江北产业集中区黄山寺二站减压排水井设计

乔鑫位

一、工程概况

黄山寺二站位于芜湖市境内安徽省江北产业集中区沈巷镇，装机容量为 5630kW，为Ⅱ等大（2）型泵站。泵站主要由引水渠、进水闸、前池、泵房、汇水箱、排涝出水涵和副厂房等组成。

黄山寺二站外河侧为长江，根据地质报告，泵站深层地基为砂层，存在复杂的承压水渗流场，黄山寺二站为城排泵站，前池建基面低，承压水头较高，承压水对泵房及前池部位覆盖层有顶托破坏作用。为保证泵站的施工安全及安全运行，需对站身前池部位采取减压措施。

二、地质条件

根据地质报告，勘探深度范围内地层描述如下，各土层参数见表1。

人工填土层（Q4ml）：多为堤身堆积土，以中、重粉质壤土为主，上部夹灰渣、砾石等，灰黄，灰黄夹灰色，软可～硬可塑。

1层 （Q4

al）：重、中粉质壤土，为下部淤泥质土层的硬壳层，灰黄、灰色，软～可塑，湿，中等～高压缩性。

2层（Q4al）：淤泥质中、重粉质细砂互层，灰色，软～软可塑/稍密。

4层（Q4al）：细砂夹粉质壤土，灰色，稍密～中密，夹薄层中粉质壤土，灰色，软可塑。

5层（Q3al+pl）：细砂，灰色，层上部稍密～中密，偶夹薄层中粉质壤土，中下部含粗砾，中密～密实。

6层（Q2al+pl）：砂卵砾石杂色，紧壤土，灰色，软塑，具层理。层理面上为砂壤土、轻粉质壤土，局部夹薄层粉细砂。

2 1层（Q4al）：粉细砂，灰色，松～稍密，饱和，含粘性土颗粒。

3层（Q4al）：中粉质壤土与砂壤土、密，砾石直径1～5cm不等。

表1 黄山寺二站规划数据表

三、减压井及排水设施设计

为排除防洪期间泵站及压力水箱地基的渗透水及减小前池检修期排涝进水闸下渗透压力，避免长江侧承压水头对建筑物产生不利影响，在靠近站身的前池底板下设置反滤体，顺水流方向长度为25.0m。反滤体自下而上分别为中粗砂、瓜子片、碎石，各层厚度均为0.15m。在面层钢筋混凝土底板上以梅花型布置φ200mm排水孔，同时在前池及进水闸前分别布置24口18m深排水沙井和4口20m深排水沙井，井口内径均为0.5m，深井底部均进入砂层。

1.现状渗流稳定复核

计算方法采用《堤防设计规范》（GB50286-98）附录E.7.1双层地基渗流计算公式E.7.1-1和E.7.1-2。

式中各计算参数如下：

外河防洪水位11.06m，考虑0.5m超高为11.56m，内河水位取最低运行水位1.72m。则防洪期间前池部位内外最大水头差H=9.84m。

站基砂层长江滩头主泓出露，根据滩地宽度渗流补给长度L=500m。

无为大堤堤基压地宽度b=58m。

覆盖层渗透系数k1=8.0×10-5cm/s，厚度T1=19.0m；透水砂层渗透系数k0=2.0×10-3cm/s，厚度T0=28m。则越流系数 A=（k1/k0T1T0）0.5=1/115 m-1。

站址处渗流位势和承压水头计算结果见表3。

按照地质报告前池及进水闸覆盖层允许坡降为0.25。由表3计算结果可知，前池部位的覆盖层渗透比降均不能满足允许值要求，因此，在前池部位采用排水砂井处理措施。

2.砂井降压效果计算

前池和引渠内布置有28口砂井，根据《多层地基和减压沟井的渗流计算理论》（简称《渗流理论》），先将28口不完整深井直接转换为等效半径的完整井。再按照双层地基群井理论进行渗流位势计算。具体计算过程如下。

表2 黄山寺二站各土层特性表

表3 现状渗流计算成果表

表4 渗流计算成果表

① 前池24口不完整深井半径r0=0.5m，S=10m，T=18.0。r0/T=0.028，S/T=0.56。查《渗流理论》中图188，得不完整井的附加阻力系数f=2.0。则不完整井的等效完整井的半径R0= r0/ef=0.5/e2.0=0.06m。

②引渠4口不完整深井半径 r0=0.5m，S=9.81m，T=20.0。r0/T=0.025，S/T=0.49。查《渗流理论》中图188，得不完整井的附加阻力系数f=2.6。则不完整井的等效完整井的半径R0= r0/ef=0.5/e2.6=0.04m。

③ 按照双层地基群井理论计算渗流位势。28口完整井，分为5列，第一列4口，等效井径0.04m，间距6m；第二列6口，等效井径0.06m，间距5m；第三列6口，等效井径0.06m，间距5m；第四列6口，等效井径0.06m，间距5m；第五列6口，等效井径0.06m，间距5m；第一列与第二列间距为52.17m，第二列至第五列间距为6m。

布置降水砂井后，前池和引渠部位位势明显降低，布置降水砂井后的站址处渗流计算成果见表4。根据计算成果，站基渗流稳定满足设计要求，说明井点布置是必要的也是合适的。

3.设置效果

黄山寺二站泵站工程于2014年12月30日通过竣工验收。减压井对泵站在施工期以及泵站建成后减小泵站的扬压力，对站基渗流安全起到了重要的作用，经过观测，没有发现渗流问题，防渗处理效果良好。

四、结语

黄山寺二站减压井的布置在泵站防渗中取得了良好效果，对于存在较厚砂性的地基，承压水头较高的泵站，可起到很好的减压作用，保证了工程施工期及建成后安全运行，可供类似水利工程设计时参考