良常水利枢纽基坑开挖轻型井点降水问题探讨

张 静，邓 章，王 波

(1.常州市金坛区水利局，江苏 常州 213200；2.常州市金坛区水利局儒林水利管理服务站，江苏 常州 213200；3.常州市金坛区水利勘测规划设计室，江苏 常州 213200)

1 工程概况

良常水利枢纽为金坛城区防洪排涝节点控制工程之一，工程建设的主要目的是尽快形成城区防洪除涝控制圈，充分发挥工程整体效益及水环境治理效益。良常水利枢纽工程等别为Ⅲ等，闸室及外河侧连接段为3级，内河侧连接段及涵闸为4级，临时围堰级别为5级。工程位于良常大桥北侧的丹金溧漕河河道内，距大桥约280m，主要由两孔12m的节制闸组成。两孔节制闸分离式布置，中间设隔堤。节制闸采用升卧式平面钢闸门，通过绳鼓式启闭机进行控制。节制闸内外河侧分别设15m长的U型槽消力池及铺盖、5m长的钢筋混凝土护底及31m，内河20m长的C20素混凝土护底。同时受内河河道整治的影响，新建一涵闸，规模为2*2m箱涵，洞身长35.85m，洞首长13m。

场地区域地质构造稳定性较好，无明显不良地质作用和地质灾害分布，整体稳定性较好。Ⅱ类场地基本地震动峰值加速度为0.10g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。场地处于河岸边缘，边坡分布少黏性土、软弱土、液化土，边坡稳定性较差，场地处于对抗震不利地段。基础主要位于②、②＇、②〞层：②层淤泥质土，流塑-软塑状态，高压缩性，[R]=65kPa，力学强度较低；②＇层砂壤土，稍密状态，中压缩性，[R]=75kPa，力学强度较低，且为可液化土层；②〞层砂壤土，稍密-中密状态，中压缩性，[R]=110kPa，力学强度一般。②〞层分布较少，与②、②＇层均不能作为天然地基持力层。填土以下土层情况具体见表1。

表1 良常水利枢纽场地区域填土以下土层情况

2 轻型井点降水方案设计

结合工程实际及地质条件，在采用集水井降水方案的情况下，地表水位高，基坑开挖深度较大，很容易出现流砂和管涌，导致边坡失稳。而采用薄壁沉井分节下沉的开发方法，则工序繁琐，施工进度慢，造价高。为此，良常水利枢纽基坑开挖先放坡开挖至地下水位，再进行轻型井点降水[1]，基坑开挖井点布置详见图1所示。

图1 基坑开挖井点布置

2.1 井点系统布置方式

基坑平面形状和设计水位降深是井点平面布置应主要考虑的方面，良常水利枢纽基坑面积大，应采用管路长10m、宽8m的环状井点。在设置井点系统高程时，按下式确定井管埋深：

H≥H1+h+iL+l

(1)

式中：H为不包括滤管的井管设计埋深，m；H1为井管埋设面与基坑底的距离，m；h为地下水降落坡度，取0.1；i为井管距离基坑轴线的水平间距，m；L为基坑底与地下水位的距离；l为滤管长，m，取1.5m。

按照设计要求，良常水利枢纽工程井管露出地面的长度应为0.3m，所以经计算和比较分析，其井管设计埋深应为7.0m。

2.2 井点系统设计参数

良常水利枢纽基坑底面与地下水位相距5.0-6.5m，地下水位实际埋深2.0-3.5m，含水层厚度较大，所以井点降水系统属于非完整无压系统[2]，实际涌水量按照下式确定：

(2)

式中：Q为良常水利枢纽基坑开挖轻型井点降水实际涌水量，m3/d；H0为抽水实际影响深度，m；S为水位降低幅度，m；R为抽水影响半径，m；x0为环状井点系统假想半径值，m；h0为水位降低后实际距离不透水层的长度，m；r为井点管设计半径，m；l为滤管长，m。

在确定出基坑涌水量、抽水影响深度、影响半径等参数后，还应根据井点系统实际涌水量及单根井管实际抽水能力，进行井管数量和井间距的确定。单根井管实际抽水能力按下式确定：

q=2πrclv

(3)

式中：q为单根降水井管涌水量极限值，m3/d；rc为滤管半径，m；v为滤管内水体流速极限值，m/s。根据本水利枢纽工程基坑开挖轻型井点降水实际，可以求出单根降水井管涌水量极限值为8.05 m3/d，进一步可求出井管设置数量为38根，井管间距均值取0.95m。

3 轻型井点降水施工

降水工程虽然仅是工程中的一项临时工程，但它是大规模开挖、主体混凝土工程开工的前提条件，因此，降水工程质量控制是前期工作的重中之重。

3.1 施工准备

良常水利枢纽基坑开挖轻型井点降水以长度7.0m的φ48mm无缝钢管为井点管和滤管，包括5.5m的井点管和1.5m的滤管。滤管在钢管上通过台钻按梅花形钻孔而制成，孔径1.2cm，孔距4cm，滤管表面积中孔面积占比25%。在滤管表面缠绕铁丝并包裹1层40目的细滤网和1层18目的粗滤网，最外层紧绕一圈铁丝以发挥保护作用。用圆木塞紧滤管下端，避免泥沙等杂物进入。用内径150mm的铸铁管制作集水总管，并将法兰盘焊接于管端进行连接，按照0.95m的间隔增设短接头管。通过φ50mm的透明软塑料管将给水总管连接成尺寸为8m×10m的方框。良常水利枢纽基坑开挖轻型井点降水抽水设备由真空泵、离心泵、集水箱及电机组成。结合实际涌水量规模，离心泵由3台出水量均为15t/h的水泵构成。

在准备好井点管、滤管，集水总管、连接管及抽水设备后，进行定位放线，以确定出基坑开挖轮廓线。通过反铲挖机和1∶0.75的坡度开挖至地下水位。

待井点管和滤管安插结束后，以φ60mm镀锌钢管为高压水枪冲孔，并待水枪下沉至设计深度后拔出，立即插入井点管，并用黏土填筑压实。待完成全部井点管安插后将集水总管的铺设区域清理整平处理，保证集水总管水平铺设或顺水流向存在0.5%左右坡度。通过法兰盘连接集水总管，并通过密封圈及黄油等填充材料填塞法兰盘，避免发生漏气等现象。将真空表安装在井点管上检测管路系统的实际真空度。

3.2 抽水

按设计要求将离心泵、真空泵和集水箱等抽水设备连接，先开启真空泵将管路内空气全部抽出，在真空吸力的作用下地下水及土体中的空气均被吸入集水箱内，真空泵排除空气并待管路系统内实际真空度达550mmHg时开启离心泵抽水。

3.3 基坑二次开挖

待降水过程持续2-3d后通过反铲挖机进行基坑二次开挖，出渣由自卸车辆配合进行。挖机从便道进入基坑后先展开试挖，并检测降水深度能否达到设计要求，若达到，则继续开挖，并同时安排专人进行基坑底面及边坡的清理与整平。在完成基坑二次开挖后，将2根井点管打入便道，并主要通过2个单相水泵抽水，以使便道处地下水位降低。

4 结 论

通过对良常水利枢纽基坑开挖轻型井点降水问题的分析表明，井点降水布置完毕且不间断抽水3-4d后已基本达到降水预期效果，可继续进行基坑开挖施工，井点降水处理后土体实际含水量已较为接近最佳含水量，所以基坑开挖可以实现陡坡开挖，有利于节省工期，降低投入，还能有效解决水利枢纽工程基坑开挖轻型井点降水施工难题。软土层地区基坑开挖过程中，轻型井点降水效果良好，但是为避免降水不彻底而影响施工效果，应密切结合工程水文地质条件，合理进行井点降水参数设计，确保施工方案切实可行。