大型渠道基坑降排水设计优化

□ 冯晓波（南水北调工程建设监管中心）

0 前言

南水北调工程渠道大部分为挖方渠道，需进行基坑开挖。在基坑开挖施工过程中，因地下水作用而导致渗透破坏，为保证边坡稳定和减少对周围环境的影响，需要选择合适的降排水方法进行基坑降水与排水。目前常用的降排水方法有明沟排水、轻型井点、喷射井点、砂（砾）渗井、电渗井点、管井等，其中明沟排水多用于降深较小，一般<5m的情况，而管井多用于降深10m的地质条件。鉴于施工场地的多样性及地质条件的复杂性，基坑开挖的降排水措施虽然有统一的设计标准，但需结合工程的实际情况进行分析，本文以南水北调中线工程进行降排水方案对比分析，选择最适合的降排水方法，以满足工程施工需求。

1 工程概况

南水北调某标段渠道为上粘性土、下软弱膨胀泥岩双层结构，以挖方为主，挖方深度一般为9.00～16.20m，最大挖深23.70m左右。渠底板主要位于黄土状轻壤土中下部及其粉砂透镜体中（alQ3），局部在砂质粘土岩顶部，渠坡由黄土状轻壤土和粉砂构成。黄土状轻壤土（alQ4）厚度4.50～7.00m，具轻微湿陷性，局部具中等湿陷性，并具地震液化潜势，液化等级为轻微～中等；黄土状轻壤土及粉砂透镜体具弱～中等透水性，砂质粘土岩具弱膨胀潜势。黄土状轻壤土（alQ4）湿陷和地震液化问题一般在表层3～5m内，可采取换填或压实处理措施；砂质粘土岩开挖后仅局部暴露，可采取换填处理。地下水位多临近渠道设计水位，施工中应注意流砂、管涌等不良地质问题。

场区地下水主要为第四系松散层孔隙水，主要赋存于黄土状轻壤土、砂壤土和细砂中，渗透系数分别为K=1.60×10-5～3.70×10-4cm/s、K=5.60×10-5～1.10×10-4cm/s、K=2.60×10-4～4.00×10-3cm/s，属弱～中等透水性，除砂层富水性较好外，其他各层富水性较差。勘察期间地下水位埋深一般为3.20～10.60m，局部地势低洼处埋深<3m，地下水具动态变化特征。地下水主要接受大气降水入渗及侧向迳流补给，主要以人工开采及侧向迳流排泄。

表1 各土层渗透系数建议值表

2 降排水方案

2.1 方案一

渠段长约6000m，勘测期间地下水位埋深浅，地下水位在渠道设计水位附近或高于渠道设计水位，地下水位远远高于开挖基面，计划在渠道开挖至一级马道高程时，沿两侧马道内侧1m外布置深井，深井内径400mm，间距30m，井深20～30m，两侧梅花形布置，共布置320眼。

根据单井出水量和抽水扬程，选择200JQ40-39/3型水泵，出水量40m3/h，扬程35～45m，功率7.50kW。

2.2 方案二

渠道降排水井布置在渠道两侧一级马道上，井排距:渠道85m、庙后唐倒虹吸45m，梅河倒虹吸40m，降水井井口高程125m，降水开始时的地下水位高程为120～121m，相对于井口而言地下水埋深4～5m，渠底建基面高程为115m、建筑物水位降至高程109.50m，水位降深S渠基为121-115=6m以上、建筑物为121-109=12m，渠道及建筑物依据干地施工的原则，渠道地下水位需降至114m、建筑物地下水位需降至108.50m方能满足干地施工要求。因现场实际地质情况可能发生变化，渠道井深确定为28～36m考虑、建筑物井深按32～41m。

当确定了各施工单元基坑涌水量、各施工单元单井实际出水量（见表2）及各施工单元降水井数量（见表2），则井间距D为:D=L/n，详情见表（见表2）。

3 抽水费用对比分析

表2 基坑施工单元降水单井数量级井间距成果表

本工程水泵运行期平均约10个月，约合304.10d，另根据降排水方案二知，175QJ（R）15-39/3水泵共236台，175QJ（R）10-40/2.2水泵共184台。方案一配备200JQ40-39/3水泵320台。

根据《水利工程施工机械台时费定额》,采用内插法计算出水泵台时费见表3。

表3 水泵台时费用表

根据河南省《建筑工程预算定额》2006年版和表3，管井降水套天费用分别为:配备2.20kW潜水泵降水井抽水费为68.55元/套天，配备3kW潜水泵降水井抽水费为283.54元/套天，配备7.50kW潜水泵降水井抽水费为366.83元/套天。

故方案一比方案二多投入的降排水费用为:

△M=（366.83元 /套天×320-268.55元 /套天×184-283.54元/套天×236）×10×30.41天=321422元。

4 结语

根据实际工程进行渠道降排水方案设计，并分析其降排水费用，结果表明采用满足施工要求的小型号水泵较大型号水泵更能节省降排水费用。

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