鐘樓防洪控制工程降水設(shè)計(jì)與施工效果

湯應(yīng)來

（江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇揚(yáng)州 225002）

1 概況

1.1 工程概況

常州鐘樓防洪控制工程是武澄錫西控制線主要控制工程，為Ⅱ等、2級水工建筑物。主體為一座單孔凈寬90 m的防洪閘，防洪閘居中布置，門庫對稱布置在運(yùn)河兩岸，閘門兩岸為直墻護(hù)岸。本工程結(jié)構(gòu)新穎，鋼閘門單孔跨度為我國水利工程之最，其支臂的球關(guān)節(jié)軸承支鉸結(jié)構(gòu)、非標(biāo)啟閉機(jī)動(dòng)力牽引閘門方式等關(guān)鍵技術(shù)為世界首創(chuàng)，工程榮獲2010年度中國水利工程優(yōu)質(zhì)（大禹）獎(jiǎng)。

1.2 工程及水文地質(zhì)

本閘位于新開河河道上，地面高程5.2～6.3 m，河底設(shè)計(jì)底高程在▽0.00 m～▽1.50 m，基坑開挖最深處為下游消力池▽-3.90 m，兩側(cè)沉井最深處為▽-10.00 m。土層分布為：▽0.20 m以上主要為粉質(zhì)粘土，含水率23.7%～47.0%，滲透系數(shù)很?。花?2.40 m～▽-15.40 m主要為輕粉質(zhì)壤土，含水率38.0%～48.0%，滲透系數(shù)1.3×10-3cm/s，為中等透水性；▽-16.00 m以下為重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土，滲透系數(shù)很小，極微透水。由于地下水位較高，約為▽1.50 m，故形成了上、下隔水中間含水的承壓水層。勘探測得該承壓水層承壓水位1.39 m，承壓水頭0.85 m，基坑最深處下游消力池及兩側(cè)沉井均處于承壓水層中，必須降水才能保證工程順利實(shí)施。

2 降水設(shè)計(jì)

由于基坑開挖最深處為消力池，高程▽-3.90 m，所以總體需將地下水降至▽-4.40 m。但沉井底板較深，采用干沉法下沉到位，必須將水位降至▽-10.50 m以下，因此降水時(shí)要考慮到整體與局部的布置。大基坑與沉井兩者降水的合理結(jié)合，是保證工程安全、順利完成的前提。

2.1 降水計(jì)算

（1）基坑降水計(jì)算

根據(jù)地質(zhì)出版社《基坑降水工程》，按環(huán)形承壓完整井點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，基坑總涌水量：

Q總=2.73KmS∕lg（R0/r0）式中：

Q總—基坑總滲水量；

K—含水層滲透系數(shù)，K=1.3×10-3cm/s=1.123 m/d；

m—承壓含水層厚度，取m=15.0 m；

S—設(shè)計(jì)基坑水位降深，取S=5.9 m；R0—引用影響半徑（R0=R+r0）；R—影響半徑，由經(jīng)驗(yàn)公式得R=10SK1/2=62.5 m；

r0—引用半徑，r0= （F/π）1/2={140×170+5800）/3.1415}1/2=97 m；

F—基坑的開挖面積，長×寬=170 m×140 m，另加兩門庫開挖面積約5800 m2。

經(jīng)計(jì)算得Q總=1256 m3/d。

單井出水量：

q=120π rlK1/3=58.8 m3/d

式中：

q—單井出水量；

r—井管半徑，取r=0.15 m；

l—濾管有效長度（僅考慮濾管在承壓水中的有效長度）。

井?dāng)?shù)：n=1.1×Q總/q=1.1×1256/58.8≈24（口）

（2）沉井降水計(jì)算

沉井采用干沉法，承壓完整井公式計(jì)算如下：

Q總=2.73KmS∕lg（R0/r0）式中：

Q總—沉井封閉圈總滲水量；

K—含水層滲透系數(shù)，K=1.3×10-3cm/s=1.123 m/d；

m—承壓含水層厚度，取m=10.4 m；

S—設(shè)計(jì)基坑水位降深，考慮沉井中心處降至▽-11.0 m，取S=7.1 m；

R0—引用影響半徑（R0=R+r0）；

R—影響半徑，由經(jīng)驗(yàn)公式得R=10SK1/2=76 m；

r0—引用半徑，取r0=27 m。

經(jīng)計(jì)算得Q總=395 m3/d。

單井出水量：

q=120π rlK1/3=58.8 m3/d式中：

q—單井出水量；

r—井管半徑，取r=0.15 m；

l—濾管有效長度（僅考慮濾管在承壓水中的有效長度）。

井?dāng)?shù)：n=1.1×Q總/q=1.1×395/58.8≈7（口）

圖1 井點(diǎn)布置圖 （單位：m）

2.2 井點(diǎn)布置

經(jīng)計(jì)算，為滿足基坑干施工要求需24口井，而每個(gè)沉井周圍需7口井，共需38口井?？紤]到沉井周圍的深井兼作基坑降水井點(diǎn)，而承壓含水層僅為中等透水層，加之其上面的不透水層較厚，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)井間距可略大于20 m，實(shí)際井間距按25 m進(jìn)行布置。共布置30口井，采用坑內(nèi)與坑外相結(jié)合的井點(diǎn)布置方式。

管井采用鋼筋混凝土標(biāo)準(zhǔn)管，每節(jié)長4 m，內(nèi)徑300 mm?？紤]到降落漏斗的快速形成，加之隨著抽水時(shí)間的增長，部分泥土?xí)粩喑练e在井中，故將井管埋入不透水層中3～5 m，井底高程布設(shè)在▽-18.0 m。

為觀測降水效果，在基坑中心處布置3口觀測井，沉井中心及兩側(cè)門庫處各布置1口觀測井。井點(diǎn)及觀測井的布設(shè)見圖1。

2.3 降水深度驗(yàn)算

（1）基坑降水深度驗(yàn)算

式中：

r—井點(diǎn)至含水層中任意點(diǎn)的距離。

S=9.7 m＞5.9 m，符合要求。

（2）沉井降水深度驗(yàn)算

式中：

r—井點(diǎn)至含水層中任意點(diǎn)的距離，取r=27 m。

S=7.2 m＞7.1 m，符合要求。

2.4 抽水設(shè)備選擇

抽水設(shè)備選用QJ型深井潛水泵，根據(jù)單井出水量，每口井采用1臺100QJ4型深井潛水泵，電機(jī)功率為2.2 kW，揚(yáng)程為30 m，流量為96.0 m3/d>58.8 m3/d。共配置深井潛水泵36臺。

3 深井施工和運(yùn)行

3.1 深井施工

深井施工采用回旋轉(zhuǎn)機(jī)鉆孔，孔徑為80 cm。鉆機(jī)采用水準(zhǔn)儀找平，以保證成孔的垂直度。成孔時(shí)按規(guī)定測定泥漿的比重、粘度、含砂率和膠體率，并及時(shí)調(diào)整。既要防止塌孔，又要防止因泥漿比重大、粘度大而造成鉆孔周邊土體孔隙堵塞，影響降水效果。

清孔采用反循環(huán)進(jìn)行，并將泥漿比重控制在1.05以內(nèi)。清孔后及時(shí)安放井管，井周邊采用扶正木，以控制井周邊漏水層的厚度和井管的垂直度。選用標(biāo)準(zhǔn)透水井管，外裹兩層100～120目濾網(wǎng)，經(jīng)現(xiàn)場取水樣試驗(yàn)，控制含泥量在5/10000以內(nèi)。

考慮到土層中0.075 mm以下顆粒含量比例較大，濾層采用控制粒徑為1～3 mm的砂與綠豆砂混合濾料沿井管周邊均勻上升作業(yè)。濾層完成后試抽時(shí)控制降水速率，以便使周邊濾料漸漸密實(shí)。如抽水過猛，周邊土體可能滲進(jìn)濾料層，甚至堵塞井管。試抽時(shí)應(yīng)采用小型井泵，分節(jié)進(jìn)行，使井底水位均勻緩慢地降低。

試抽使周邊濾料密實(shí)后，采用橡皮活塞反復(fù)抽拔進(jìn)行洗井，并定時(shí)測定出水的含泥量。如超過標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)調(diào)整未打井的井管濾網(wǎng)。

3.2 深井運(yùn)行

深井抽水時(shí)，安排專人24 h值班，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。在降水過程中加強(qiáng)對觀測井水位的觀測、記錄、整理，并及時(shí)調(diào)整泵的高度。

3.3 封井

水下工程驗(yàn)收結(jié)束后，圍堰拆除注水前進(jìn)行封井。封井方法：先將井內(nèi)滲水快速抽干，下部用粘土填實(shí)，頂部（5 m）用素混凝土封閉。

4 降水效果

每口井成形后即進(jìn)行抽水，當(dāng)深井全部完成后，不間斷地降水。初期涌水量較大，水位下降速度較快，后期逐步平穩(wěn)，20 d后趨于穩(wěn)定。穩(wěn)定后閘基坑中心點(diǎn)水位降至▽-6.38 m以下，門庫基坑中心點(diǎn)水位降至▽-7.35 m以下，沉井中心點(diǎn)水位降至▽-10.88 m以下，滿足了基坑干施工的要求，確保了工程的順利實(shí)施。