管井降水法在沙河渡槽工程中的研究和应用

刘　嘉

（甘肃建筑职业技术学院，甘肃兰州730050）

管井降水法在沙河渡槽工程中的研究和应用

刘嘉

（甘肃建筑职业技术学院，甘肃兰州730050）

摘要：通过对管井降水法进行分析，并根据工程实际地质情况进行现场降水效果试验，确定了满足工程要求的管井井型结构及管井布置方案，查明了工程区含水层的地层结构，获取工程区内地层渗透系数k、影响半径r值等；将管井降水法应用于沙河渡槽基坑降水，有效保证了降水效果，改善了土的性质；大大改善施工操作条件，提高了工效，加快了工程进度。

关键词：管井降水；井型结构；布置方案；降水效果

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.03.012

1　工程基本情况

沙河渡槽工程是南水北调中线规模最大、技术难度最复杂的控制性工程之一，是南水北调中线一期工程的重要组成部分。南水北调中线一期工程总干渠沙河南～黄河南段沙河渡槽段工程位于河南省鲁山县城东，箱基渡槽段总长3 534 m，设计桩号SH（3）4+504.1～SH（3）8+038.1，位于沙河左岸，穿越漫滩，I级阶地、II级阶地。

2　存在的问题

按设计要求，所有沙河渡槽主体工程建筑物的基础开挖应在旱地进行施工，保证地下水位在基础设计高程以下50 cm。基础开挖设计基底标高112～117.512 m（包括换填基础段）。通过前期在工程现场开挖探坑显示，施工区地下水位高程约115.266 m。基坑开挖时需要进行降水，降水深度0～4 m，以保证基础在干地环境施工。

3　井点降水法简述

井点降水法就是在基坑开挖前，沿开挖基坑的四周或一侧、二侧埋设一定数量深于坑底的井点滤水管或管井，以总管连接或直接与抽水设备连接从中抽水，使地下水位降落到基坑设计底高程0.5～1.0 m以下，以便在无水干燥的条件下开挖土方和进行基础施工。

井点降水方法的种类有：单层轻型井点、多层轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点、无砂混凝土管井点以及小沉井井点等。

4　井点降水方案设计

根据地层透水层位置、厚度、土层的渗透系数、水的补给源、井点布置形式，要求降水深度以及施工技术水平等情况，作出技术经济和节能比较后确定，选用满足降水要求的方案。表1为各种井点适用的土层渗透系数和降水深度情况。

表1　各种井点的适用范围

本工程透水层为砂卵石层，水层渗透系数达75m/d，同时开挖范围较大，降水持续时间较长，降水深度约为1.0～4.0 m，现场集水井开挖施工，成孔困难；布置轻型井点降水井点管打设有难度（地层中有较大卵石），加之轻型井点降水出水量小等原因，不适宜现有地质条件，为此拟采用管井井点法降水。

5　管井降水现场试验

（1）根据工程降水要求及现场条件，为取得合理的管井参数及布置方法，确保工程降水效果满足基础施工要求，在沙河渡槽桩号SH（3）6+604.1适当的位置进行了现场降水试验。

（2）水井设计：井深15 m，井径600 mm，混凝土无砂井管外径420 mm，内径330 mm，过滤器采用混凝土无砂管；采用3～5mm砾石作滤料。井的布置：其中4眼井布置在正方形的4个角点，边距为15 m；1眼布置在正方形中心（见图1、2所示）。

图1　试验井点平面布置示意图

图2　混凝土无砂管井构造

（3）成井工艺

抽水井及观测井采用反循环施工工艺，清水钻进成孔，孔径Ф600，一径到底，滤水管内径330 mm，填砾厚度100-150 mm。管井成井工艺流程为：测放井位—钻机就位—钻孔—清孔换浆—井管安装—填砾—洗井—置泵试抽水—正常抽水试验。

6　现场抽水试验

采用稳定流抽水试验与群孔干扰抽水试验。稳定流抽水试验：在1个主孔内抽水，1个观测孔观测地下水位。

群孔干扰抽水试验：在影响半径范围内，两个或两个以上管井中同时进行的抽水试验；通过干扰抽水试验确定水位下降与总涌水量的关系，从而预测一定降深下的出水量或一定定额出水量下的水位降深值，同时为确定合理的布井方案提供依据。

6.1第一阶段（稳定流抽水试验）

4#孔为抽水孔，1#孔作为观测孔，先期用QS80-20-7.5水泵试抽，直接转入第一次降深动水位稳定后，第一次降深结束。立即进行恢复水位观测，与静止水位接近后，换用QS140-20-13水泵做S2、S3降深，为了验证在经多次抽水后地下水降深变化情况，又用QS140-20-13水泵作了二次降深值测试（见图3、4所示）。

6.2第二阶段（群孔干扰抽水试验）

5#井为观测孔，1#、2#、3#、4#为抽水井，做一次降深测试。

抽水试验基本数据见表2、3，各观测井降深情况见表4。

表2　抽水孔4#抽水试验基本数据表

7　研究结论

（1）根据稳定流抽水试验，按照《水利水电工程钻孔抽水试验规程》（SL320－2005）中提供的公式进行计算：

表3　抽水孔4#抽水试验基本数据表（复测）

表4　各观测井降深情况表

k——含水层渗透系数，m/d；

Q——管井涌水量，即抽水量，m3/d；

H——含水层的厚度，m；

S1——第一个观测井水位降深，m；

r1——观测井与抽水井的距离，m；

b——抽水井到河的距离，m。

图3　抽水井抽水总过程S-T曲线

（2）群孔干扰抽水试验实测数据计算按照《建筑基坑支护技术规程》中的公式进行计算

k——含水层渗透系数，m/d；

图4　抽水井抽水总过程Q-T曲线

S——观测井水位降深，取0.99 m；

H——潜水含水层厚度，取11.5 m；

Q——总涌水量m3/d；

R0——基坑等效半径与降水井影响半径之和，，其中R采用稳定流计算结果的51 m；

r1、r2、r3、r4——观测井与抽水井的距离，取11 m；

n——抽水井数量，取4。

图5　群孔试验过程S-T曲线

图6　群孔试验过程Q-T曲线

通过以上两种方法计算分析，对稳定流具有观测孔时计算k值111.25 m/d，群井干扰抽水计算k值为179.36 m/d，两者相差较大（见图5、6所示），工程降水中采用了稳定流计算结果，抽水影响半径约51 m，满足施工降水的要求。

8　结束语

（1）通过对井点降水法进行工艺研究和现场试验，确定了满足工程要求的管井井型结构及管井布置方案，查明了含水层的地层结构，复核含水层的渗透系数获取本地段综合地层渗透系数k、影响半径r值等；

（2）通过管井降水法在沙河渡槽基坑降水的应用，有效保证了降水效果，同时由于土中水分排除后，动水压力减小或消除，并防止流砂现象的发生，大大提高了边坡的稳定性，边坡可适当放陡，减少土方开挖量；

（3）采用管井降水工艺后，由于渗流向下，动水压力加强重力，增加土颗粒间的压力使坑底土层更为密实，改善了土的性质；大大改善施工操作条件，提高了工效，加快工程进度。但井点降水设备一次性投资较高，施工降水运转费用较大，在工程施工中应合理地布置和适当地安排工期，以减少作业时间，降低排水费用。

参考文献：

［1］水利水电工程钻孔抽水试验规范［S］.北京.中国水利水电出版社，2005.

［2］供水水文地质勘察规范［S］.北京.中国计划出版社出版，2001.

［3］建筑基坑支护技术规程［S］.北京.中国建筑工业出版社，1999.

［4］岩土工程勘察规范［S］.北京.中国建筑工业出版社，2001.

［5］南水北调中线干线工程建设管理局.南水北调中线干线工程主要技术标准汇编［S］，2009.

中图分类号：TV672+.3

文献标识码：A

收稿日期：2015-12-11

作者简介：刘嘉（1983-），女，汉族，黑龙江哈尔滨人，大学本科，工程师，主要从事水利水电工程专业课程的讲授工作。