排涝泵站工程施工项目基坑降水与围堰防渗方案研究

金成国

(六安市金安区河道管理局，安徽 六安 237000)

洪涝灾害是影响人类生存与发展的最大自然灾害，具备发生概率高、影响范围广等特点，并具有较为明显的区域性、季节性与重复性[1]。据统计数据发现，我国是全球洪涝灾害最为严重的国家之一，特别是近几年，我国城镇化进程的不断加快，导致城市内部植被破坏，极大地降低了城市排涝能力。再加上城市建设硬质道路逐渐增多，全球气候变化的影响，城市热岛效应逐渐显现，暴雨、持续降雨等天气频繁出现，致使城市内涝成为目前城市面临的普遍问题。近两年来，我国多个大城市多次遭受强降雨天气，上演“城市看海”现象，造成了极大的经济损失与人身伤害[2]。

城市是人口聚居地，随着城市内涝现象的不断发生，排涝系统成为城市建设的基础设施之一。若城市排涝系统存在滞后性，会对城市居民生活与生产产生极大的不利影响，也会制约城市的发展，威胁城市安全。

现有排涝泵站来看，其均存在着运行时间长、建设标准低、排涝能力差等问题，故新建排涝泵站是解决现今城市内涝的关键。在排涝泵站工程施工项目过程中，基坑与围堰是保障工程顺利实施的基础之一[4]。基坑降水与围堰防渗是影响施工项目实施的主要问题，因此开展排涝泵站工程施工项目基坑降水与围堰防渗方案研究，保障城市居民生活质量与安全，为城市发展提供更加强劲的动力，也为排涝泵站工程施工提供帮助。

1 排涝泵站工程施工项目基坑降水方案研究

排涝泵站以及前池基坑尺寸为73m×41.8m，建基面高程设置为0.5～3.5m。依据已知的地质资料，地下水位高程为8.80m，排涝泵站建设地区主要为砂层、砂砾石层与含水层，渗透系数约为0.86m/d。依据排涝泵站工程施工项目的建设需求，地下水位应该降至建基面以下大于0.5m，设计基坑降水最小设计降深为8.80～5.80m[5]。

借鉴已有研究文献，选择深井降水方案，降水井设置在泥质砂岩上，具备不透水性质。

1.1 基坑涌水量计算

排涝泵站工程施工项目中，基坑涌水量主要由地下水位、基坑面积大小、基坑各地层渗透系数等参数共同决定，并且应用的基坑涌水量计算公式均包含大量的经验因子，相对应的手册与标准也存在着较大的差异[6]。

此研究为保障基坑降水效果达到最大化，需要对基坑涌水量进行精准的计算，故借鉴现有文献以及发达国家成熟研究成果等，决定利用3种计算公式对基坑涌水量进行计算，具体见表1。

对表1中进行对比可知，JGJ 120—2012只对基坑底部涌水量进行计算，公式推导模型存在着较大差异。《水利水电施工手册》只对基坑底部与四周坑壁涌水量进行计算。另外，JGJ 120—2012将完整井模型简化为大井。排涝泵站工程施工项目中，基坑涌水主要为基坑底部，坑壁涌水量较少，对其忽略不计。故此研究采用JGJ 120—2012基坑涌水量计算结果[7]。

表1 基坑涌水量计算公式表

1.2 降水深井数量确定

降水深井数量是决定着基坑降水性能的关键因素。而降水深井数量由基坑涌水量与单井抽水能力决定，并需要一定的富余，以此来保障基坑降水需求[8]。

常规情况下，降水深井直径为0.4m，依据JGJ 120—2012确定单井抽水能力计算公式为

(1)

式中，q—单井抽水能力，m3/d；rs—过滤器半径，m；l—过滤器进水部分的长度，m；k—含水层渗透系数，m/d。

依据上述描述可得深井布置情况如图1所示。

图1 深井布置示意图

在多个降水深井作用下，单井流量也会产生一定的变化，常规情况下会小于理论抽水量，其计算公式为：

(2)

式中，q′—群井效应下单井流量；H—含水层厚度数值；sw—井水位的设计降深；R—降水影响半径；rw—降水井半径数值；r0—井群等效半径数值；j—深井编号；n—深井的总数量。

1.3 降水深度复核

在降水深井应用过程中，需要对降水深度进行实时复核，保障降水深度能够满足排涝泵站工程施工项目的需求[9]。

降水深井之间与基坑中心点处在水位最高点，依据降水影响半径与深度，计算受降水漏斗影响的降水高差[10]。若降水高差低于建基面，即基坑降水深度满足排涝泵站工程施工项目需求；若降水高差高于建基面，说明基坑降水深度无法满足排涝泵站工程施工项目需求，需要继续对其进行操作[11]。

通过上述过程实现了排涝泵站工程施工项目基坑降水方案的设计，为施工项目顺利实施打下坚实的基础与前提。

2 排涝泵站工程施工项目围堰防渗方案研究

2.1 围堰防渗分析

围堰指的是排涝泵站工程施工项目中，为了使机械设备等能够在干地施工，建造的围护基坑的临时挡水建筑物[12]。

常规围堰布置情况如图2所示。

图2 围堰布置示意图

对于大部分围堰来说，一般需要对堰体进行基础的防渗处理，降低围堰的渗水量，保障基坑能够正常运作，主体工程施工能够顺利进行[13]。典型围堰防渗方案如图3所示。

图3 典型围堰防渗方案示意图

2.2 围堰防渗方案及其选择范围

围堰防渗方案主要包含两个方面内容，分别为围堰防渗体方式及其工艺与材料[14]。目前，围堰防渗方式主要分为四大类，在将其按照材料与工艺细分，可得到多种围堰防渗方案，具体见表2。

由表2可知，每种围堰防渗方案都具备自身的优点、缺点与适用环境，故在围堰防渗方案选择时，需要确定每种围堰防渗方案的范围。再结合实际排涝泵站工程施工项目的情况、条件与需求，选择最适合的围堰防渗方案[15]。每种围堰防渗方案特点内容具体见表3。

表2 围堰防渗方案表

表3 围堰防渗方案特点内容表

2.3 围堰防渗方案选择方法确定

围堰防渗方案的选择，防渗体方式与施工工艺两者是相互联系的，需要结合两者进行科学、合理的选择。故此研究采用经验类比法选择围堰防渗方案[16]。

经验类比法步骤如下：

步骤一：获取相关、类似排涝泵站工程施工项目资料，包含地质条件、工程规模、围堰类型、使用寿命等内容。

步骤二：对获取的排涝泵站工程施工项目资料进行对比分析，寻找出实施方案特性的适应性、优势与缺点，得出结论。

步骤三：将待实施的排涝泵站工程施工项目与已施工排涝泵站工程施工项目进行对比分析，甄别异同。

步骤四：依据接近度较高的已施工排涝泵站工程施工项目，初步拟定几个围堰防渗方案。

步骤五：对步骤四拟定的围堰防渗方案进行经济比较分析，选取经济适用性最高的方案，即为最终的围堰防渗方案[17]。

另外，还需要对围堰防渗方案进行质量管理，此研究基于PDCA循环原理，构建质量管理体系，明确责任与分工，确定围堰防渗方案的质量管理程序，对施工的各个环节进行质量严格把控。若施工过程中出现问题，实时反馈，并对其进行实时修整，保障围堰防渗方案的防渗效果。

依据上述描述制定排涝泵站工程施工项目围堰防渗方案质量管理程序如图4所示。

图4 围堰防渗方案质量管理程序示意图

通过上述过程实现了排涝泵站工程施工项目基坑降水与围堰防渗方案的设计，为排涝泵站的建设提供支撑。

3 实验与结果分析

为了验证提出方案的应用性能，采用MATLAB仿真平台设计实验。

3.1 实验对象选取

实验以六安市金安区松墩、龙嘴排涝泵站作为对象，如图5所示。

图5 实验对象示意图

六安市金安区松墩、龙嘴排涝泵站工程施工项目相关信息见表4。

表4 实验对象信息表

3.2 监测点布置

实验过程中，在基坑与围堰周边环境中设置15个监测点，具体布置情况如图6所示。

图6 监测点布置示意图

3.3 实验结果分析

依据上述选取的实验对象与布置的监测点，进行基坑降水与围堰防渗实验，通过降水深井抽水量与渗透系数来反映方案的应用性能，数据见表5—6。

表5—6数据显示，现有方案降水深井抽水量范围为1611～1745m3/d，渗透系数范围为0.0258～0.0854cm/s；提出方案降水深井抽水量范围为1845～1942m3/d，渗透系数范围为0.451～0.562cm/s。

表5 方案应用性能数据表(降水深井抽水量数据) 单位：m3/d

表6 方案应用性能数据表(渗透系数数据) 单位：cm/s

通过数据对比可知，提出方案降水深井抽水量与渗透系数更大，充分表明提出方案具备更加优质的应用性能。

4 结语

此研究提出了一种新的排涝泵站工程施工项目基坑降水与围堰防渗方案，极大的提升了降水深井抽水量与渗透系数，为排涝泵站工程施工项目的顺利实施提供更加有效的支撑。