漢江取水泵站深基坑開挖施工降水技術探討

(湖北省水利水電規劃勘測設計院，湖北 武漢　430064)

水源工程是城市基礎設施的重要組成部分，對于保障群眾生產、生活，維護城市的正常運轉，改善城市及周邊地區的生態環境，促進社會、經濟和環境的協調發展具有重要意義。

針對應城市當地水資源條件，經過供需平衡計算，2030年規劃水平年缺水嚴重。因此，應城市供水工程是解決區域資源性缺水問題，穩定供水水源，服務應城市城區的持續快速發展，保障人民飲水安全的重要水利工程。通過技術經濟比較，應城市供水工程選用水質較好的漢江水源，取水口設置在漢川市境內[1]。

漢川市位于江漢平原中部，漢江橫貫全境，兩岸地區由漢水河道變遷沖積而成，為典型的軟土地區，地層巖性與水文地質條件比較復雜，地下水位淺，水量豐富。取水泵房基坑范圍大，基坑深，且建筑物必須干地施工，因此需采取可靠降水措施才能保證工程的順利進行。

1　工程概況

取水泵站距漢江堤腳直線距離約100m，設計流量為2.55m3/s，主要由進水前池、主泵房以及出水控制閥室等部分組成。主泵房建基面高程10.77m，平面尺寸48.3m×19.4m；前池建基面高程9.61m，平面尺寸34.2m×13.4m。兩者一體化開挖，基坑底面尺寸48.3m×33.5m。

2　水文地質條件

工程區地勢平坦開闊，地面高程26.10～27.80m。區內地層巖性主要為微至極微透水的黏土層，透水性與富水性均較差，地下水主要類型為孔隙性潛水和孔隙性承壓水，實測鉆孔內潛水位埋深3.00～3.10m，高程23.30～24.20m。承壓水位高程21.30～23.70m，承壓水頭一般為12～14m。土層為漢江沖積堆積，主要沉積物為第四系沖積砂壤土、壤土、黏土、壤土夾砂及粉細砂等，泵房區域地質特性見下表。

泵房區域地質特性表

泵房底板位于壤土夾砂與細砂層，開挖擊穿不透水層，由于無黏性土履蓋層，下部砂層承壓水產生的頂托力遠大于覆蓋層自重，基坑開挖過程中存在基坑突涌的風險，嚴重影響施工安全。

工程規模為Ⅲ等中型工程，泵房主體工程施工安排在枯水期12月至次年4月，4月月底基坑回填至現有地面高程，不影響漢江堤防防洪度汛安全。施工期漢江洪水頻率采用10%，對應的水位為23.78m，與基坑底板高差14.17m，有較大的滲透比降，對基坑降水及安全存在不利的影響。

3　施工降水方案選擇

基坑降水方法總體上分為兩類，一類是重力降水，即明排法，在基坑周圍設置排水溝、集水井匯流，該方法施工簡單，降水費用較低，適宜于基坑不深，水位降幅不大，地層形成粒徑較粗、滲透系數較大的砂卵石覆蓋層；另一類是強制降水，即井點法，在基坑周圍埋設井點管，不間斷地將地下水抽走，可使基坑周圍的地下水降至設計深度，常用的井點降水法有輕型井點、管井井點、電滲井點、噴射井點等，可依據土層的巖性、滲透性、要求水位降深等特點選用降水方法。

泵站站址處地面高程24.00～27.00m，基坑底高程9.61～10.77m，基坑平均開挖深度15.31m。為便于泵站基坑開挖、建筑物澆筑施工，地下水位須降至底板基礎1m以下，即高程8.61m，所以設計水位降深為15.6m，施工降水要求較高，宜采用井點降水，井管濾水管所處土層為砂層，滲透系數為9.26×10-3cm/s(8m/d)。

4　施工降水設計及計算

泵站基坑分三級開挖，邊坡系數1∶2，馬道寬2m，高程分別為15.50m、21.00m，上一級以壤土為主，涌水不多，可采用明溝集水法排水。下兩級開挖施工時采用管井降水措施，將井管布置在高程21.00m馬道處，布置范圍為矩形，長為91m、寬約80m。

井點管埋深

H≥H1+h+iL=11.39+1+40×0.1=16.39m

式中H1——井點管埋置面至基坑底面距離，按設計為11.39m；

h——基底至降低后的地下水位線距離，取1m；

i——水力坡降,環形井點布置取1/10；

L——井點管至基坑中心點水平距離，40m。

設計井管總長度為22m,含濾管5m。

由于巖土空隙差異很大，地下水在土體不均勻空隙中運行狀態十分復雜，所以基坑涌水量只能通過簡化模型計算。目前相關規范的計算方法都是以法國水力學家裘布依的水井理論為基礎。主要假設含水層是水平的、均質各向同性的，并且水流符合達西定律，呈軸對稱的徑向流運動，在距井軸一定距離水位下降為零。以承壓井為例，涌水量微分方程為

對于承壓非完整井，均質含水層，對上式分離變量并積分[2]:

式中K——滲透系數，K=8.0m/d；

R——降水影響半徑，R=441m；

M——有效含水層厚度[3]，M=38.1m；

S——基坑水位降深，S=15.59m；

r0——基坑等效半徑，r0=50.5m；

l——濾水管長度，l=5m。

5　降水井效果觀測及分析

11月開始第一口井即觀測井施工，采用的潛水泵功率為2kW，抽水量達20m3/h，經過24小時觀測，出水穩定，隨后逐步完成其余降水管井施工。施工過程中由于征地移民問題，其中一處民房拆遷進度嚴重滯后，從而影響兩口管井施工。待施工開挖至泵房高程11.70m處，基坑滲水情況較少，施工機械能夠正常工作。此時觀察基坑內水位高程位于10.20m左右，仍高于進水前池局部高程9.61m，影響施工安全。通過進一步分析該地區地形地質條件及施工環境，基坑降水的失常狀況，主要存在以下幾方面問題：

a.該地區位于江漢平原中部，以河流堆積地貌為主，地層結構復雜，各地層滲透差異性大，綜合滲透系數及降水影響半徑對整個基坑滲水量計算結果敏感，而確定滲透系數及降水影響半徑最常用、最有效的方法是進行現場抽水試驗[4]，因此降水計算時須通過現場抽水試驗選用合適的滲透系數及降水影響半徑。

b.基坑臨近漢江，地層深處為砂層，江水對滲水有所補充。施工時恰逢秋雨時節，降雨偏多，漢江水位上漲勢必增強基坑滲水。

c.施工過程中由于征地原因造成管井施工滯后，降水區域未能及時封閉，從而影響基坑整體降水效果。

經過技術經濟分析，決定在進水前池基坑臨江側增設輕型井點降水，管徑50mm，管長6m，間距1.5m，輕型井點運行后地下水位降至8.60m以下，滿足施工要求，基坑順利開挖到設計高程。

6　結　論

施工降水是深基坑開挖的一項重要保障措施，降水效果的好壞直接影響施工進度是否順利，甚至關乎項目的成敗[5]，因此項目設計施工過程中選擇經濟可靠的降水方案至關重要，一般可從以下幾個方面著手：

a.對于深基坑工程，地質勘查時盡量探明范圍內水文地質條件，特別是臨近水體補給的項目，須考慮外水對基坑滲水補充的影響程度。

b.管井施工前期觀測井要嚴格做好抽水試驗，確定各項參數，及時根據實際情況優化調整降水方案。

c.根據地質參數及現場情況，充分利用各種降水方式的優點及適用條件，可采用明排、輕型井點、管井等多種方式相結合。

d.施工過程中須設置備用電源、水泵等措施，連續抽水平穩降低地下水位，確保基坑邊坡安全。

[1]李娟，曹國良，常景坤.應城城市供水水源方案研究[J].水利水電技術，2016,47(8)：102-104.

[2]GB 50296—2014管井技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[3]陳幼雄.井點降水設計與施工[M].上海：上海科學普及出版社，2004.

[4]燕建龍，趙治海，楊利全,等.基坑降水設計中水文地質參數計算方法分析探討[J].工程勘察，2011，39(3)：40-44.

[5]項永紅.同馬大堤孤山閘加固工程基坑破壞原因及處理措施[J].水利建設與管理，2006(8)：65.