輕型井點(diǎn)降水法在盤錦近海地區(qū)的應(yīng)用

王光焰

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

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輕型井點(diǎn)降水法在盤錦近海地區(qū)的應(yīng)用

王光焰

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

盤錦市地處遼寧省西南部，渤海遼東灣北岸、遼河三角洲中心地帶，區(qū)域總面積4071 km2，本文主要針對(duì)盤錦沿海地區(qū)的地質(zhì)及水文特點(diǎn)，以2011年盤錦市遼河油田礦山地質(zhì)環(huán)境治理水利工程為實(shí)例，論述輕型井點(diǎn)法在基坑開挖中實(shí)施的過程、方法和效果，為該地區(qū)近海岸輕型井點(diǎn)法基坑降水方案的實(shí)施提供參考依據(jù)。

盤錦沿海；輕型井點(diǎn)法；基坑降水

盤錦沿海地區(qū)地下水位較高，土層軟弱，屬于淤泥粉質(zhì)沙土和粉質(zhì)沙土。在該地區(qū)開挖基坑，基坑降水工作是關(guān)鍵，降水效果的好壞直接影響到施工的安全、進(jìn)度和效益。好的降水方案可以減少基坑開挖量，維持邊坡穩(wěn)定，加快施工進(jìn)度，提高地基承載力，防止流砂、管涌等不良現(xiàn)象。在盤錦市遼河油田礦山地質(zhì)環(huán)境治理水利工程中，結(jié)合該近海地區(qū)的水文地質(zhì)資料，綜合考慮工程的具體情況，選擇輕型井點(diǎn)法進(jìn)行基坑降水工作[1-4]。

1　工程概況

盤錦市遼河油田礦山地質(zhì)環(huán)境治理水利工程位于盤錦市東郭鎮(zhèn)葦場(chǎng)境內(nèi)，該工程通過建設(shè)二級(jí)泵站、倒虹吸過水涵洞、節(jié)制閘和56 km引水渠道等水工建筑物，將渤海灣內(nèi)的海水引入葦場(chǎng)境內(nèi)，利用蒲草不能在海水中生長(zhǎng)的習(xí)性達(dá)到消滅蒲草、保護(hù)環(huán)境和提高蘆葦產(chǎn)量的目的。該工程建筑在距離海岸線25 km范圍內(nèi)，最近的建筑物距離海岸線僅有6 km?；由疃绕骄鶠?.8 m，基坑底口面積平均為626 m2。工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)平均海拔為2.6 m，場(chǎng)地地下水為第四系孔隙潛水，水位埋深為0.8～1.6 m。該地區(qū)土質(zhì)主要為含水粉砂層，由于距離海岸線較近，海水對(duì)該區(qū)域的地下水有較強(qiáng)的補(bǔ)給作用，在抽水試驗(yàn)中，試驗(yàn)水井的出水為咸水。

采用輕型井點(diǎn)降水的2號(hào)泵站基坑是分基型結(jié)構(gòu)，距離海岸線8.8 km，基坑開挖深度為4.5 m，邊坡1∶1.5，基礎(chǔ)底部尺寸為26.3 m×18.6 m(長(zhǎng)×寬)。

2　相關(guān)計(jì)算及基坑整體布置

2.1基礎(chǔ)降水?dāng)?shù)據(jù)

由于該地區(qū)缺少鉆探試驗(yàn)資料，故無法根據(jù)相關(guān)資料取得該地區(qū)的滲透系數(shù)。在降水實(shí)施前，項(xiàng)目技術(shù)人員進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定滲透系數(shù)K值為5.2 m/d；基坑的降水深度H為5.2 m，基坑開挖需要降低水位的控制面積F為675.2 m2。

2.2井點(diǎn)的平面布置

由于該地區(qū)滲透系數(shù)大，基坑底面積也較大，故井點(diǎn)采用單排環(huán)形布置，并將抽水總管獨(dú)立分為兩段，每段設(shè)置一個(gè)真空泵抽水裝置，每段總管的長(zhǎng)度為41.9 m+34.2 m，考慮到施工的方便，井點(diǎn)距離基坑邊坡0.6 m。2號(hào)泵站基礎(chǔ)施工期正值5月份，是降水量較大的月份，為了避免降雨后地表水流入基坑，在基坑的四周設(shè)立截水溝，整體平面布置如圖1所示。

1—井點(diǎn)；2—抽水總管；3—抽水設(shè)備圖1　井點(diǎn)平面布置圖

2.3高程布置

基坑開挖采用相對(duì)高程系統(tǒng)，假定原地面標(biāo)高為0。根據(jù)相關(guān)資料和以往經(jīng)驗(yàn)，減掉各種損失后，輕型井點(diǎn)降水的深度一般不大于6 m。為了達(dá)到上述要求，在未設(shè)置井點(diǎn)前先開挖原地面以下1.5 m深度，在該高程面上設(shè)置井點(diǎn)，如圖2所示。此時(shí)計(jì)算井管的埋深為：

H=H1+h+IL

(1)

式中:H1為基坑底面到井管埋置面的距離，由圖2可知H1=4.7 m；h為基坑底面至降水后水位線的距離，由圖2可知；h=0.5 m;I為水力坡比，環(huán)形井點(diǎn)取值為1∶10；L為基坑中心至最遠(yuǎn)井點(diǎn)的水平距離，按設(shè)計(jì)為19.6 m。

綜合以上數(shù)據(jù)，可計(jì)算出H為7.16 m，為了保證降水效果，項(xiàng)目采用Φ=50 mm，長(zhǎng)度為7.5 m的鐵管設(shè)置降水井點(diǎn)。

1—地下水位；2—井點(diǎn)管；3—降水后水位線；4—濾水管圖2 井點(diǎn)管布置斷面

2.4基坑涌水量及井管數(shù)量和間距計(jì)算

2.4.1基坑涌水量

盤錦沿海地區(qū)含水層較厚，地下水為無壓潛水，井管底部距離透水層較遠(yuǎn)，不用考慮透水層對(duì)涌水量的影響，基坑的長(zhǎng)寬比為1.41，滿足無壓完整井涌水量的計(jì)算要求，故可以按無壓完整井來計(jì)算基坑涌水量，計(jì)算結(jié)果為：

含水層厚度：H=7.9-1.8=6.1 m；降水深度：S=4.5-1.8+0.5=3.2 m；假想基坑半徑，該基坑的長(zhǎng)寬比為20.3∶18.6=1.09<5，可以將其假想為半徑為X0的圓丼進(jìn)行計(jì)算：

(2)

式中:F為井點(diǎn)所包圍的基坑面積，m2。

抽水影響半徑：

(3)

式中:H為含水層厚度，m；K為滲透系數(shù)，取值為5.2 m/d。

基坑涌水量為：

(4)

2.4.2井管數(shù)量和間距

目前較長(zhǎng)使用的單井出水量計(jì)算公式：

(5)

式中:D為井點(diǎn)管的直徑，m；L為井點(diǎn)管的長(zhǎng)度，m。

考慮到不良因素對(duì)井管的影響，在確定井管數(shù)量時(shí)采用1.1的備用系數(shù)，井管的數(shù)量為：

(6)

根據(jù)以往降水經(jīng)驗(yàn)，在基坑的轉(zhuǎn)角處水量一般較大，故在基坑的4個(gè)角對(duì)井管進(jìn)行加密，每個(gè)角增加2根井管，加密后井管的總數(shù)量為：n=25+4×2=33井管間距為：

2.5抽水設(shè)備的配備

由于該基坑距離海岸線較近，水頭補(bǔ)給迅速，并且抽水總管較長(zhǎng)，為了保證良好的降水效果，將集水總管均分為兩個(gè)獨(dú)立部分，每個(gè)部分配備W6型干式真空泵進(jìn)行抽水，該型號(hào)能達(dá)到的最大真空度為110kPa，本降水設(shè)計(jì)要求達(dá)到的最小真空度為：

(7)

式中:hk為要求的最小真空度；hA為可吸真空高度，可近似取集水總管至濾管的深度；Δh為各類水頭損失，可根據(jù)情況近似取值1～1.5。

根據(jù)式(7)可得到降水所要求的最小真空度為66kPa，所選用的W6型干式真空泵滿足要求。

根據(jù)本降水設(shè)計(jì)對(duì)揚(yáng)程和流量的要求，選用B112型離心泵，其吸水揚(yáng)程為10m，流量為10～20m3/h。

3　施工流程及注意事項(xiàng)

測(cè)量放線，標(biāo)定出截水溝、基坑開挖輪廓線。開挖截水溝，將基坑開挖至-1.5m標(biāo)高后標(biāo)定出井點(diǎn)位置。施工流程為：高壓水沖孔→安放井點(diǎn)管→回填反濾砂礫料→井點(diǎn)頂部黏土密封→鋪設(shè)抽水總管→將各個(gè)井點(diǎn)管與抽水總管連接→將抽水總管與抽水設(shè)備連接→開啟真空泵檢查各連接部位的氣密性→安裝排水管和集水箱→開動(dòng)抽水設(shè)備抽水→觀測(cè)水位下降情況，及時(shí)調(diào)節(jié)抽水設(shè)備功率。

在整個(gè)施工流程中，測(cè)量定線是基礎(chǔ)和關(guān)鍵的一步，要求能準(zhǔn)確給出井點(diǎn)的位置，以便在后期基坑開挖過程中保證基坑的坡比和底口尺寸，避免因井點(diǎn)位置不準(zhǔn)確造成的返工。該基坑土質(zhì)為粉砂土，采用高壓水沖孔法較為合適，在井點(diǎn)高壓沖孔時(shí)要保證沖孔上下垂直，沖孔上下的直徑一致，沖孔直徑達(dá)到25～30cm較為適合，嚴(yán)格控制沖孔標(biāo)高，使井點(diǎn)底部標(biāo)高達(dá)到降水設(shè)計(jì)要求。安放井點(diǎn)管的時(shí)候要保證井管處于中間位置，這樣可以保證反濾材料能均勻分布到井管的周圍，起到良好的透水效果?；靥罘礊V砂礫的時(shí)候，首先要確定砂礫的級(jí)配和粒徑大小，反濾層厚度要達(dá)到10cm，反濾砂礫回填高度在濾水管頂部1～1.5m的位置，砂礫回填過程中要保證四周均勻下料，反濾砂礫回填質(zhì)量的好壞直接影響井點(diǎn)的出水能力，所以要充分重視該環(huán)節(jié)。井點(diǎn)頂部黏土密封目的是保證井點(diǎn)的氣密性，避免空氣從井點(diǎn)頂部進(jìn)入，在該環(huán)節(jié)中，黏土回填厚度在井口下1.5m左右。安裝抽水總管和總管與井點(diǎn)連接的過程中，要特別注意各個(gè)節(jié)點(diǎn)的氣密性，保證節(jié)點(diǎn)氣密性良好。

4　降水效果

通過對(duì)水位的觀測(cè)，得到水位隨降水時(shí)間的變化關(guān)系，如圖3所示。

圖3　地下水位隨時(shí)間變化曲線

從圖3可以看到，在抽水開始后的一天內(nèi)，水位下降較為明顯，在抽水時(shí)間達(dá)到36h后，水位下降緩慢，在抽水時(shí)間達(dá)到44h后，水位趨于穩(wěn)定，地下水位維持在-5.0m左右，達(dá)到降水設(shè)計(jì)要求。

地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，降水開始后的2d，地下水位達(dá)到降水設(shè)計(jì)水位，為了便于機(jī)械開挖和運(yùn)輸，基坑在第四天開始進(jìn)行開挖，這樣可以使基坑粉砂土充分瀝水。開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，基坑無積水，為施工創(chuàng)造了良好的干地施工條件。在基礎(chǔ)施工期間，基坑底面沒有出現(xiàn)管涌、滲水的狀況，地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求值。降水后，在沒采取護(hù)坡措施的情況下，邊坡的穩(wěn)定度較好，沒有出現(xiàn)滑坡、塌方等現(xiàn)象?；拥母黜?xiàng)指標(biāo)表明，該基坑輕型井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)完全滿足基坑施工的要求，達(dá)到預(yù)期降水目標(biāo)。

5　結(jié)　論

通過該基坑輕型井點(diǎn)降水的過程和結(jié)果，可以看出該降水方式具有方便靈活、易于施工的特點(diǎn)，降水成本較低，成效明顯。所采用的基坑涌水量計(jì)算方式適合盤錦近海地區(qū)的水文地質(zhì)狀況，該基坑降水設(shè)計(jì)方案較適用于盤錦沿海地區(qū)狀況，具有一定參考借鑒作用。

[1]宋功業(yè).井點(diǎn)降水施工技術(shù)與質(zhì)量控制[M].北京：中國(guó)電力出版社,2013.

[2]吳林高.工程降水設(shè)計(jì)施工與基坑滲流理論[M].北京：人民交通出版社,2003.

[3]吳昌瑜,李思慎,謝紅.深基坑開挖中的降水設(shè)計(jì)問題[J].巖土工程學(xué)報(bào),1999，21(3)：348-350.

[4]章昕.深基坑降水技術(shù)淺析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2010(S2)：443-446.

王光焰(1967-)，男，工程師，主要從事水資源管理、水利工程施工等方面的工作。

TU753

B

2096-0506(2016)03-0061-03