排澇泵站工程施工項目基坑降水與圍堰防滲方案研究

金成國

(六安市金安區河道管理局，安徽 六安 237000)

洪澇災害是影響人類生存與發展的最大自然災害，具備發生概率高、影響范圍廣等特點，并具有較為明顯的區域性、季節性與重復性[1]。據統計數據發現，我國是全球洪澇災害最為嚴重的國家之一，特別是近幾年，我國城鎮化進程的不斷加快，導致城市內部植被破壞，極大地降低了城市排澇能力。再加上城市建設硬質道路逐漸增多，全球氣候變化的影響，城市熱島效應逐漸顯現，暴雨、持續降雨等天氣頻繁出現，致使城市內澇成為目前城市面臨的普遍問題。近兩年來，我國多個大城市多次遭受強降雨天氣，上演“城市看?！爆F象，造成了極大的經濟損失與人身傷害[2]。

城市是人口聚居地，隨著城市內澇現象的不斷發生，排澇系統成為城市建設的基礎設施之一。若城市排澇系統存在滯后性，會對城市居民生活與生產產生極大的不利影響，也會制約城市的發展，威脅城市安全。

現有排澇泵站來看，其均存在著運行時間長、建設標準低、排澇能力差等問題，故新建排澇泵站是解決現今城市內澇的關鍵。在排澇泵站工程施工項目過程中，基坑與圍堰是保障工程順利實施的基礎之一[4]。基坑降水與圍堰防滲是影響施工項目實施的主要問題，因此開展排澇泵站工程施工項目基坑降水與圍堰防滲方案研究，保障城市居民生活質量與安全，為城市發展提供更加強勁的動力，也為排澇泵站工程施工提供幫助。

1 排澇泵站工程施工項目基坑降水方案研究

排澇泵站以及前池基坑尺寸為73m×41.8m，建基面高程設置為0.5～3.5m。依據已知的地質資料，地下水位高程為8.80m，排澇泵站建設地區主要為砂層、砂礫石層與含水層，滲透系數約為0.86m/d。依據排澇泵站工程施工項目的建設需求，地下水位應該降至建基面以下大于0.5m，設計基坑降水最小設計降深為8.80～5.80m[5]。

借鑒已有研究文獻，選擇深井降水方案，降水井設置在泥質砂巖上，具備不透水性質。

1.1 基坑涌水量計算

排澇泵站工程施工項目中，基坑涌水量主要由地下水位、基坑面積大小、基坑各地層滲透系數等參數共同決定，并且應用的基坑涌水量計算公式均包含大量的經驗因子，相對應的手冊與標準也存在著較大的差異[6]。

此研究為保障基坑降水效果達到最大化，需要對基坑涌水量進行精準的計算，故借鑒現有文獻以及發達國家成熟研究成果等，決定利用3種計算公式對基坑涌水量進行計算，具體見表1。

對表1中進行對比可知，JGJ 120—2012只對基坑底部涌水量進行計算，公式推導模型存在著較大差異?！端娛┕な謨浴分粚拥撞颗c四周坑壁涌水量進行計算。另外，JGJ 120—2012將完整井模型簡化為大井。排澇泵站工程施工項目中，基坑涌水主要為基坑底部，坑壁涌水量較少，對其忽略不計。故此研究采用JGJ 120—2012基坑涌水量計算結果[7]。

表1 基坑涌水量計算公式表

1.2 降水深井數量確定

降水深井數量是決定著基坑降水性能的關鍵因素。而降水深井數量由基坑涌水量與單井抽水能力決定，并需要一定的富余，以此來保障基坑降水需求[8]。

常規情況下，降水深井直徑為0.4m，依據JGJ 120—2012確定單井抽水能力計算公式為

(1)

式中，q—單井抽水能力，m3/d；rs—過濾器半徑，m；l—過濾器進水部分的長度，m；k—含水層滲透系數，m/d。

依據上述描述可得深井布置情況如圖1所示。

圖1 深井布置示意圖

在多個降水深井作用下，單井流量也會產生一定的變化，常規情況下會小于理論抽水量，其計算公式為：

(2)

式中，q′—群井效應下單井流量；H—含水層厚度數值；sw—井水位的設計降深；R—降水影響半徑；rw—降水井半徑數值；r0—井群等效半徑數值；j—深井編號；n—深井的總數量。

1.3 降水深度復核

在降水深井應用過程中，需要對降水深度進行實時復核，保障降水深度能夠滿足排澇泵站工程施工項目的需求[9]。

降水深井之間與基坑中心點處在水位最高點，依據降水影響半徑與深度，計算受降水漏斗影響的降水高差[10]。若降水高差低于建基面，即基坑降水深度滿足排澇泵站工程施工項目需求；若降水高差高于建基面，說明基坑降水深度無法滿足排澇泵站工程施工項目需求，需要繼續對其進行操作[11]。

通過上述過程實現了排澇泵站工程施工項目基坑降水方案的設計，為施工項目順利實施打下堅實的基礎與前提。

2 排澇泵站工程施工項目圍堰防滲方案研究

2.1 圍堰防滲分析

圍堰指的是排澇泵站工程施工項目中，為了使機械設備等能夠在干地施工，建造的圍護基坑的臨時擋水建筑物[12]。

常規圍堰布置情況如圖2所示。

圖2 圍堰布置示意圖

對于大部分圍堰來說，一般需要對堰體進行基礎的防滲處理，降低圍堰的滲水量，保障基坑能夠正常運作，主體工程施工能夠順利進行[13]。典型圍堰防滲方案如圖3所示。

圖3 典型圍堰防滲方案示意圖

2.2 圍堰防滲方案及其選擇范圍

圍堰防滲方案主要包含兩個方面內容，分別為圍堰防滲體方式及其工藝與材料[14]。目前，圍堰防滲方式主要分為四大類，在將其按照材料與工藝細分，可得到多種圍堰防滲方案，具體見表2。

由表2可知，每種圍堰防滲方案都具備自身的優點、缺點與適用環境，故在圍堰防滲方案選擇時，需要確定每種圍堰防滲方案的范圍。再結合實際排澇泵站工程施工項目的情況、條件與需求，選擇最適合的圍堰防滲方案[15]。每種圍堰防滲方案特點內容具體見表3。

表2 圍堰防滲方案表

表3 圍堰防滲方案特點內容表

2.3 圍堰防滲方案選擇方法確定

圍堰防滲方案的選擇，防滲體方式與施工工藝兩者是相互聯系的，需要結合兩者進行科學、合理的選擇。故此研究采用經驗類比法選擇圍堰防滲方案[16]。

經驗類比法步驟如下：

步驟一：獲取相關、類似排澇泵站工程施工項目資料，包含地質條件、工程規模、圍堰類型、使用壽命等內容。

步驟二：對獲取的排澇泵站工程施工項目資料進行對比分析，尋找出實施方案特性的適應性、優勢與缺點，得出結論。

步驟三：將待實施的排澇泵站工程施工項目與已施工排澇泵站工程施工項目進行對比分析，甄別異同。

步驟四：依據接近度較高的已施工排澇泵站工程施工項目，初步擬定幾個圍堰防滲方案。

步驟五：對步驟四擬定的圍堰防滲方案進行經濟比較分析，選取經濟適用性最高的方案，即為最終的圍堰防滲方案[17]。

另外，還需要對圍堰防滲方案進行質量管理，此研究基于PDCA循環原理，構建質量管理體系，明確責任與分工，確定圍堰防滲方案的質量管理程序，對施工的各個環節進行質量嚴格把控。若施工過程中出現問題，實時反饋，并對其進行實時修整，保障圍堰防滲方案的防滲效果。

依據上述描述制定排澇泵站工程施工項目圍堰防滲方案質量管理程序如圖4所示。

圖4 圍堰防滲方案質量管理程序示意圖

通過上述過程實現了排澇泵站工程施工項目基坑降水與圍堰防滲方案的設計，為排澇泵站的建設提供支撐。

3 實驗與結果分析

為了驗證提出方案的應用性能，采用MATLAB仿真平臺設計實驗。

3.1 實驗對象選取

實驗以六安市金安區松墩、龍嘴排澇泵站作為對象，如圖5所示。

圖5 實驗對象示意圖

六安市金安區松墩、龍嘴排澇泵站工程施工項目相關信息見表4。

表4 實驗對象信息表

3.2 監測點布置

實驗過程中，在基坑與圍堰周邊環境中設置15個監測點，具體布置情況如圖6所示。

圖6 監測點布置示意圖

3.3 實驗結果分析

依據上述選取的實驗對象與布置的監測點，進行基坑降水與圍堰防滲實驗，通過降水深井抽水量與滲透系數來反映方案的應用性能，數據見表5—6。

表5—6數據顯示，現有方案降水深井抽水量范圍為1611～1745m3/d，滲透系數范圍為0.0258～0.0854cm/s；提出方案降水深井抽水量范圍為1845～1942m3/d，滲透系數范圍為0.451～0.562cm/s。

表5 方案應用性能數據表(降水深井抽水量數據) 單位：m3/d

表6 方案應用性能數據表(滲透系數數據) 單位：cm/s

通過數據對比可知，提出方案降水深井抽水量與滲透系數更大，充分表明提出方案具備更加優質的應用性能。

4 結語

此研究提出了一種新的排澇泵站工程施工項目基坑降水與圍堰防滲方案，極大的提升了降水深井抽水量與滲透系數，為排澇泵站工程施工項目的順利實施提供更加有效的支撐。