浅谈阳澄湖枢纽工程中地涵施工降排水对策

吕洪奇　周　屹

(昆山市水利建筑安装工程有限公司，江苏 昆山　215300)



浅谈阳澄湖枢纽工程中地涵施工降排水对策

吕洪奇周屹

(昆山市水利建筑安装工程有限公司，江苏 昆山215300)

【摘要】本文详细叙述了阳澄湖枢纽工程中地涵深基坑的降排水设计方法、运作原理、施工工序及需要注意的各事项，为地涵主体洞首、洞身的施工创造干地施工条件。

【关键词】地涵； 施工降水； 管井；水泵

1引言

该工程由船闸工程、交通工程及立交地涵等部分组成，为苏州市七浦塘拓浚整治工程的一部分，工程施工区域处于七浦塘与Ⅲ级航道——张家港申张线的交汇处，施工地点位于江苏省昆山市巴城镇境内。

该工程的立交地涵施工前，必须进行地涵基坑开挖，由于原张家港河道的河底高程为-1.0m，张家港河道的两岸边坡顶高程为4.5m，地涵主体洞身底板最深处须开挖至-11.5m高程，基坑的最大开挖深度为16m，开挖区域的土层渗透系数为3×10-6cm/s。

一般情况下，地下水的控制方法按照土壤类型、渗透系数、降水深度、水文地质特征等条件而有所不同，详见表1。

表1　地下水控制方法适用条件

该工程根据周围环境、支护结构种类、降水的深度和范围、基坑土层分布情况等综合考虑后优选，采用集水明沟排水法和管井法相结合的地下水控制方法，进行地下水位控制。

2地涵主体基坑的涌水量计算

根据施工降排水的水井理论，管井降水的水井分为潜水无压非完整井和潜水无压完整井(见图1)，该工程地涵基坑的降排水采用的水井为潜水无压完整井。

图1　管井降水示意图

计算公式如下[1]：

Q=1.366K(2H-S)S/log(1+R/r0)

式中Q——基坑涌水量；

K——土壤的渗透系数；

H——潜水含水层厚度；

S——基坑水位降深；

R——降水影响半径；

r0——基坑等效半径。

通过以往类似工程的经验可知，当排水基坑的安全等级为二级或三级时，潜水含水层的降水影响半径按下式计算：

承压含水层的降水影响半径按下式计算：

式中K——土的渗透系数；

r0——基坑等效半径。

当降水基坑的形状为圆形或类圆形的时候，基坑的等效半径可以取该圆形或类圆形半径[2]。

当降水基坑的形状为矩形的时候，基坑的等效半径可以按 r0=0.29 (m+n)计算，该式中的m、n分别为基坑的长边、短边[2]。

当降水基坑的形状为不规则形状的时候，基坑的等效半径计算按照下式[2]：

式中A——基坑面积。

经计算，K=1.3×10-3cm/s。

地涵处基坑面积366m×122.5m，需要60口管井。

3管井井点的选择和布置

a.60口管井井点沿着地涵的上下洞首和地涵洞身基坑外侧两边，每隔10m距离设置一个管井井点，管井内设置一台抽水水泵，安排专人定时抽水来降低地涵基坑的地下水位，详见图2。

图2　管井位置

b.管井降水主要设备由抽水机、滤水井管和输水管等组成。

c.管井用钻井孔法成孔，孔径较井管直径大200mm以上，井管与土间填过滤砂层。

d.管井井点施工要求如下[3]：

ⓐ管井井点的井孔采用潜水电钻钻孔，在易坍孔的地层或抽吸复盖黏土层以下砂性土中的承压水时，打入钢套管以形成井孔。

ⓑ管井井孔的孔径较管井的外径大30mm时，井孔深度需要考虑管井内水泵在抽水期间产生沉淀物的沉积高度，根据以往工程经验需适当加深井孔深度1～1.5m，孔深H根据管井需要降水的深度h按照下式计算：

式中L0——封闭井点系统中两排管井的井点之间距离；

h1——潜水泵顶上浸水深度；

hP——潜水泵长度或喷射井点喷嘴混合室长度；

h——两排管井井点中间的降水深度；

h0——地下水距地面距离；

h2——潜水泵底至井管底高度或喷射井点至井孔底高度。

经计算该工程的井深H=24m。

ⓒ钻孔时应符合以下规定：孔位附近不得大量抽水；同时在合适的位置设置泥浆坑，防止基坑的泥浆漫流；孔口设置护筒；先按照规范要求取适量的土壤样本，用以核对基坑土的颗粒组成和基坑含水层的范围。

ⓓ根据设计要求和钻孔中复核过的土层情况装配好所有井点管及滤网，并按照沉放先后顺序放在孔位旁边。

ⓔ管井在下放潜水泵的井管以前必须清孔，潜水泵放进井管的具体位置，在井管安装进深井前的位置上(抽水层范围内)，先设置砂虑材料，井管上部经过黏土层的位置须进行封填、密实。如果遇到需要增加吸水深度的情况，则在井管的顶部设置吸气管，再将吸气管连通真空泵即可。为了确保管井的滤水层具备良好的透水性，井管在埋设施工完成后立即安排人员进行抽水，抽出交杂在滤料层中的黏粒、粉粒以及其他杂质材料。

ⓕ由于潜水泵需放入井点管内，潜水泵的潜水电机、电缆及接头的绝缘性能均必须符合安全用电的要求，同时潜水泵必须配制漏电保护控制开关，确保用电安全。

ⓖ在调换或安装潜水泵前，必须先对井底沉淀物厚度以及管井的井深进行测量，如果井底的沉淀物太多、太厚，还需先清洗，清除水井井底的沉渣。

ⓗ深井井底渗透性较小、有含水层或要在渗透性较高的含水层中加大降水深度及要抽吸地层中较大量沼气时，需要在井点设真空装置，对有真空装置的井管点的管节和各接头的密封性需要严加检查，不得漏气。

ⓘ排水管路的连接、埋深、走向和坡度均按设计要求施工，排水口在降水影响范围以外；降水过程中还要根据施工的要求，合理安排井点的施工、运行，确定启动和暂不启动的井点数量，优化施工顺序。

ⓙ安排专人定时观测地下水位的下降情况和管井的出水流量，并按照要求做好管井的降水记录。

4降水及地表水的排除

a.基坑渗漏水。地涵基坑的渗漏水包括了地涵上下游及南北侧四道围堰的渗漏水，以及地涵基坑和张家港河道岸坡的渗漏水等。在地涵基坑的排水过程中，由于随着水位的下降，基坑渗水量会不断增大，故基础和围堰的最大渗流量，根据地涵工程的地基基础处理条件和处理情况，取基坑渗漏水为150m3/h。

b.经常性排水。地涵工程的经常性排水由围堰渗水、正常降雨量和施工区废水等组成。

ⓐ降雨量的确定。基坑雨水集雨面积，按基坑积水面积计算；最大月降雨强度，查询江苏省苏州市历年降雨量可知，最大月降雨出现在1962年，最大的月降雨强度为342mm;最大日降雨量，降雨量不均匀系数为5，则最大日降雨量为342÷31×5=55mm；最大时降雨量为68000×0.055÷24=156m3。

ⓑ施工区废水的确定。地涵工程的施工区废水包括主体工程的混凝土仓面清洗、施工便道冲洗、混凝土表面养护以及施工机具、机械、设备用水等。施工区废水按50m3/h计。

ⓒ经常性排水量。经常性排水量为150+156+150+50=506m3/h。

c.水泵排水能力计算。水泵的排水能力Qb计算：

式中Qb——水泵排水能力，m3/h；

Q——实际排水能力，m3/h。

a——时间利用系数，取a=0.85；

n——水泵平均效率，取n=0.8；

r——水泵平均泄漏率，取r=0.9。

故：Qb=506÷(0.85×0.8×0.9)=827m3/h。

d.水泵选型。排水水泵型号的选择主要依据水泵的扬程和水泵的排水量两个重要参数，根据计算，水泵的扬程为11.3m (-11.8～0.0m)，水泵的排水能力经计算为Qb=827m3/h，故经常性排水可以选用抽水泵10台，抽水泵的总功率P总为55.5kW，抽水泵的总排水量Q总为2000m3/h，水泵的型号与特性见表2。

表2　经常排水设备

5基坑集水井和水泵的布置

在地涵主体工程上下洞首及洞身进行基坑开挖期间，在地涵基坑上下游、南北侧的两对角线上分别设置一个(共四个)大型的集水井进行集中排水，先进行集水井的开挖，然后在地涵的上下洞首、洞身和上下游连接段等部位，每隔50m设置一个临时的小型集水坑，集水井附近再开挖明沟，通过明沟把周围的降水和地表水引入小型的集水坑内，再用潜水泵抽至大集水井内集中处理。

在地涵基坑两对角线上的大集水井内用特制的钢制浮箱(2.8m×5m×1.2m)，安装10台抽水机，在无降雨或降雨少的情况下，只需运行其中的4台或者6台4BA-12型排水机，即可满足地涵基坑的降水和地表水的抽排工作；在强降雨、暴雨等情况下，开启全部10台抽水机运行，进行地涵基坑积水的排除，并安排人员值班，时刻监测基坑水位的变化[4]。

6结语

水利工程在施工过程中，基坑的降排水是主体工程能否顺利开展的前提条件，该工程的立交地涵采用明沟排水和管井排水相结合的地下水控制方法，经过一年多的施工期基坑的降水、排水，地涵基坑地下水位得到了有效控制，为地涵基坑主体施工创造了有利的干地施工条件，为后续地涵主体施工奠定了施工基础，故明沟排水和管井相结合的地下水控制方法适用类似工程，值得推广。

参考文献

[1]李家星，赵振兴.水力学[M].南京：河海大学出版社,2001.

[2]曾庆军，龚晓南.深基坑降排水——注水系统优化设计理论[J].土木工程学报,2001,34(2):74-78.

[3]浅析深基坑降排水施工的措施[J].民营科技,2009(8):190-190.

[4]南水北调穿漳工程基坑降排水[J].水力发电,2011,37(7):73-75.

Introduction on underground culvert construction drainage countermeasures in Yangcheng Lake Key Project

LÜ Hongqi,ZHOU Yi

(Kunshan Water Resources Construction and Installation Engineering Co.,Ltd.,Kunshan 215300,China)

Abstract：In the paper,drainage design method,operation principle,construction process and all precautions of underground culvert deep foundation pit in Yangcheng Lake key project are described in detail.Dry land construction conditions are created for constructing culvert head and barrel of underground culvert main body.

Key words：underground culvert; construction drainage; tube well; water pump

DOI:10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.06.002

中图分类号：TV554

文献标志码：B

文章编号：1005-4774(2016)06-0006-04