组合小井在流砂类基坑降水中的应用

许亚杰

(齐齐哈尔市水资源中心，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

0 引 言

暗排是处理流砂基础开挖的有效方法之一。目前，用作暗排的井型有两种，即管井和对口抽真空井。为寻求暗排的合理井型和布置方式，降低暗排井群的造价和排水动力机械的耗能，从1990年开始，在理论分析的基础上，通过实际工程的实践证明，采用真空组合小井井群处理流砂基础，在成井造价、施工工艺、排水耗能和降水效果等级方面，均优于对口抽真空井，更好于各类管井。

1 工程实例及主要优点

太和灌区2号节制闸工程位于干渠4.6km处，设计过闸流量11m3/s。闸址处渠底距地表面0.7m，

渠底以下有近3.1m的粉细砂层，3.1m以下为中砂。地下水位最高时距地表0.6m，设计基坑挖深2.9m(渠底以下)，有效基坑面积为10.7m×11.2m。拟定了两种基坑排水的暗排方案：一是常规的一井一泵井群暗排型式，即对口抽真空井和管井，布置型式如图1。共布设井点4眼，每个井点配一台6B-20离心泵和一台195柴油机。对口抽真空井的吸水管采用直径101.6mm钢管。管井采用直径300mmm的铁皮卷管做井壁，水下部分为花管，与泵连接的吸水管采用直径152.4mm的钢丝胶管，下端接一水笼头。二是采用真空组合小井井群暗排型式，如图2。共布设井点16眼，每4个井点组合后再与6B-20离心泵及195柴油机连接。吸水管采用直径50.8mm的钢管，通过分别对这两个方案三种井型的降水效果计算成果如表1。三种井型的降水曲线如图3。

表1 三种井型比较表

经比较可见，真空组合小井井群具有以下优点：

1.1 降水效果好，成井深度适宜

组合小井在基坑周围均匀布置若干个井点，形成了井的截水墙，使基坑工作面下的动水位降落均匀，成井深度相对较浅。通过实践可知，采用组合小井暗排较常规井点暗排的成井深度减少40%-50%。太和灌区2号节制闸工程，当采用真空组合小井暗排时，成井深度仅为7.00m，而按常规井点暗排时，管井的成井深度为8.07m，对口抽真空井的成井深度为12.57m。组合小井的成井深分别占管井和对口抽真空井成井深度的86.7%和55.7%。

1.2 适用范围广、运行经济

组合小井暗排的有效吸程、排水流量及排水功率均小于常规井点暗排，为配套机泵的选择及地下水位的有效降深提供了更加广泛的使用条件。从太和灌区2号节制闸工程的三种暗排井型比较可知，组合小井的有效吸程、排水流量及排水功率分别占对口抽真空井的67.3%、91.0%、78.0%。分别占管井的74.5%、91.6%、98.8%。因此，若在水泵的允许吸出真空高度和安装高程相同的条件下，适当增加吸水管的直径，使其吸水总水头损失与常规井的吸水总水头损失相等。可使地下水位降至常规井点降深的两倍左右，而在相同降深的情况下，可使排水的动力功率同降深的情况下，可使排水的动力减少30%-40%。

图1 对口抽真空井及管井布置型式

图2 真空组合小井井群暗排型式

1.3 施工简便 操作易行

组合小井的成孔可采用自制的人力反循环打井小钻，在4-6人操作下，3.0-3.7h即可完成一处3-4孔的组合小井，较常规井的成井工期缩短时间60%。井体的各主要部件在购置的原材料基础上，进行简单加工即可形成。

1.4 取料合理 造价低廉

由于组合小井的单点排水流量较小，其吸水管直径一般多采用50.8-76.2mm的塑料管或钢管。井管及其附属部件均可就地取材或现场加工，由于井管的成孔直径小，成井深度浅，成孔不需机械钻进。所以，井体的成孔费用相对降低，根据实际工程比较可知，组合小井的成井造价分别占对口抽真空井和管井造价的84.0%和71.0%，见表2。

表2 三井型成井造价比较表

1.5 基坑土方开挖量减少，有利于加快施工进度

由于该井型能更有效控制地下水位，从根本上防止流砂发生，基坑边坡可以进一步变陡，使基坑的开挖量减少，从而大大加快基础工程的施工进度[1]。

2 井群布置及井管设计

2.1 井群布置

为使在基坑四周形成井的截水墙，把地下水位降至设计最大挖深工作面以下，井点的布置在考虑最优降水效果和方便施工的情况下，尽量沿基坑的有效设计边线排列，一般要求井点距基础工程轮廓线0.3-0.5m，各井点间的距离不宜大于3.5m。具体布置，见图4。

1.开挖边坡线；2.设计开挖线；3.组合小井降水曲线；4.一井一泵降水曲线

图4 井群布置图

2.2 井管选择

井管的直径可根据设计基坑挖深和排水流量采用直径50.8-101.6mm的塑料管或无缝钢管。一般情况下，当地下水位设计降深在3.5m以内时，吸水管可采用直径50.8mm的塑料管或钢管，当设计降深在3.5-5.0m时，吸水管可采用直径76.2mm的塑料管或钢管。当设计降深在5-7m时，吸水管可采用直径76.2-101.6mm的塑料管或钢管，也可采用降低机泵安装高程而不增加吸水管直径的办法(吸水管直径可采用76.2mmm)。

2.3 井深设计

真空组合小井的井深设计与常规井点的井深设计方法类同，主要计算过程是：一是根据已知的基坑有效开挖面积计算基坑的总涌水量；二是根据布设井点数量和基坑总涌水量计算单井点的排水流量；三是水位降深效果校核，进而求出井管地下部分的实际长度。四是滤水管长度计算；五是成井总深度计算[2]。

3 成井工艺

暗排组合小井的成井工艺和用于水田生产的组合小井的成井工艺基本类似，下面仅就不同之处进行简要说明。

3.1 成孔

由于暗排组合小井均需在粉细砂层中成孔，为保证成孔率，可在遇到流砂时先将套管插入砂层0.5m左右，钻头随之跟进成孔。套管每次压进深度以0.3-0.5m为宜。为在滤水管外侧回填一定厚度的反滤料，要求成孔直径一般大于井管直径的2.5-5.0cm。

3.2 井管连接

为有效减少吸水管的水头损失，在进行井体竖管与水平管连接时，尽量采用弧线或折线连接。当吸水管直径采用50.8-76.2mm的塑料管或钢管时，可采用弧线连接。当吸水管采用直径101.6mm以上的塑料管或钢管时，可采用折线连接。

3.3 滤水管制作

为使滤水管具有较好的进水条件，滤水管采用包网式，制作方法是：

1)钻孔。在滤水管的管壁上交错地钻进直径0.5-1.0cm的圆孔，总孔隙率可根据管材的不同，控制在20%-30%。

2)焊垫条。垫条采用8号铁线沿管壁纵向布置，间距1.5-2.0cm为宜。

3)包网缠线。在已焊好的垫条外包尼龙网两层，并在网外侧沿管长方向用12号铁线缠紧，间距以4-6cm为宜(当井管为塑料管时，滤水管可改按钢管)。

4 小 结

由于暗排结合小井在太和灌区2号节制闸工程流砂基础处理上的成功使用，先后又在全胜灌区东兴节制闸、讷南灌区2号节制闸等三处流砂基础工程处理上应用，取得较好经济效益。据统计，由于采用真空组合小井暗排，3处工程的基础开挖工期平均每处缩短7天，减少工程投资0.69万元，其中：成井费用节省0.28万元，开挖费用及其它节省投资0.41万元。三处基础工程共节省投资2.07万元，占基础工程总投资的17.3%。

根据近几年我们采用真空组合小井处理流砂工程基础的经验，现提出以下3点建议供参考。

1)井管的管材优先选用直径50.8-76.2mm的塑料管。主要优点：一是管内壁糙率较钢管小，可减少吸水管的沿程水头损失；二是管材费用低，较同直径钢管可节省资金40%左右；三是采用柔性材料井管，井管可随着基础的开挖沿边坡线与水泵连接，从而避免井管出现小曲率弧线或直角弯，有利于减少局部水头损失。

2)尽量降低机泵安装高程，缩短井管长度，减小真空高度，以便增加排水流量，更有效地降低地下水位，降低机机泵安装高程，可通过随着基础开挖深度的增加采取分批成井的办法实现。即在基础开挖接近地下水位时，先按设计井点间隔成井30%-50%，靠这部分并排水完成基础土方开控量40%-60%。当开挖深度(原地下水位以下深度)达到设计水位总降深的30%-40%时，再同时完成其余排水井点的成井，待第二批成井全部投入运行后，即可将第一批成井的机泵改安在与第二批成井机泵处于同一高程。采用此法即可利用直径50.8-76.5mm的细塑料管做井管，又能解决对地下水位降深要求较大的深基础工程的流砂处理问题，但应保证施工期间地下水位不能超过机泵的安装高程(机泵大部分停止工作的情况)，防止淹没机泵，否则，不宜采用此法。

3)机泵的型号选择尽量匹配合理，水泵的选择主要以设计水位降深和单泵的排水流量为依据。由于流砂基础的渗透系数较小，因此当设计地下水位降深在10m以内时，其排水流量均小于100m3/h。而6B-20型离心泵具有允许吸出真空高度大(最大8.6m，相应流量95m3/h)、排水流量适宜(95m3/h-180m3/h)、要求配套转数低(1450r/min)、配套动力易选取等特点。因此，建议真空组合小井应选配6B-20型离心泵，配套动力选用195柴油机。