管井井點排水在北趙引黃廟前一級站的成功應用

閆 浩

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 工程概述

廟前一級站位于萬榮縣榮河鎮廟前村南，由攔截汾河橡膠壩、進水涵閘、引水渠和泵站及輸出水管道組成。泵站設計提水流量14.69 m3/s，地形揚程141.85 m。橡膠壩將汾河攔截后，通過引水渠，在穿治黃護岸壩時建涵閘，將水送到廟前一級站進水池，新建廠房長105.5m，寬15.5m，配電間為2層，建筑面積2336m2。

本工程等別為Ⅱ等大（2）型，主要建筑物級別為2級，次要建筑物為3級，地震烈度按Ⅶ度設防。龍門水源站、廟前一級站泵站防洪標準為50年一遇設計，干支渠輸水建筑物設計防洪標準為20年一遇設計。

根據水文地質資料可知，泵站位于黃河Ⅱ級階地，地勢西低東高，地面高程365.70～369.20m，相對高差3.50 m，站址長150.5 m、寬15.5 m，地下水位標高357.22～357.59 m，廠房底高程350.5 m，進水池底高程351.45 m，地下水降深為6.72～7.09 m，引水渠0+000～0+620段位于黃河、汾河河漫灘上，地勢平坦寬闊，地面高程359.30～362.33 m，0+620～0+735段位于黃河Ⅱ級階地，地勢西低東高，地面高程363.04～365.80m地下水位標高357.82～358.76m，渠底高程為353.30 m，地下水降深4.67～5.46 m。本標段難度在于泵站、引水渠施工，地下水位較高。泵站廠房、進水池以及引水渠渠道建基面高程低于地下水位，為保證各部位施工的正常進行和盡量干地施工，需在開挖過程中做好相應的降排水工作。

2 地質情況

2.1 廠房地質情況

根據技施階段的勘察報告，廠房地基土層主要為全新統及上更新統河流沖擊層，巖性主要為粉土，中砂次之。現自上而下分別予以描述：

（1）粉土（Q4al）：淺黃色，稍濕，稍密，搖震反應中等，干強度低，韌性低，無光澤。該層厚6.50～8.30 m。

（2）粉土（Q4al）：淺黃色，濕，稍密，搖震反應中等，干強度低，韌性低，無光澤。中壓縮性。滲透系數為3.09×10-5cm/s，該層厚3.00～4.50 m。

（3）粉土（Q4al）：淺黃色，濕，稍密，搖震反應迅速，干強度低，韌性低，無光澤。中壓縮性。含有較多砂粒。滲透系數為1.22×10-5cm/s，該層厚 4.30～5.30 m。

（4）粉土（Q3al）：淺紅色，濕，密實，搖震反應中等，干強度低，韌性低，無光澤。中壓縮性。局部夾有顏色發青的粉質黏土，滲透系數為2.69×10-5cm/s，該層厚16.40～17.50 m。

（5）中砂（Q3al）：淺黃色，濕，密實，含較多卵礫石，局部為粗砂，成分以長石、石英為主，暗色礦物次之。該層未穿透，最大揭露厚度4.8 m。

2.2 引水渠地質情況

根據技施階段的勘察報告，引水渠地層描述如下：①粉土（Q4al）：淺黃色，濕，稍密，局部夾少量粉砂；②粉土（Q4al）：褐黃色，稍發紅，濕，稍密，局部黏性大；③中砂（Q4al）：淺黃色，濕，密實，局部為粗砂，成分以長石、石英為主，暗色礦物次之。

3 選擇降水及排水方案

由于施工區主要含水層為粉土，滲透性較弱，基坑開挖深度較大，且進水池基底設計需進行強夯處理，為便于強夯施工并保證強夯效果需將地下水位降至強夯影響深度以下。采用明排水易造成土顆粒大量流失引起邊坡塌方。本標段采用以二級輕型井點降水為主，對于井點覆蓋不到的范圍采用排水溝及集水井輔助排水的施工方法。但是，從施工和工期角度講，交叉施工，互相干擾大，不利于施工進度的合理安排和工期要求。本工程地下水主要為潛水，其主要補給來源為汾河和大氣降水，為方便基坑、渠道開挖，確保開挖面以上無水施工，結合本工程基坑、渠道開挖尺寸、地下水條件及施工要求，做了管井井點降水試驗，根據試驗成果擬采用管井井點降低地下水位。

4 降水試驗成果

4.1 本次試驗的目的及任務

（1）驗證擬定降水方案井距、井深的可行性。

（2）通過抽水試驗確定含水層的滲透系數和單位涌水量等參數。

（3）進一步確定排水方案中井距、井深、排水量和水泵揚程等參數。

4.2 試驗位置

試驗地段地處汾河河漫灘的后緣，地下水受汾河水的直接影響和控制、地下水屬潛水，埋藏淺，水位標高357.82 m～357.91 m，主要含水層為砂層。

根據實際資料廟前一級站引水渠渠底開挖高程為353.30 m，試驗期間地下水位標高為357.82 m～357.91 m。渠底開挖深度位于地下水位以下。為保證渠道及一級站工程施工過程中順利的降水和排水并取得第一手降水資料，沿一級站、引水渠樁號0+000～0+100之間設計布置了5眼排水井，1眼觀測井（井點布置圖見圖1），設計井井距25m，井深20m，井管為砼管，井徑400mm，抽水流量20m3/h，揚程17 m。觀測井垂直渠線位于J2排水井東側30 m處。

抽水試驗井從2008年11月15日起至2008年11月21日止，歷時7天，均按設計方案完成5眼鉆井工作。抽水試驗從2008年11月22日起至2008年12月9日止，歷時18天，順利完成了5眼排水井的抽水試驗和觀測任務。

圖1 抽水試驗井點布置圖

4.3 施工試驗方法和設備

本次排水井施工采用150型鉆機回轉鉆進施工，抽水設備為潛水泵，設計流量為20 m3/h，揚程為17 m，水位計采用萬用表進行水位測量。施工工序按照井孔定位→設備安裝→井孔鉆進→排漿→井管安裝→填料→抽水的工序進行。井距、井深滿足設計方案要求。

本次抽水試驗采用定流量法，按一次降深值設計，抽水觀測時間、水位測量按《水利水電工程抽水試驗規程》要求進行，即：在抽水開始后第 1、2、3、4、5、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120 min各觀測一次，以后每隔30 min觀測一次；當抽水試驗孔動水位上、下波動不超過2 cm，而且動水位沒有持續上升或下降即可視為穩定，停泵后觀測恢復水位時間為1、2、3、5、7、10、15、20、30、40、60、80、100min 各觀測一次，以后每隔 30min觀測一次，至恢復到初始水位85%以上。

4.4 試驗參數的計算

根據抽水試驗成果記錄，經計算各井水文地質參數如下：J1井的計算

4.4.1 滲透系數的計算

式中：K:滲透系數，m/h；

Q：抽水流量，m3/h；

S：抽水孔的水位降深，m；

l：水位線至井底距離，m

R：影響半徑，m，取值 60 m；

r：井口半徑，m，取值 0.2 m。

經計算，滲透系數為3.56 m/d。

4.4.2 單位涌水量計算

經計算，單位涌水量為8.16 m3/d。

同理可知：J2井的滲透系數為2.64m/d、單位涌水量為4.35m3/d；J3井的滲透系數為2.82 m/d、單位涌水量為5.15 m3/d；J4井的滲透系數為3.17 m/d、單位涌水量為5.79 m3/d；J5井的滲透系數為3.74 m/d、單位涌水量為6.45 m3/d。

4.5 試驗成果

抽水試驗前，對井孔的自然水位進行了觀測，抽水試驗從2008年11月22日4∶40開始，于2008年12月9日14：00結束，具體抽水井位置見圖1，各孔降深值見圖2～圖6，各孔水位關系圖見圖7、圖8，各孔抽水觀測成果見表1。

表1 各孔抽水觀測成果

圖2 抽水試驗J1孔S-t曲線

圖3 抽水試驗J2孔S-t曲線

圖4 抽水試驗J3孔S-t曲線

圖5 抽水試驗J4孔S-t曲線

圖6 抽水試驗J5孔S-t曲線

圖7 抽水井水位關系圖

圖8 J2和觀測孔水位關系圖

5 管井井點降水施工方案

5.1 井距、泵的確定

由抽水試驗可知：5眼排水井計算出的單位涌水量4.38～8.16 m3m/d，影響半徑在40～50 m。經計算，選用的潛水泵流量應大于27.7 m3/h，即可完全滿足施工排水工作。

故選用泵流量為30 m3/h，揚程為20.0 m；井距為10.0～20.0 m，如遇特殊情況可縮短井距。

5.2 站址排水井的布置

根據站址地質情況和平面形狀，管井井點圍繞廠房及進水池周圍布置，井深20 m，井距18.0～20.0 m，共布置排水井18個。管井井點降水系統包括井管、集水明渠和抽水設備組成。井管選用500 mm的砼管；抽水設備選用潛水泵，設計流量為30 m3/h，揚程為20 m。站址西側修一集水渠，集合來抽水設備的排水。排水井的布置見圖9。

圖9 站址各排水井動水位圖

引水渠排水井的沿渠軸線布置，間距為20 m，共布置37個。管井井點降水系統包括井管、集水明渠和抽水設備組成。井管選用500 mm的砼管；抽水設備選用潛水泵，設計流量為30 m3/h，揚程為20 m。西側修一集水渠，集合來抽水設備的排水。見圖10。

圖10 站址及引水渠各排水井平面布置圖

5.3 排水井的施工

本次排水井施工采用150型鉆機回轉鉆進施工，施工工序按照井孔定位→設備安裝→井孔鉆進→排漿→井管安裝→填料→洗井的工序進行。井距、井深滿足要求。

5.4 設備運行維護

設備開機后，不能停機，要24 h運行。將備用泵和電機調試好，發現運行設備有故障時，應及時替換，并將替換設備維修好。晚上應形成值班制度，工作人員要不間斷地檢查設備運行情況。發現降水管漏水時，盡可能不關機進行處理。各井泵的控制開關用專用的控制箱防雨、防漏電。

5.5 排水井的處理

管井井點降水設備的拆除應有圖紙設計人員的簽字。降水完成后，應及時對排水井進行回填。

5.6 井點施工注意事項

（1）施工場地要作出合理的排水規劃，及時排除抽出的地下水及地表水，施工時沖孔的水用排水溝引出，采用鋼管將水排至施工場區范圍以外指定部位。

（2）井點降低地下水一經開始，就要不間斷地進行，否則井點濾管易被堵塞。所以，機械、電源設備要保證，潛水泵需備用。

（3）在使用前，各接頭處要詳細檢查，保證嚴密不漏氣。

（4）抽水初期，所排出的水可能夾帶一部分細砂，待濾管四周形成了倒濾層之后，水即變為清水，但若濾網孔眼過大或抽水泵水量過大，砂粒仍會不斷抽出來，就應將與泵連接的水管閥關小來調整。

（5）如發現真空度不夠，出水量很小，要找出是在抽水方面還是管道方面的原因。

經過實踐證明，管井井點降水施工方案在北趙引黃廟前一級站得到成功應用，并取得顯著效果。