深井降水井在龍洲垸船閘施工中應用

陶然

【摘 要】龍洲垸船閘是一座Ⅲ級船閘，為引江濟漢通航工程進口船閘。龍洲垸船閘最大基坑深度為20.8米，本文通過現(xiàn)場單井和群井抽水試驗得出合適的井型結構及滲透系數(shù)和影響半徑等參數(shù)，用于確定本工程的深井降水布置，對其它大型船閘基坑具有重要的借鑒作用。

【關鍵詞】船閘；深井降水井；抽水試驗

0.概述

引江濟漢工程是一條引長江水到漢江的特大型干渠，是南水北調中線一期工程的一個組成部分。引江濟漢通航工程依托于引江濟漢干渠，兩端另辟有進出口和連接河段（引航道）。進出口處分別布置一座Ⅲ級船閘，船閘最大通航船舶為2×1000t級船隊。

進口船閘布置在長江左岸的荊州市李埠鎮(zhèn)龍洲垸，與引水干渠取水口相鄰，通航渠道的進口布置在引水干渠進口的下游1500m處。龍洲垸船閘最大基坑深度為20.8米，本文通過現(xiàn)場單井和群井試驗，確定水文地質參數(shù)和滲透系數(shù)等參數(shù)，對其它大型船閘基坑具有重要的借鑒作用。

1.水文地質情況

1.1水文地質

工程區(qū)位于長江的一級階地，主要有兩個含水巖組，上部為全新統(tǒng)粘土、粉質粘土孔隙潛水含水巖組，下部為粉細砂、砂卵石孔隙承壓水含水巖組。

1.1.1孔隙潛水

主要分布于上層粉質粘土中，含水層厚度一般為2～5m，水量不豐富，地下水埋深一般較淺，多為0.5～2.5m，局部地帶在某一時段（一般為豐水期）具有弱承壓性。其補給來源主要為大氣降水的入滲直接補給和長江豐水期河水補給，隨季節(jié)性變化，雨季地表水補給地下潛水，潛水水位升高，旱季潛水排泄于長江之中，潛水水位隨之降低。排泄途徑主要為蒸發(fā)和補給河湖水。受含水層分布不穩(wěn)定及地形地貌的影響，其逕流條件較復雜，逕流方向各異。

1.1.2孔隙承壓水

主要賦存于下部的粉細砂、砂礫石層中，埋藏于相對隔水的粘性土層之下。含水層厚度隨下部砂層及砂礫卵石層的厚度不同而不同，多大于30.0m。其頂板埋深多為5～15m，含水量豐富。承壓水的補給來源主要是長江水及上部地表潛水的越流補給。排泄途徑主要是枯水期滲入長江和越流補給上部潛水。其承壓性隨長江水位的影響而變化，隨長江水位的升高而增大，距長江由近至遠，承壓性逐漸降低，水力坡度約為0.07%。

1.2主要工程地質問題

閘基土體由極微透水等級的粘性土和中等-強透水等級粉細砂和卵石構成，所含的承壓水對基坑開挖產生極大的影響。承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌現(xiàn)象?；油挥繉茐牡鼗鶑姸龋⒔o施工帶來很大的困難，因此，必須采取降水措施，確保基坑的干施工。

2.抽水試驗方法

2.1試驗目的

（1）確定含水層的水文地質參數(shù)：主要為滲透系數(shù)K、影響半徑R等。

（2）通過測定井孔涌水量及其與水位下降（降深）之間的關系，分析確定含水層的富水程度、評價井孔的出水能力。

（3）為降水工程設計提供所需的水文地質數(shù)據(jù)，如影響半徑、單井出水量、單位出水量、井間干擾出水量、干擾系數(shù)等，依據(jù)降深和流量選擇適宜水泵型號。

（4）確定水位下降漏斗的形狀、大小及其隨時間的增長速度；直接評價降水工程的涌水量。

2.2降水井施工工藝流程（如圖1）

圖1 降水井施工工藝流程圖

2.3抽水試驗孔及觀測孔的選擇

如圖2，選擇68、69、70、60、59、58號井為試驗井，單井抽水試驗選擇60號井為抽水主井，58、59兩井與68、69、70號三井為兩條垂直向觀測井，以觀測不同徑流方向的降深情況，群井抽水試驗以69、60、58號井為抽水主井，68、70、59為觀測井。

圖2 降水井布置圖

2.4水井施工

2.4.1成井

成井施工設備：采用兩臺CZ-150型沖擊鉆。

計劃成井深度及孔徑：40m、ф500mm

成井工藝：井口埋設ф600mm護筒，采用CZ-150型沖擊鉆沖擊成孔，沖擊成孔過程中擬采用泥漿護壁，當一個回次沖擊約2m時采用撈渣桶或泥漿泵清理孔底於渣，如此反復，直至成井深度達到設計要求。

2.4.2井管選擇及安裝

井孔施工完成后進行下一步工序：井管的安裝

井管的選擇：擬選用ф300mm、壁厚≥3mm的無縫鋼管作為井管使用，各類型水井的井管結構參見表1。

表1

過濾管孔眼的加工，根據(jù)《供水管井技術規(guī)范》（GB50296-99）及場地的地質條件，網眼設計規(guī)格可選為：單個孔眼縫直徑16-18mm，各孔眼中心距為40mm，孔隙率≥15%，梅花形布設。濾管外用80目的尼龍網包纏2～3層。

井管的安裝：采用起重設備分節(jié)安裝，安裝前第一節(jié)井管底部用5mm厚圓鋼板（或混凝土塞）封底，兩節(jié)井管間用電焊焊接，焊接時要確保兩節(jié)井管對齊且在同一軸線上，下沉井管時用對中器定出井孔中心，確保井管居中，井管安放到設計位置后固定，進行填礫及管外封閉。

2.4.3填礫及管外封閉

井管安裝完后應及時進行填礫。

濾料的選取：濾料規(guī)格為1-3mm，成份為粗砂及細礫，磨園度要好，其不均勻系數(shù)應小于2。

濾料填設厚度及高度：濾料填設厚度為100mm，填設高度應大于濾管高度0.5m。

封孔：井口下至濾管以上0.5m用風干粘土球（直徑3～5cm）止水。

圖3 降水井結果示意圖

2.4.4 洗井

下管填礫后，及時進行洗井，采用間斷抽水或活塞洗井法，直至水清、砂凈，可能持續(xù)時間2～4小時，直至含砂量小于1/10萬（重量比），并及時觀測靜止水位。

2.5抽水試驗方案

2.5.1觀測內容、方法

觀測內容：主要為水位，包括抽水井中的靜止、動水位及流量，觀測井的靜止水位、歷時水位變化等。

觀測方法：水位觀測采用電測深水位計，流量觀測采用水表。

2.5.2抽水試驗方法

單井抽水試驗以60號井為抽水主井，58、59兩井與68、69、70號三井為兩條垂直向觀測井，根據(jù)需要記錄時間與井管出水量繪出降深曲線，群井抽水試驗以69、60、58號井為抽水主井，68、70、59為觀測井，得出抽水井和觀測井之間情況。

2.5.3涌水量及水位變化

在穩(wěn)定延續(xù)時間內，涌水量和動水位與時間關系曲線在一定范圍內波動，而且沒有持續(xù)上升或下降的趨勢。當水位降深小于10m，水位波動值不超過5cm，一般不應超過平均水位降深值的1%（以最遠觀測孔的動水位判定），涌水量波動值不能超過平均流量的3%。

2.5.4觀測頻率及精度

（1）水位觀測時間在抽水開始后第1、3、5、10、20、30、45、60、75、90min進行觀測，以后每隔30min觀測一次，穩(wěn)定后可延至1h觀測一次。水位讀數(shù)在抽水井中精確到厘米（cm），在觀測井中精確到毫米（mm）。

（2）涌水量觀測應與水位觀測同步進行；水表讀數(shù)應準確到0.001 m3。

2.5.5恢復水位觀測要求

停泵后立即觀測恢復水位，觀測時間間隔與抽水試驗要求基本相同。若連續(xù)3h水位不變，或水位呈單向變化，連續(xù)4h內每小時水位變化不超過1cm，或者水位升降與自然水位變化相一致時，即可停止觀測。

試驗結束后應測量孔深，確定過濾器掩埋部分長度。淤砂部位應在過濾器有效長度以下，否則，試驗應重新進行。

3.抽水試驗資料整理及參數(shù)確定

試驗期間，對原始資料和表格及時進行整理。試驗結束后，進行資料分析、整理，作出抽水試驗報告。試驗報告應包括：水位和流量過程曲線、水位和流量關系曲線、水位和時間（單對數(shù)及雙對數(shù)）關系曲線、恢復水位與時間關系曲線、抽水成果、鉆孔平面位置圖等。

根據(jù)水文地質參數(shù)計算模型選擇水文地質參數(shù)計算公式為：

3.1滲透系數(shù)計算公式：

K=

式中：K——滲透系數(shù)（m/d）；

Q——穩(wěn)定抽水流量（m3/d）；

r1——觀測井1與抽水孔距離（m）；

r2——觀測井2與抽水孔距離（m）；

ζ——抽水孔1非完整井補充水流阻力值系數(shù)；

ζ——抽水孔2非完整井補充水流阻力值系數(shù)；

M——含水層厚度（m）；

S——觀測孔1中水位降深（m）；

S——觀測孔2中水位降深（m）。

3.2影響半徑計算公式：

R=10S

式中：R——影響半徑（m）；

K——滲透系數(shù)（m）；

S——主井水位降深（m）；

4.結束語

通過抽水試驗結果可以得出本工程水文地質情況和地下水位的滲透系數(shù)及每口井的影響范圍，為后續(xù)本工程降水施工的井數(shù)確定，提供有利的數(shù)據(jù)。 [科]

【參考文獻】

[1]劉正峰主編.水文地質手冊.地質出版社，1978.

[2]劉國彬，王衛(wèi)東主編.基坑工程手冊.中國建筑工業(yè)出版社，2009.