輕型井點降水法在盤錦近海地區的應用

王光焰

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000)

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輕型井點降水法在盤錦近海地區的應用

王光焰

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 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，區域總面積4071 km2，本文主要針對盤錦沿海地區的地質及水文特點，以2011年盤錦市遼河油田礦山地質環境治理水利工程為實例，論述輕型井點法在基坑開挖中實施的過程、方法和效果，為該地區近海岸輕型井點法基坑降水方案的實施提供參考依據。

盤錦沿海；輕型井點法；基坑降水

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

1　工程概況

盤錦市遼河油田礦山地質環境治理水利工程位于盤錦市東郭鎮葦場境內，該工程通過建設二級泵站、倒虹吸過水涵洞、節制閘和56 km引水渠道等水工建筑物，將渤海灣內的海水引入葦場境內，利用蒲草不能在海水中生長的習性達到消滅蒲草、保護環境和提高蘆葦產量的目的。該工程建筑在距離海岸線25 km范圍內，最近的建筑物距離海岸線僅有6 km。基坑深度平均為6.8 m，基坑底口面積平均為626 m2。工程建設區域內平均海拔為2.6 m，場地地下水為第四系孔隙潛水，水位埋深為0.8～1.6 m。該地區土質主要為含水粉砂層，由于距離海岸線較近，海水對該區域的地下水有較強的補給作用，在抽水試驗中，試驗水井的出水為咸水。

采用輕型井點降水的2號泵站基坑是分基型結構，距離海岸線8.8 km，基坑開挖深度為4.5 m，邊坡1∶1.5，基礎底部尺寸為26.3 m×18.6 m(長×寬)。

2　相關計算及基坑整體布置

2.1基礎降水數據

由于該地區缺少鉆探試驗資料，故無法根據相關資料取得該地區的滲透系數。在降水實施前，項目技術人員進行了抽水試驗，根據試驗數據確定滲透系數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井點的平面布置

由于該地區滲透系數大，基坑底面積也較大，故井點采用單排環形布置，并將抽水總管獨立分為兩段，每段設置一個真空泵抽水裝置，每段總管的長度為41.9 m+34.2 m，考慮到施工的方便，井點距離基坑邊坡0.6 m。2號泵站基礎施工期正值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，在基坑的四周設立截水溝，整體平面布置如圖1所示。

1—井點；2—抽水總管；3—抽水設備圖1　井點平面布置圖

2.3高程布置

基坑開挖采用相對高程系統，假定原地面標高為0。根據相關資料和以往經驗，減掉各種損失后，輕型井點降水的深度一般不大于6 m。為了達到上述要求，在未設置井點前先開挖原地面以下1.5 m深度，在該高程面上設置井點，如圖2所示。此時計算井管的埋深為：

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，環形井點取值為1∶10；L為基坑中心至最遠井點的水平距離，按設計為19.6 m。

綜合以上數據，可計算出H為7.16 m，為了保證降水效果，項目采用Φ=50 mm，長度為7.5 m的鐵管設置降水井點。

1—地下水位；2—井點管；3—降水后水位線；4—濾水管圖2 井點管布置斷面

2.4基坑涌水量及井管數量和間距計算

2.4.1基坑涌水量

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

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的圓丼進行計算：

(2)

式中:F為井點所包圍的基坑面積，m2。

抽水影響半徑：

(3)

式中:H為含水層厚度，m；K為滲透系數，取值為5.2 m/d。

基坑涌水量為：

(4)

2.4.2井管數量和間距

目前較長使用的單井出水量計算公式：

(5)

式中:D為井點管的直徑，m；L為井點管的長度，m。

考慮到不良因素對井管的影響，在確定井管數量時采用1.1的備用系數，井管的數量為：

(6)

根據以往降水經驗，在基坑的轉角處水量一般較大，故在基坑的4個角對井管進行加密，每個角增加2根井管，加密后井管的總數量為：n=25+4×2=33井管間距為：

2.5抽水設備的配備

由于該基坑距離海岸線較近，水頭補給迅速，并且抽水總管較長，為了保證良好的降水效果，將集水總管均分為兩個獨立部分，每個部分配備W6型干式真空泵進行抽水，該型號能達到的最大真空度為110kPa，本降水設計要求達到的最小真空度為：

(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，可根據情況近似取值1～1.5。

根據式(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。

根據本降水設計對揚程和流量的要求，選用B112型離心泵，其吸水揚程為10m，流量為10～20m3/h。

3　施工流程及注意事項

測量放線，標定出截水溝、基坑開挖輪廓線。開挖截水溝，將基坑開挖至-1.5m標高后標定出井點位置。施工流程為：高壓水沖孔→安放井點管→回填反濾砂礫料→井點頂部黏土密封→鋪設抽水總管→將各個井點管與抽水總管連接→將抽水總管與抽水設備連接→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→開動抽水設備抽水→觀測水位下降情況，及時調節抽水設備功率。

在整個施工流程中，測量定線是基礎和關鍵的一步，要求能準確給出井點的位置，以便在后期基坑開挖過程中保證基坑的坡比和底口尺寸，避免因井點位置不準確造成的返工。該基坑土質為粉砂土，采用高壓水沖孔法較為合適，在井點高壓沖孔時要保證沖孔上下垂直，沖孔上下的直徑一致，沖孔直徑達到25～30cm較為適合，嚴格控制沖孔標高，使井點底部標高達到降水設計要求。安放井點管的時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。回填反濾砂礫的時候，首先要確定砂礫的級配和粒徑大小，反濾層厚度要達到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，反濾砂礫回填質量的好壞直接影響井點的出水能力，所以要充分重視該環節。井點頂部黏土密封目的是保證井點的氣密性，避免空氣從井點頂部進入，在該環節中，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連接的過程中，要特別注意各個節點的氣密性，保證節點氣密性良好。

4　降水效果

通過對水位的觀測，得到水位隨降水時間的變化關系，如圖3所示。

圖3　地下水位隨時間變化曲線

從圖3可以看到，在抽水開始后的一天內，水位下降較為明顯，在抽水時間達到36h后，水位下降緩慢，在抽水時間達到44h后，水位趨于穩定，地下水位維持在-5.0m左右，達到降水設計要求。

地下水位觀測數據表明，降水開始后的2d，地下水位達到降水設計水位，為了便于機械開挖和運輸，基坑在第四天開始進行開挖，這樣可以使基坑粉砂土充分瀝水。開挖至設計標高后，基坑無積水，為施工創造了良好的干地施工條件。在基礎施工期間，基坑底面沒有出現管涌、滲水的狀況，地基承載力達到設計要求值。降水后，在沒采取護坡措施的情況下，邊坡的穩定度較好，沒有出現滑坡、塌方等現象。基坑的各項指標表明，該基坑輕型井點降水設計完全滿足基坑施工的要求，達到預期降水目標。

5　結　論

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

[1]宋功業.井點降水施工技術與質量控制[M].北京：中國電力出版社,2013.

[2]吳林高.工程降水設計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計問題[J].巖土工程學報,1999，21(3)：348-350.

[4]章昕.深基坑降水技術淺析[J].巖土工程學報，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