街津口闸基坑降水方案的研究及应用

张俊锋 杨国兰

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 475000)

街津口闸基坑降水方案的研究及应用

张俊锋 杨国兰

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 475000)

由于地质条件变化，原设计闸基坑周围地下连续墙无法施工，为了解决基坑施工受地下水的影响，通过对多种方案进行对比分析并进行现场基坑抽水试验，最终确定了基坑采用深井降水方案，成功的将地下水位降低至闸基坑开挖底板高程以下1 m，确保了基坑开挖和构筑物施工在旱地进行。

基坑，地下连续墙，抽水试验，深井降水

1 工程概况

莲花河街津口闸是三江治理工程黑龙江流域最大的水利工程建筑，闸址河床高程在EL43.3 m～EL45.28 m左右，地下水位高程为EL46 m左右，闸基坑开挖高程为EL38 m，闸址区地下水含水层岩性为级配良好中砂、级配良好中砾，底部高程EL31.0 m以下为低液限粘土，隔水性较好。地下水与河水水力联系密切，水位随莲花河水位变化而波动。为了保证基坑开挖及水闸建筑物施工，必须解决地下水向基坑渗漏问题。

原设计街津口闸基坑四周设置多头小直径搅拌桩连续防渗墙，墙底高程为EL31.0 m，以拦截地下水向基坑侧渗漏，确保基坑施工期安全。由于砂砾石中含有较大直径的砾石，在多个不同部位试桩时均造成卡钻无法施工，需要对原设计方案进行必要修正，以确保工程顺利实施。

2 解决基坑地下水问题的方案比选

目前国内外在实现深基坑干地作业所采用的方法大致分为三类，第一类是单纯的强降水，即将基坑区域内的地下水强行降低到开挖面以下；第二类是全方位截渗，即采用防渗墙将含水层的地下水堵截，全面切断基坑内外的地下水联系；第三类是截渗与降水相结合的方法。根据地质情况，多头小直径搅拌桩无法实施，可供选择的方案有高压旋喷桩防渗墙、混凝土地下连续墙、深井降水。

如果采取其他形式的防渗墙，河道部位的防渗墙必须等围堰填筑完成后沿上下游围堰轴线施工，工期长，费用高，而且基坑周围一圈的防渗墙封闭后，还要采取措施对防渗墙封闭圈内的地下水进行抽排后才能进行基坑开挖。

如果采用深井降水，可以先施工基坑左右河道两岸的降水井，待围堰合龙后，将基坑河水排干，并运行两侧降水井将地下水降低到河床底部以下后，可同时进行基坑的第一层开挖以及围堰内侧基坑上下游侧的降水井施工，所有降水井投入运行将地下水降到设计高程，将基坑也开挖到设计高程，并开始进行水闸建筑物的施工。

3 基坑降水抽水试验

3.1 抽水试验的目的和任务

1)对井结构及单井出水量进行测验；

2)通过抽水试验求得含水层的综合渗透系数及影响半径；

3)确定单井最大出水量、干扰出水量，计算基坑总涌水量，最终确定基坑降水方案，合理地选择水泵泵型；

4)确定最佳的井间距，完全拦截外围地下水向基坑的侧向补给。

3.2 试验场地的选择

单井抽水试验选择时考虑到作业方便、代表性等因素，试验场地选择在街津口闸左侧上游部位，该处地下水位埋深3 m左右，供电及排水条件均较好，符合开展试验的主要条件。通过试验，确定单井出水量、渗透系数、影响半径等基本的设计数据，为闸基坑降水设计计算提供参数。

3.3 试验井的结构及平面布置

抽水井(单井试验井)井深为21 m，成井直径700 mm，井管全部采用直径500 mm的钢管，其中下部15 m的桥式滤水管作为过滤器，上部为实管，滤管外包60目滤网，各管接头部位采用焊接接头。滤料为豆石(1-5 mm)。

1号、2号、3号观测井井深21 m，成孔直径500 mm，井管全部采用直径300 mm的UPVC管，下部15 m为花管，滤料为豆石(1-5 mm)。

为了保证井的出水量以及观测井的水位变化灵敏度，所有井采用反循环钻机进行钻孔，泥浆护壁，成井后立即大泵量抽水洗井直到完全出清水为止。

1号、2号、3号观测井距离抽水井的距离分别为3 m,8 m,15 m，具体情况如图1所示。

3.4 试验步骤

由于考虑到地下水含水层岩性比较单一、渗透系数较大、抽水井水位降深较小，因此试验采用单井稳定流两次降深进行数据收集及计算。

1)先进行单井一次降深抽水试验：抽水井采用水泵(250QJ80-20/7.5)抽水，稳定出水量为90 m3/h；1号、2号、3号观测井进行观测。一次降深抽水稳定后停机恢复水位，并更换水泵。

2)二次降深抽水试验：恢复水位稳定后，采用水泵(250QJ125-32/18.5)抽水。稳定出水量175 m3/h， 1号，2号，3号井进行观测。二次降深抽水稳定后停机恢复水位，试验结束。

3.5 抽水试验数据观测要求

1)抽水井动水位、观测井水位均采用电测水位计同步观测(每口井各一支)。抽水试验均需要进行静止水位观测(静止标准：连续2 h水位变化不大于1 cm)。在每口井抽水开始后的5 min,10 min,15 min,20 min,25 min,30 min分别进行水位观测，以后每隔30 min观测一次，3 h后改为1 h观测一次。

2)抽水结束后立即观测恢复水位，观测时间每隔 30 min观测一次，直至稳定。

3)抽水井出水量采用水表观测，抽水试验开始后每隔1 h进行观测一次。

4)水位稳定符合规范要求：2 h内变幅不大于1 cm，稳定延续时间不少于6 h。

5)现场记录均采用规范的表格进行记录。字体均比较工整、清晰，观测人员签字确认。

3.6 试验数据成果

试验数据成果汇总见表1。

表1 抽水试验成果汇总表

4 水文地质参数计算及整理分析

4.1 渗透系数K值计算

1)利用裘布衣公式法求K值:

适用条件：潜水含水层，多孔完整井。

其中，Q为抽水量，m3/d；K为渗透系数，m/d；H为含水层厚度，m；S1，S2分别为第1，2个观测井水位降深，m；r1，r2分别为第1，2个观测井距抽水井距离，m。

渗透系数K值计算成果见表2。

剔除一些不合理的结果，最终确定K平均值218 m/d。

2)考虑邻河因素，利用裘布衣公式法求K值(1个观测孔)：

适用条件：潜水含水层，邻河、完整井、观测线垂直岸边且近河一边，1个观测孔。

其中，b为河水岸边距抽水井距离，m；其他字母含义同前，见表3。

表2 渗透系数K值计算成果表(一)

表3 渗透系数K值计算成果表(二)

经过验算剔除一些不合理的结果，最终确定K平均值为98 m/d。

3)考虑邻河因素，利用裘布衣公式法求K值(2个观测孔)。

适用条件：潜水含水层，邻河、完整井、观测线垂直岸边且近河一边，1个观测孔。

字母含义同前，见表4。

表4 渗透系数K值计算成果表(三)

剔除一些不合理的结果，最终确定K平均值为246 m/d。

上述三种方法计算出的渗透系数差别不大，为了更接近实际，取三次计算的平均数，即K值为187 m/d，这个数值和勘探地质资料上提供的渗透系数接近。

4.2 影响半径R计算

利用裘布衣公式法计算影响半径。

其中，R为影响半径;其他字母含义同前。

考虑到1号井距离抽水井较近，受地下水流影响较大，因此影响半径采用2号和3号抽水井观测的数据计算结果取影响半径R=500 m，这个结果也和砾石层的经验数值较为接近，见表5。

表5 影响半径计算成果表

4.3 水文地质参数成果

根据以上稳定流各种实用条件下所得出的结果分析，进行选取水文地质参数,见表6。

表6 水文地质参数推荐值表

本次单井抽水试验所得出的水文地质参数将用于下一步闸基坑的深井降水设计。

5 闸基坑深井降水方案设计

5.1 降水深度

地下水水位标高为EL46.0 m，为满足施工要求，地下水位降至基坑底1.0 m(基坑底部高程为EL38.0 m)，故水位降深S=46 m-37.0 m=9.0 m。

5.2 含水层水文地质参数确定

1) 渗透系数K。

根据抽水试验结果，渗透系数K=187 m/d。

2)影响半径R。

根据抽水试验数据计算影响半径R=500 m。

3)基坑等效半径r0。

基坑视为矩形基坑，r0=0.29(a+b)。

其中，a，b分别为基坑的长和宽，a=210，b=110。

经计算，r0=0.29×(210+110)=92.8 m。

5.3 基坑总涌水量

采用矩形基坑潜水完整井基坑涌水量计算公式：

其中，Q总为基坑总涌水量，m3/d；K为渗透系数，取K=187 m/d；H为潜水层厚度，H=46-31=15 m；S为降水深度，S=46-37.0=9.0 m；r0为等效半径，r0=92.8 m；R0为等效引用半径；R0=R+r0=592.8 m。

经计算,基坑总涌水量Q总=59 946 m3/d。

5.4 干扰井单井出水量

根据计算的基坑总涌水量，采用以下公式进行基坑降水井数量假设和试算，当试算出的干扰单井出水量总和略大于上述计算的基坑总涌水量时，此时假设的降水井数量就是实际所需要的数量。

5.5 总井数

为确保降水安全系数，实际井数按1.1倍的计算数量考虑，因此现场实际打井个数为1.1×25=28口。

5.6 降水井布置

按照基坑降水设计计算结果，在街津口闸四周布置28眼降水井，基坑内部布置2眼观测井。考虑基坑补水方向，基坑上、下游侧各布置9眼井，间距23.0 m；左、右侧各布置5眼井，间距20 m。

5.7 降水井结构

1)井口：井口应高于地面以上30 cm，以防止地表污水及泥土渗入井内。

2)井壁管：井壁管均采用焊接钢管，直径500，壁厚3 mm。

3)滤水管：本方案采用桥式滤水管，滤水管的直径、壁厚与井壁管相同。

4)沉淀管：沉淀管焊接在滤水管底部，成锥形，长度为1.0 m。

5)滤料：地面以下2.0 m至孔底部位围填中粗砂滤料，其上粘土封闭。

6)井底高程控制。

考虑到水泵高度较大，而且基坑降水深度较大，水位降低到设计高程后，剩余的含水层厚度只有5 m～6 m，滤管进水量受到限制。因此将井底高程适当降低到含水层以下，使含水层的水跌落至井内，同时也可以使水泵始终处于一定的淹没深度，综合考虑各方因素，降水井井底高程控制在EL23.0 m。

6 结语

本工程基坑降水根据设计方案进行实施。降水井成孔采用反循环SPC100型钻机进行施工，有效的防止了地层内渗入过多泥浆而影响井的出水量，成井质量较好。

根据总体安排，先进行河道两岸的降水井施工，围堰合龙及围堰内河水抽排完成后，开始进行河道两岸降水井的运行，将地下水位降低到河床高程以下1 m，实际地下水位降深达到5 m，满足了基坑第一层的开挖条件。与此同时进行基坑上下游侧河道内的降水井施工，并最终全部投入运行。

前期降水井全部抽水3 d后将地下水位降低到EL36 m高程，后通过运行井数量的调节以及地下水位观测结果，最终运行的降水井为21口，单井干扰出水量平均为95 m3/h，地下水位稳定在EL36.5 m的高程，实际基坑总涌水量小于计算量的22%。根据基坑开挖后揭露的地质情况分析，实际的含水层岩性状况不均，有部分砂砾层含泥量较大，造成这部分的含水层实际渗透系数较小，从而减少了河水的补给量。

通过本工程深井降水方案的研究与实施，有效的解决了施工中出现的困难，不仅加快了工程总体的施工进度，而且施工费用也略有降低。因此，在一定的地质条件下，采用深井降水技术代替地下防渗墙可以很好的解决深基坑地下水渗透问题，并且具有施工速度快，造价低的绝对优势。

[1] JGJ/T 111—1998,建筑与市政降水工程技术规范[S].

[2] 张永波.基坑降水工程[M].北京：地震出版社，2000：26-63.

[3] 中国地质调查局.水文地质手册[M].第2版.北京：地震出版社，2012：636-683.

StudyandapplicationofdewateringmethodologyforsluicefoundationpitatJiejinkou

ZhangJunfengYangGuolan

(SinohydroBureau11Co.,Ltd,Zhengzhou475000,China)

Due to change of geological condition, construction of diaphragm wall aroundthe sluice foundation pit as per the original design cannot be carried out. In order to solve the influence on foundation pit excavation by groundwater, through comparative analysis of the various schemes and on-site pit pumping test, finally deep well dewatering methodology for foundation pit is adopted, the underground water level is successfully lowered to 1 m below bottom excavation elevation, which ensures that pit excavation and structure construction can be carried out indryland condition.

foundation pit, diaphragm wall, pumping test, deep well dewatering

2017-10-07

张俊锋(1974- )，男，高级工程师

1009-6825(2017)35-0054-03

TU463

A