深井降水在簸箕李引黃灌區(qū)襯砌工程中的應(yīng)用

付鐵軍　劉香坤　王龍

摘要 為探索深井降水在簸箕李灌區(qū)長(zhǎng)距離渠道襯砌中的應(yīng)用，采用對(duì)比選取降水方式，采取虛擬基坑進(jìn)行水力計(jì)算，確定井深、井距、降水時(shí)間等布井參數(shù)。通過(guò)施工確認(rèn)了深井降水計(jì)算數(shù)據(jù)的合理性。該研究可為長(zhǎng)距離渠道襯砌的降水及水利計(jì)算問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 簸箕李灌區(qū)；深井降水；襯砌；降水方式；水利計(jì)算；質(zhì)量控制

中圖分類號(hào) S273.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）14-0190-02

1 工程概況

1.1 施工地理位置

簸箕李引黃灌區(qū)是全國(guó)大（Ⅰ）型灌區(qū)，位于山東省濱州市西部，黃河下游左岸。地理坐標(biāo)為東經(jīng)117°14′37″～117°58′44″、北緯37°07′41″～38°14′57″，呈南北狹長(zhǎng)形狀，南北長(zhǎng)130 km，東西平均寬17 km，控制版圖面積22.4萬(wàn)hm2?？v貫惠民、陽(yáng)信、無(wú)棣和德州慶云，涉及24個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)灌溉面積為7 266.7 hm2。據(jù)2013年統(tǒng)計(jì)資料，區(qū)內(nèi)國(guó)民生產(chǎn)總值332億元，總?cè)丝?10萬(wàn)人，人均耕地1 306.7 m2，農(nóng)民人均純收入10 143元。

本次施工主要建設(shè)內(nèi)容為山東省發(fā)展和改革委員會(huì)“魯發(fā)改農(nóng)經(jīng)〔2012〕30號(hào)”文批復(fù)《濱州市簸箕李灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程（第五期）可行性研究報(bào)告》的部分內(nèi)容。依據(jù)山東省發(fā)展和改革委員會(huì)、山東省水利廳魯發(fā)改投資〔2014〕833號(hào)文“關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)下達(dá)大型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造工程2014年中央預(yù)算內(nèi)投資計(jì)劃的通知”和山東省發(fā)展委員會(huì)、山東省財(cái)政廳魯發(fā)改投資〔2014〕1002號(hào)文“關(guān)于下達(dá)中央預(yù)算內(nèi)投資大型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造工程2014年省財(cái)政專項(xiàng)配套投資計(jì)劃的通知”，工程預(yù)算總投資 3 057.29萬(wàn)元。具體位置為灌區(qū)一干渠10+434～16+861段共6.427 km渠道襯砌、配套管理道路及水土保持治理、改造沿途涵閘13座。設(shè)計(jì)采用58 cm×38 cm×8 cm砼板護(hù)砌兩岸[1-2]。底寬9 m，彎道及橋下全斷面護(hù)砌長(zhǎng)度共1 302.9 m。其他渠底，因蘆葦、蒲草等雜草叢生，采用水泥土護(hù)底。根據(jù)技術(shù)要求襯砌工程需要在河底開挖40 cm×60 cm齒槽澆筑混凝土齒墻，但是沿河地區(qū)地下水位較高，在沿河地帶由于水的流動(dòng)及靜水壓力和滲透水壓的聯(lián)合作用，極易使砂土產(chǎn)生液化現(xiàn)象形成流砂，開挖齒槽時(shí)容易造成坍塌。因此，降低地下水位達(dá)到開挖齒槽標(biāo)準(zhǔn)成為施工中的首要問(wèn)題，如果降水不達(dá)標(biāo)，容易造成開挖齒槽坍塌或者澆筑齒墻不達(dá)標(biāo)，不但會(huì)加大工程投入還會(huì)影響工程質(zhì)量。故如何降水成為工程的首要難題。

1.2 水文地質(zhì)情況

根據(jù)水文地質(zhì)報(bào)告，區(qū)域內(nèi)地下水為第四系孔隙潛水，主要接受大氣降水和灌區(qū)引黃河道來(lái)水補(bǔ)給，以垂直蒸發(fā)排泄為主，地下水的升降與大氣降水、干渠水位和附近河道蓄水密切相關(guān)，含水層為粉質(zhì)砂壤土，含水層間密切聯(lián)系，地下水賦存于粉質(zhì)砂壤土及黏土裂隙、孔隙中，具有一定連通性[3]。多為層狀、網(wǎng)狀分布，裂隙分布不均勻，以表層為主，透水性不均一?？辈炱陂g10+434～16+861段地下水位埋深3.10～3.80 m，地下水位平均高程7.30 ～9.00 m，常年變化幅度為0.50～1.90 m。據(jù)本次雙環(huán)滲水試驗(yàn)分析，淺層粉質(zhì)壤土滲透系數(shù)平均為7.28×10-4 cm/s，粉質(zhì)砂壤土的滲透系數(shù)平均為2.83×10-4 cm/s。為中等透水。

2 降水方式的選擇

自2005年以來(lái)，灌區(qū)從上游開始共完成續(xù)建配套與節(jié)水改造工程十一期，累計(jì)襯砌渠道73.916 km。因?yàn)樾枰邓疃炔淮螅? m左右），以往工程都采用在河底順河方向開挖降水明溝加集水井進(jìn)行降水。水量豐富時(shí)，加橫向降水明溝就能滿足降水需求。本次工程位于灌區(qū)下游，因?yàn)楹拥辣冉?，施工高程下降很多，加上施工位置位于灌區(qū)西部地勢(shì)偏高地區(qū)，需降低水位深度增加為2 m左右。河道內(nèi)除護(hù)底外還要做水泥土處理。河道底寬也從原來(lái)的17 m縮短為9 m。綜合以上因素，以往的降水明溝加集水井的降水方式既不能滿足降水要求又妨礙影響施工。而其他輕型井點(diǎn)降水和噴射井點(diǎn)降水因需要場(chǎng)地和運(yùn)行故障率高等特點(diǎn)，均不適合本次工程降水。

深井井點(diǎn)降水是在深基坑周圍埋置深于基底的井管，依靠深井泵或深井潛水泵將地下水從深井內(nèi)揚(yáng)升到地面排出，使地下水位降至坑底以下。深井井點(diǎn)降水具有排水量大、降水深、不受吸程限制、井距大等優(yōu)點(diǎn)。深井井點(diǎn)降水適用于滲透系數(shù)較大（0～250 m/d）、土質(zhì)為砂石、碎石及地下水豐富的區(qū)域。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析本次工程決定采用深井井點(diǎn)降水[4]。

3 水力計(jì)算

襯砌斷面為梯形，底寬9 m，邊坡1∶2，襯砌高度2.7 m。在渠底兩側(cè)需開挖0.4 m×0.6 m齒墻。襯砌長(zhǎng)度6.427 km，擬沿河道兩岸交錯(cuò)布置排水深井。將整個(gè)河道設(shè)想為一個(gè)大的虛擬基坑進(jìn)行計(jì)算。則基坑開挖深度b=2.7+0.6=3.3 m。槽底寬9 m，井距離襯砌護(hù)坡0.6 m。則無(wú)砂管上口與開槽遠(yuǎn)端水平距離Lx=9+2.7×2+0.6=15 m[5]。工程開始前提前采取單井帶一個(gè)觀測(cè)井的方法，利用穩(wěn)定現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)得出滲透系數(shù)k=1.5 m3/d。降水前地下水位線離槽上口1 m，要求降水后地下水位線離槽底Δh=0.5 m，水利坡度J=1/4。

3.1 無(wú)砂管埋設(shè)深度（H）

H≥h1+Δh+JLx=3.3+0.5+1/4×15=7.55 m，取H=8 m。

3.2 初步確定井群涌水量

3.5 降水天數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定土密度r=1.7 g/cm3，降水后土壤含水量減少ΔW=8%，則Tmin=4S′2LrΔW/Q=4×7.52×101.9×1.7×8%/1 474.12=2.12 d。

4 井點(diǎn)降水施工中的質(zhì)量控制

4.1 打井

打井時(shí)雇傭當(dāng)?shù)赜薪?jīng)驗(yàn)的打井工進(jìn)行，為避免井底掉落沉渣，打井前應(yīng)在井口預(yù)埋護(hù)筒，填沙后才可拆除。無(wú)砂管之間的連接處用濾網(wǎng)封口并用鐵絲捆扎。采用托盤鋼絲繩下管法下井管。井的外圍要填入3～10 mm粗砂或米石，應(yīng)均勻下入，避免“架橋現(xiàn)象”，至少填至距離地面1 m。如果在打井過(guò)程中設(shè)計(jì)井深超過(guò)亞黏土層時(shí)可將井深度縮小，用增加排水井?dāng)?shù)量的方法予以解決。

4.2 洗井

現(xiàn)場(chǎng)做出合理排水計(jì)劃，及時(shí)排除抽出的地下水，在井打好后立即進(jìn)行抽水作業(yè)，不能擱置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或完成鉆探后集中洗井。洗井開始時(shí)要使用大功率水泵，使水位差控制在要求范圍之內(nèi)。留有備用設(shè)備，一經(jīng)開始，就要不間斷進(jìn)行抽水，直至工程結(jié)束。防止排出的地下水回滲或流入基坑。施工過(guò)程中不上水也不能停泵，水泵在水下是不會(huì)燒壞的。等水位上升到一定高度時(shí)，水泵會(huì)自動(dòng)恢復(fù)抽水，以保證地下水位相對(duì)穩(wěn)定。

4.3 封井

降水井抽水完成后，應(yīng)按照規(guī)范要求及時(shí)封堵。封井前應(yīng)先用大功率水泵盡量降低井內(nèi)水位。下部井管最好填砂或用黏土球進(jìn)行封堵。上部2～3 m要拆除井管，清除濾料，用黏土夯實(shí)。

施工時(shí)當(dāng)連續(xù)抽汲3 d后，即出現(xiàn)斷續(xù)出水現(xiàn)象，抽到4 d時(shí)，抽汲30 s，斷續(xù)30 s左右。此時(shí)表明地下水位基本穩(wěn)定，可立即進(jìn)行開挖齒墻。通過(guò)施工充分證明了將長(zhǎng)距離引黃渠道設(shè)定為虛擬基坑計(jì)算深井降水布置參數(shù)的可行性和合理性。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范：JGJT111-1998[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

[2] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程：JGJ120-99[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[3] 江正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)[M].2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[4] 秦夏強(qiáng).超深基坑工程承壓水控制實(shí)踐與研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.

[5] 劉振界.南水北調(diào)渠道深井降水自動(dòng)化研究[J].科技傳播，2014（7）：99-100.endprint