計(jì)算，K=1.3×10-3cm/s。

地涵處基坑面積366m×122.5m，需要60口管井。

3管井井點(diǎn)的選擇和布置

a.60口管井井點(diǎn)沿著地涵的上下洞首和地涵洞身基坑外側(cè)兩邊，每隔10m距離設(shè)置一個(gè)管井井點(diǎn)，管井內(nèi)設(shè)置一臺(tái)抽水水泵，安排專人定時(shí)抽水來降低地涵基坑的地下水位，詳見圖2。

圖2　管井位置

b.管井降水主要設(shè)備由抽水機(jī)、濾水井管和輸水管等組成。

c.管井用鉆井孔法成孔，孔徑較井管直徑大200mm以上，井管與土間填過濾砂層。

d.管井井點(diǎn)施工要求如下[3]：

?管井井點(diǎn)的井孔采用潛水電鉆鉆孔，在易坍孔的地層或抽吸復(fù)蓋黏土層以下砂性土中的承壓水時(shí)，打入鋼套管以形成井孔。

?管井井孔的孔徑較管井的外徑大30mm時(shí)，井孔深度需要考慮管井內(nèi)水泵在抽水期間產(chǎn)生沉淀物的沉積高度，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)需適當(dāng)加深井孔深度1～1.5m，孔深H根據(jù)管井需要降水的深度h按照下式計(jì)算：

式中L0——封閉井點(diǎn)系統(tǒng)中兩排管井的井點(diǎn)之間距離；

h1——潛水泵頂上浸水深度；

hP——潛水泵長度或噴射井點(diǎn)噴嘴混合室長度；

h——兩排管井井點(diǎn)中間的降水深度；

h0——地下水距地面距離；

h2——潛水泵底至井管底高度或噴射井點(diǎn)至井孔底高度。

經(jīng)計(jì)算該工程的井深H=24m。

?鉆孔時(shí)應(yīng)符合以下規(guī)定：孔位附近不得大量抽水；同時(shí)在合適的位置設(shè)置泥漿坑，防止基坑的泥漿漫流；孔口設(shè)置護(hù)筒；先按照規(guī)范要求取適量的土壤樣本，用以核對基坑土的顆粒組成和基坑含水層的范圍。

?根據(jù)設(shè)計(jì)要求和鉆孔中復(fù)核過的土層情況裝配好所有井點(diǎn)管及濾網(wǎng)，并按照沉放先后順序放在孔位旁邊。

?管井在下放潛水泵的井管以前必須清孔，潛水泵放進(jìn)井管的具體位置，在井管安裝進(jìn)深井前的位置上(抽水層范圍內(nèi))，先設(shè)置砂慮材料，井管上部經(jīng)過黏土層的位置須進(jìn)行封填、密實(shí)。如果遇到需要增加吸水深度的情況，則在井管的頂部設(shè)置吸氣管，再將吸氣管連通真空泵即可。為了確保管井的濾水層具備良好的透水性，井管在埋設(shè)施工完成后立即安排人員進(jìn)行抽水，抽出交雜在濾料層中的黏粒、粉粒以及其他雜質(zhì)材料。

?由于潛水泵需放入井點(diǎn)管內(nèi)，潛水泵的潛水電機(jī)、電纜及接頭的絕緣性能均必須符合安全用電的要求，同時(shí)潛水泵必須配制漏電保護(hù)控制開關(guān)，確保用電安全。

?在調(diào)換或安裝潛水泵前，必須先對井底沉淀物厚度以及管井的井深進(jìn)行測量，如果井底的沉淀物太多、太厚，還需先清洗，清除水井井底的沉渣。

?深井井底滲透性較小、有含水層或要在滲透性較高的含水層中加大降水深度及要抽吸地層中較大量沼氣時(shí)，需要在井點(diǎn)設(shè)真空裝置，對有真空裝置的井管點(diǎn)的管節(jié)和各接頭的密封性需要嚴(yán)加檢查，不得漏氣。

?排水管路的連接、埋深、走向和坡度均按設(shè)計(jì)要求施工，排水口在降水影響范圍以外；降水過程中還要根據(jù)施工的要求，合理安排井點(diǎn)的施工、運(yùn)行，確定啟動(dòng)和暫不啟動(dòng)的井點(diǎn)數(shù)量，優(yōu)化施工順序。

?安排專人定時(shí)觀測地下水位的下降情況和管井的出水流量，并按照要求做好管井的降水記錄。

4降水及地表水的排除

a.基坑滲漏水。地涵基坑的滲漏水包括了地涵上下游及南北側(cè)四道圍堰的滲漏水，以及地涵基坑和張家港河道岸坡的滲漏水等。在地涵基坑的排水過程中，由于隨著水位的下降，基坑滲水量會(huì)不斷增大，故基礎(chǔ)和圍堰的最大滲流量，根據(jù)地涵工程的地基基礎(chǔ)處理?xiàng)l件和處理情況，取基坑滲漏水為150m3/h。

b.經(jīng)常性排水。地涵工程的經(jīng)常性排水由圍堰滲水、正常降雨量和施工區(qū)廢水等組成。

?降雨量的確定?；佑晁昝娣e，按基坑積水面積計(jì)算；最大月降雨強(qiáng)度，查詢江蘇省蘇州市歷年降雨量可知，最大月降雨出現(xiàn)在1962年，最大的月降雨強(qiáng)度為342mm;最大日降雨量，降雨量不均勻系數(shù)為5，則最大日降雨量為342÷31×5=55mm；最大時(shí)降雨量為68000×0.055÷24=156m3。

?施工區(qū)廢水的確定。地涵工程的施工區(qū)廢水包括主體工程的混凝土倉面清洗、施工便道沖洗、混凝土表面養(yǎng)護(hù)以及施工機(jī)具、機(jī)械、設(shè)備用水等。施工區(qū)廢水按50m3/h計(jì)。

?經(jīng)常性排水量。經(jīng)常性排水量為150+156+150+50=506m3/h。

c.水泵排水能力計(jì)算。水泵的排水能力Qb計(jì)算：

式中Qb——水泵排水能力，m3/h；

Q——實(shí)際排水能力，m3/h。

a——時(shí)間利用系數(shù)，取a=0.85；

n——水泵平均效率，取n=0.8；

r——水泵平均泄漏率，取r=0.9。

故：Qb=506÷(0.85×0.8×0.9)=827m3/h。

d.水泵選型。排水水泵型號(hào)的選擇主要依據(jù)水泵的揚(yáng)程和水泵的排水量兩個(gè)重要參數(shù)，根據(jù)計(jì)算，水泵的揚(yáng)程為11.3m (-11.8～0.0m)，水泵的排水能力經(jīng)計(jì)算為Qb=827m3/h，故經(jīng)常性排水可以選用抽水泵10臺(tái)，抽水泵的總功率P總為55.5kW，抽水泵的總排水量Q總為2000m3/h，水泵的型號(hào)與特性見表2。

表2　經(jīng)常排水設(shè)備

5基坑集水井和水泵的布置

在地涵主體工程上下洞首及洞身進(jìn)行基坑開挖期間，在地涵基坑上下游、南北側(cè)的兩對角線上分別設(shè)置一個(gè)(共四個(gè))大型的集水井進(jìn)行集中排水，先進(jìn)行集水井的開挖，然后在地涵的上下洞首、洞身和上下游連接段等部位，每隔50m設(shè)置一個(gè)臨時(shí)的小型集水坑，集水井附近再開挖明溝，通過明溝把周圍的降水和地表水引入小型的集水坑內(nèi)，再用潛水泵抽至大集水井內(nèi)集中處理。

在地涵基坑兩對角線上的大集水井內(nèi)用特制的鋼制浮箱(2.8m×5m×1.2m)，安裝10臺(tái)抽水機(jī)，在無降雨或降雨少的情況下，只需運(yùn)行其中的4臺(tái)或者6臺(tái)4BA-12型排水機(jī)，即可滿足地涵基坑的降水和地表水的抽排工作；在強(qiáng)降雨、暴雨等情況下，開啟全部10臺(tái)抽水機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行地涵基坑積水的排除，并安排人員值班，時(shí)刻監(jiān)測基坑水位的變化[4]。

6結(jié)語

水利工程在施工過程中，基坑的降排水是主體工程能否順利開展的前提條件，該工程的立交地涵采用明溝排水和管井排水相結(jié)合的地下水控制方法，經(jīng)過一年多的施工期基坑的降水、排水，地涵基坑地下水位得到了有效控制，為地涵基坑主體施工創(chuàng)造了有利的干地施工條件，為后續(xù)地涵主體施工奠定了施工基礎(chǔ)，故明溝排水和管井相結(jié)合的地下水控制方法適用類似工程，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]李家星，趙振興.水力學(xué)[M].南京：河海大學(xué)出版社,2001.

[2]曾慶軍，龔曉南.深基坑降排水——注水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論[J].土木工程學(xué)報(bào),2001,34(2):74-78.

[3]淺析深基坑降排水施工的措施[J].民營科技,2009(8):190-190.

[4]南水北調(diào)穿漳工程基坑降排水[J].水力發(fā)電,2011,37(7):73-75.

Introduction on underground culvert construction drainage countermeasures in Yangcheng Lake Key Project

Lü Hongqi,ZHOU Yi

(Kunshan Water Resources Construction and Installation Engineering Co.,Ltd.,Kunshan 215300,China)

Abstract：In the paper,drainage design method,operation principle,construction process and all precautions of underground culvert deep foundation pit in Yangcheng Lake key project are described in detail.Dry land construction conditions are created for constructing culvert head and barrel of underground culvert main body.

Key words：underground culvert; construction drainage; tube well; water pump

DOI:10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.06.002

中圖分類號(hào)：TV554

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005-4774(2016)06-0006-04