組合小井在流砂類基坑降水中的應用

許亞杰

(齊齊哈爾市水資源中心，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

0 引 言

暗排是處理流砂基礎(chǔ)開挖的有效方法之一。目前，用作暗排的井型有兩種，即管井和對口抽真空井。為尋求暗排的合理井型和布置方式，降低暗排井群的造價和排水動力機械的耗能，從1990年開始，在理論分析的基礎(chǔ)上，通過實際工程的實踐證明，采用真空組合小井井群處理流砂基礎(chǔ)，在成井造價、施工工藝、排水耗能和降水效果等級方面，均優(yōu)于對口抽真空井，更好于各類管井。

1 工程實例及主要優(yōu)點

太和灌區(qū)2號節(jié)制閘工程位于干渠4.6km處，設計過閘流量11m3/s。閘址處渠底距地表面0.7m，

渠底以下有近3.1m的粉細砂層，3.1m以下為中砂。地下水位最高時距地表0.6m，設計基坑挖深2.9m(渠底以下)，有效基坑面積為10.7m×11.2m。擬定了兩種基坑排水的暗排方案：一是常規(guī)的一井一泵井群暗排型式，即對口抽真空井和管井，布置型式如圖1。共布設井點4眼，每個井點配一臺6B-20離心泵和一臺195柴油機。對口抽真空井的吸水管采用直徑101.6mm鋼管。管井采用直徑300mmm的鐵皮卷管做井壁，水下部分為花管，與泵連接的吸水管采用直徑152.4mm的鋼絲膠管，下端接一水籠頭。二是采用真空組合小井井群暗排型式，如圖2。共布設井點16眼，每4個井點組合后再與6B-20離心泵及195柴油機連接。吸水管采用直徑50.8mm的鋼管，通過分別對這兩個方案三種井型的降水效果計算成果如表1。三種井型的降水曲線如圖3。

表1 三種井型比較表

經(jīng)比較可見，真空組合小井井群具有以下優(yōu)點：

1.1 降水效果好，成井深度適宜

組合小井在基坑周圍均勻布置若干個井點，形成了井的截水墻，使基坑工作面下的動水位降落均勻，成井深度相對較淺。通過實踐可知，采用組合小井暗排較常規(guī)井點暗排的成井深度減少40%-50%。太和灌區(qū)2號節(jié)制閘工程，當采用真空組合小井暗排時，成井深度僅為7.00m，而按常規(guī)井點暗排時，管井的成井深度為8.07m，對口抽真空井的成井深度為12.57m。組合小井的成井深分別占管井和對口抽真空井成井深度的86.7%和55.7%。

1.2 適用范圍廣、運行經(jīng)濟

組合小井暗排的有效吸程、排水流量及排水功率均小于常規(guī)井點暗排，為配套機泵的選擇及地下水位的有效降深提供了更加廣泛的使用條件。從太和灌區(qū)2號節(jié)制閘工程的三種暗排井型比較可知，組合小井的有效吸程、排水流量及排水功率分別占對口抽真空井的67.3%、91.0%、78.0%。分別占管井的74.5%、91.6%、98.8%。因此，若在水泵的允許吸出真空高度和安裝高程相同的條件下，適當增加吸水管的直徑，使其吸水總水頭損失與常規(guī)井的吸水總水頭損失相等?？墒沟叵滤唤抵脸Ｒ?guī)井點降深的兩倍左右，而在相同降深的情況下，可使排水的動力功率同降深的情況下，可使排水的動力減少30%-40%。

圖1 對口抽真空井及管井布置型式

圖2 真空組合小井井群暗排型式

1.3 施工簡便 操作易行

組合小井的成孔可采用自制的人力反循環(huán)打井小鉆，在4-6人操作下，3.0-3.7h即可完成一處3-4孔的組合小井，較常規(guī)井的成井工期縮短時間60%。井體的各主要部件在購置的原材料基礎(chǔ)上，進行簡單加工即可形成。

1.4 取料合理 造價低廉

由于組合小井的單點排水流量較小，其吸水管直徑一般多采用50.8-76.2mm的塑料管或鋼管。井管及其附屬部件均可就地取材或現(xiàn)場加工，由于井管的成孔直徑小，成井深度淺，成孔不需機械鉆進。所以，井體的成孔費用相對降低，根據(jù)實際工程比較可知，組合小井的成井造價分別占對口抽真空井和管井造價的84.0%和71.0%，見表2。

表2 三井型成井造價比較表

1.5 基坑土方開挖量減少，有利于加快施工進度

由于該井型能更有效控制地下水位，從根本上防止流砂發(fā)生，基坑邊坡可以進一步變陡，使基坑的開挖量減少，從而大大加快基礎(chǔ)工程的施工進度[1]。

2 井群布置及井管設計

2.1 井群布置

為使在基坑四周形成井的截水墻，把地下水位降至設計最大挖深工作面以下，井點的布置在考慮最優(yōu)降水效果和方便施工的情況下，盡量沿基坑的有效設計邊線排列，一般要求井點距基礎(chǔ)工程輪廓線0.3-0.5m，各井點間的距離不宜大于3.5m。具體布置，見圖4。

1.開挖邊坡線；2.設計開挖線；3.組合小井降水曲線；4.一井一泵降水曲線

圖4 井群布置圖

2.2 井管選擇

井管的直徑可根據(jù)設計基坑挖深和排水流量采用直徑50.8-101.6mm的塑料管或無縫鋼管。一般情況下，當?shù)叵滤辉O計降深在3.5m以內(nèi)時，吸水管可采用直徑50.8mm的塑料管或鋼管，當設計降深在3.5-5.0m時，吸水管可采用直徑76.2mm的塑料管或鋼管。當設計降深在5-7m時，吸水管可采用直徑76.2-101.6mm的塑料管或鋼管，也可采用降低機泵安裝高程而不增加吸水管直徑的辦法(吸水管直徑可采用76.2mmm)。

2.3 井深設計

真空組合小井的井深設計與常規(guī)井點的井深設計方法類同，主要計算過程是：一是根據(jù)已知的基坑有效開挖面積計算基坑的總涌水量；二是根據(jù)布設井點數(shù)量和基坑總涌水量計算單井點的排水流量；三是水位降深效果校核，進而求出井管地下部分的實際長度。四是濾水管長度計算；五是成井總深度計算[2]。

3 成井工藝

暗排組合小井的成井工藝和用于水田生產(chǎn)的組合小井的成井工藝基本類似，下面僅就不同之處進行簡要說明。

3.1 成孔

由于暗排組合小井均需在粉細砂層中成孔，為保證成孔率，可在遇到流砂時先將套管插入砂層0.5m左右，鉆頭隨之跟進成孔。套管每次壓進深度以0.3-0.5m為宜。為在濾水管外側(cè)回填一定厚度的反濾料，要求成孔直徑一般大于井管直徑的2.5-5.0cm。

3.2 井管連接

為有效減少吸水管的水頭損失，在進行井體豎管與水平管連接時，盡量采用弧線或折線連接。當吸水管直徑采用50.8-76.2mm的塑料管或鋼管時，可采用弧線連接。當吸水管采用直徑101.6mm以上的塑料管或鋼管時，可采用折線連接。

3.3 濾水管制作

為使濾水管具有較好的進水條件，濾水管采用包網(wǎng)式，制作方法是：

1)鉆孔。在濾水管的管壁上交錯地鉆進直徑0.5-1.0cm的圓孔，總孔隙率可根據(jù)管材的不同，控制在20%-30%。

2)焊墊條。墊條采用8號鐵線沿管壁縱向布置，間距1.5-2.0cm為宜。

3)包網(wǎng)纏線。在已焊好的墊條外包尼龍網(wǎng)兩層，并在網(wǎng)外側(cè)沿管長方向用12號鐵線纏緊，間距以4-6cm為宜(當井管為塑料管時，濾水管可改按鋼管)。

4 小 結(jié)

由于暗排結(jié)合小井在太和灌區(qū)2號節(jié)制閘工程流砂基礎(chǔ)處理上的成功使用，先后又在全勝灌區(qū)東興節(jié)制閘、訥南灌區(qū)2號節(jié)制閘等三處流砂基礎(chǔ)工程處理上應用，取得較好經(jīng)濟效益。據(jù)統(tǒng)計，由于采用真空組合小井暗排，3處工程的基礎(chǔ)開挖工期平均每處縮短7天，減少工程投資0.69萬元，其中：成井費用節(jié)省0.28萬元，開挖費用及其它節(jié)省投資0.41萬元。三處基礎(chǔ)工程共節(jié)省投資2.07萬元，占基礎(chǔ)工程總投資的17.3%。

根據(jù)近幾年我們采用真空組合小井處理流砂工程基礎(chǔ)的經(jīng)驗，現(xiàn)提出以下3點建議供參考。

1)井管的管材優(yōu)先選用直徑50.8-76.2mm的塑料管。主要優(yōu)點：一是管內(nèi)壁糙率較鋼管小，可減少吸水管的沿程水頭損失；二是管材費用低，較同直徑鋼管可節(jié)省資金40%左右；三是采用柔性材料井管，井管可隨著基礎(chǔ)的開挖沿邊坡線與水泵連接，從而避免井管出現(xiàn)小曲率弧線或直角彎，有利于減少局部水頭損失。

2)盡量降低機泵安裝高程，縮短井管長度，減小真空高度，以便增加排水流量，更有效地降低地下水位，降低機機泵安裝高程，可通過隨著基礎(chǔ)開挖深度的增加采取分批成井的辦法實現(xiàn)。即在基礎(chǔ)開挖接近地下水位時，先按設計井點間隔成井30%-50%，靠這部分并排水完成基礎(chǔ)土方開控量40%-60%。當開挖深度(原地下水位以下深度)達到設計水位總降深的30%-40%時，再同時完成其余排水井點的成井，待第二批成井全部投入運行后，即可將第一批成井的機泵改安在與第二批成井機泵處于同一高程。采用此法即可利用直徑50.8-76.5mm的細塑料管做井管，又能解決對地下水位降深要求較大的深基礎(chǔ)工程的流砂處理問題，但應保證施工期間地下水位不能超過機泵的安裝高程(機泵大部分停止工作的情況)，防止淹沒機泵，否則，不宜采用此法。

3)機泵的型號選擇盡量匹配合理，水泵的選擇主要以設計水位降深和單泵的排水流量為依據(jù)。由于流砂基礎(chǔ)的滲透系數(shù)較小，因此當設計地下水位降深在10m以內(nèi)時，其排水流量均小于100m3/h。而6B-20型離心泵具有允許吸出真空高度大(最大8.6m，相應流量95m3/h)、排水流量適宜(95m3/h-180m3/h)、要求配套轉(zhuǎn)數(shù)低(1450r/min)、配套動力易選取等特點。因此，建議真空組合小井應選配6B-20型離心泵，配套動力選用195柴油機。