汉江取水泵站深基坑开挖施工降水技术探讨

　　　

(湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北 武汉　430064)

水源工程是城市基础设施的重要组成部分，对于保障群众生产、生活，维护城市的正常运转，改善城市及周边地区的生态环境，促进社会、经济和环境的协调发展具有重要意义。

针对应城市当地水资源条件，经过供需平衡计算，2030年规划水平年缺水严重。因此，应城市供水工程是解决区域资源性缺水问题，稳定供水水源，服务应城市城区的持续快速发展，保障人民饮水安全的重要水利工程。通过技术经济比较，应城市供水工程选用水质较好的汉江水源，取水口设置在汉川市境内[1]。

汉川市位于江汉平原中部，汉江横贯全境，两岸地区由汉水河道变迁冲积而成，为典型的软土地区，地层岩性与水文地质条件比较复杂，地下水位浅，水量丰富。取水泵房基坑范围大，基坑深，且建筑物必须干地施工，因此需采取可靠降水措施才能保证工程的顺利进行。

1　工程概况

取水泵站距汉江堤脚直线距离约100m，设计流量为2.55m3/s，主要由进水前池、主泵房以及出水控制阀室等部分组成。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。两者一体化开挖，基坑底面尺寸48.3m×33.5m。

2　水文地质条件

工程区地势平坦开阔，地面高程26.10～27.80m。区内地层岩性主要为微至极微透水的黏土层，透水性与富水性均较差，地下水主要类型为孔隙性潜水和孔隙性承压水，实测钻孔内潜水位埋深3.00～3.10m，高程23.30～24.20m。承压水位高程21.30～23.70m，承压水头一般为12～14m。土层为汉江冲积堆积，主要沉积物为第四系冲积砂壤土、壤土、黏土、壤土夹砂及粉细砂等，泵房区域地质特性见下表。

泵房区域地质特性表

泵房底板位于壤土夹砂与细砂层，开挖击穿不透水层，由于无黏性土履盖层，下部砂层承压水产生的顶托力远大于覆盖层自重，基坑开挖过程中存在基坑突涌的风险，严重影响施工安全。

工程规模为Ⅲ等中型工程，泵房主体工程施工安排在枯水期12月至次年4月，4月月底基坑回填至现有地面高程，不影响汉江堤防防洪度汛安全。施工期汉江洪水频率采用10%，对应的水位为23.78m，与基坑底板高差14.17m，有较大的渗透比降，对基坑降水及安全存在不利的影响。

3　施工降水方案选择

基坑降水方法总体上分为两类，一类是重力降水，即明排法，在基坑周围设置排水沟、集水井汇流，该方法施工简单，降水费用较低，适宜于基坑不深，水位降幅不大，地层形成粒径较粗、渗透系数较大的砂卵石覆盖层；另一类是强制降水，即井点法，在基坑周围埋设井点管，不间断地将地下水抽走，可使基坑周围的地下水降至设计深度，常用的井点降水法有轻型井点、管井井点、电渗井点、喷射井点等，可依据土层的岩性、渗透性、要求水位降深等特点选用降水方法。

泵站站址处地面高程24.00～27.00m，基坑底高程9.61～10.77m，基坑平均开挖深度15.31m。为便于泵站基坑开挖、建筑物浇筑施工，地下水位须降至底板基础1m以下，即高程8.61m，所以设计水位降深为15.6m，施工降水要求较高，宜采用井点降水，井管滤水管所处土层为砂层，渗透系数为9.26×10-3cm/s(8m/d)。

4　施工降水设计及计算

泵站基坑分三级开挖，边坡系数1∶2，马道宽2m，高程分别为15.50m、21.00m，上一级以壤土为主，涌水不多，可采用明沟集水法排水。下两级开挖施工时采用管井降水措施，将井管布置在高程21.00m马道处，布置范围为矩形，长为91m、宽约80m。

井点管埋深

H≥H1+h+iL=11.39+1+40×0.1=16.39m

式中H1——井点管埋置面至基坑底面距离，按设计为11.39m；

h——基底至降低后的地下水位线距离，取1m；

i——水力坡降,环形井点布置取1/10；

L——井点管至基坑中心点水平距离，40m。

设计井管总长度为22m,含滤管5m。

由于岩土空隙差异很大，地下水在土体不均匀空隙中运行状态十分复杂，所以基坑涌水量只能通过简化模型计算。目前相关规范的计算方法都是以法国水力学家裘布依的水井理论为基础。主要假设含水层是水平的、均质各向同性的，并且水流符合达西定律，呈轴对称的径向流运动，在距井轴一定距离水位下降为零。以承压井为例，涌水量微分方程为

对于承压非完整井，均质含水层，对上式分离变量并积分[2]:

式中K——渗透系数，K=8.0m/d；

R——降水影响半径，R=441m；

M——有效含水层厚度[3]，M=38.1m；

S——基坑水位降深，S=15.59m；

r0——基坑等效半径，r0=50.5m；

l——滤水管长度，l=5m。

5　降水井效果观测及分析

11月开始第一口井即观测井施工，采用的潜水泵功率为2kW，抽水量达20m3/h，经过24小时观测，出水稳定，随后逐步完成其余降水管井施工。施工过程中由于征地移民问题，其中一处民房拆迁进度严重滞后，从而影响两口管井施工。待施工开挖至泵房高程11.70m处，基坑渗水情况较少，施工机械能够正常工作。此时观察基坑内水位高程位于10.20m左右，仍高于进水前池局部高程9.61m，影响施工安全。通过进一步分析该地区地形地质条件及施工环境，基坑降水的失常状况，主要存在以下几方面问题：

a.该地区位于江汉平原中部，以河流堆积地貌为主，地层结构复杂，各地层渗透差异性大，综合渗透系数及降水影响半径对整个基坑渗水量计算结果敏感，而确定渗透系数及降水影响半径最常用、最有效的方法是进行现场抽水试验[4]，因此降水计算时须通过现场抽水试验选用合适的渗透系数及降水影响半径。

b.基坑临近汉江，地层深处为砂层，江水对渗水有所补充。施工时恰逢秋雨时节，降雨偏多，汉江水位上涨势必增强基坑渗水。

c.施工过程中由于征地原因造成管井施工滞后，降水区域未能及时封闭，从而影响基坑整体降水效果。

经过技术经济分析，决定在进水前池基坑临江侧增设轻型井点降水，管径50mm，管长6m，间距1.5m，轻型井点运行后地下水位降至8.60m以下，满足施工要求，基坑顺利开挖到设计高程。

6　结　论

施工降水是深基坑开挖的一项重要保障措施，降水效果的好坏直接影响施工进度是否顺利，甚至关乎项目的成败[5]，因此项目设计施工过程中选择经济可靠的降水方案至关重要，一般可从以下几个方面着手：

a.对于深基坑工程，地质勘查时尽量探明范围内水文地质条件，特别是临近水体补给的项目，须考虑外水对基坑渗水补充的影响程度。

b.管井施工前期观测井要严格做好抽水试验，确定各项参数，及时根据实际情况优化调整降水方案。

c.根据地质参数及现场情况，充分利用各种降水方式的优点及适用条件，可采用明排、轻型井点、管井等多种方式相结合。

d.施工过程中须设置备用电源、水泵等措施，连续抽水平稳降低地下水位，确保基坑边坡安全。

[1]李娟，曹国良，常景坤.应城城市供水水源方案研究[J].水利水电技术，2016,47(8)：102-104.

[2]GB 50296—2014管井技术规范[S].北京：中国计划出版社，2014.

[3]陈幼雄.井点降水设计与施工[M].上海：上海科学普及出版社，2004.

[4]燕建龙，赵治海，杨利全,等.基坑降水设计中水文地质参数计算方法分析探讨[J].工程勘察，2011，39(3)：40-44.

[5]项永红.同马大堤孤山闸加固工程基坑破坏原因及处理措施[J].水利建设与管理，2006(8)：65.