轻型井点降水法在盘锦近海地区的应用

王光焰

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 库尔勒 841000)



轻型井点降水法在盘锦近海地区的应用

王光焰

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 库尔勒 841000)

盘锦市地处辽宁省西南部，渤海辽东湾北岸、辽河三角洲中心地带，区域总面积4071 km2，本文主要针对盘锦沿海地区的地质及水文特点，以2011年盘锦市辽河油田矿山地质环境治理水利工程为实例，论述轻型井点法在基坑开挖中实施的过程、方法和效果，为该地区近海岸轻型井点法基坑降水方案的实施提供参考依据。

盘锦沿海；轻型井点法；基坑降水

盘锦沿海地区地下水位较高，土层软弱，属于淤泥粉质沙土和粉质沙土。在该地区开挖基坑，基坑降水工作是关键，降水效果的好坏直接影响到施工的安全、进度和效益。好的降水方案可以减少基坑开挖量，维持边坡稳定，加快施工进度，提高地基承载力，防止流砂、管涌等不良现象。在盘锦市辽河油田矿山地质环境治理水利工程中，结合该近海地区的水文地质资料，综合考虑工程的具体情况，选择轻型井点法进行基坑降水工作[1-4]。

1　工程概况

盘锦市辽河油田矿山地质环境治理水利工程位于盘锦市东郭镇苇场境内，该工程通过建设二级泵站、倒虹吸过水涵洞、节制闸和56 km引水渠道等水工建筑物，将渤海湾内的海水引入苇场境内，利用蒲草不能在海水中生长的习性达到消灭蒲草、保护环境和提高芦苇产量的目的。该工程建筑在距离海岸线25 km范围内，最近的建筑物距离海岸线仅有6 km。基坑深度平均为6.8 m，基坑底口面积平均为626 m2。工程建设区域内平均海拔为2.6 m，场地地下水为第四系孔隙潜水，水位埋深为0.8～1.6 m。该地区土质主要为含水粉砂层，由于距离海岸线较近，海水对该区域的地下水有较强的补给作用，在抽水试验中，试验水井的出水为咸水。

采用轻型井点降水的2号泵站基坑是分基型结构，距离海岸线8.8 km，基坑开挖深度为4.5 m，边坡1∶1.5，基础底部尺寸为26.3 m×18.6 m(长×宽)。

2　相关计算及基坑整体布置

2.1基础降水数据

由于该地区缺少钻探试验资料，故无法根据相关资料取得该地区的渗透系数。在降水实施前，项目技术人员进行了抽水试验，根据试验数据确定渗透系数K值为5.2 m/d；基坑的降水深度H为5.2 m，基坑开挖需要降低水位的控制面积F为675.2 m2。

2.2井点的平面布置

由于该地区渗透系数大，基坑底面积也较大，故井点采用单排环形布置，并将抽水总管独立分为两段，每段设置一个真空泵抽水装置，每段总管的长度为41.9 m+34.2 m，考虑到施工的方便，井点距离基坑边坡0.6 m。2号泵站基础施工期正值5月份，是降水量较大的月份，为了避免降雨后地表水流入基坑，在基坑的四周设立截水沟，整体平面布置如图1所示。

1—井点；2—抽水总管；3—抽水设备图1　井点平面布置图

2.3高程布置

基坑开挖采用相对高程系统，假定原地面标高为0。根据相关资料和以往经验，减掉各种损失后，轻型井点降水的深度一般不大于6 m。为了达到上述要求，在未设置井点前先开挖原地面以下1.5 m深度，在该高程面上设置井点，如图2所示。此时计算井管的埋深为：

H=H1+h+IL

(1)

式中:H1为基坑底面到井管埋置面的距离，由图2可知H1=4.7 m；h为基坑底面至降水后水位线的距离，由图2可知；h=0.5 m;I为水力坡比，环形井点取值为1∶10；L为基坑中心至最远井点的水平距离，按设计为19.6 m。

综合以上数据，可计算出H为7.16 m，为了保证降水效果，项目采用Φ=50 mm，长度为7.5 m的铁管设置降水井点。

1—地下水位；2—井点管；3—降水后水位线；4—滤水管图2 井点管布置断面

2.4基坑涌水量及井管数量和间距计算

2.4.1基坑涌水量

盘锦沿海地区含水层较厚，地下水为无压潜水，井管底部距离透水层较远，不用考虑透水层对涌水量的影响，基坑的长宽比为1.41，满足无压完整井涌水量的计算要求，故可以按无压完整井来计算基坑涌水量，计算结果为：

含水层厚度：H=7.9-1.8=6.1 m；降水深度：S=4.5-1.8+0.5=3.2 m；假想基坑半径，该基坑的长宽比为20.3∶18.6=1.09<5，可以将其假想为半径为X0的圆丼进行计算：

(2)

式中:F为井点所包围的基坑面积，m2。

抽水影响半径：

(3)

式中:H为含水层厚度，m；K为渗透系数，取值为5.2 m/d。

基坑涌水量为：

(4)

2.4.2井管数量和间距

目前较长使用的单井出水量计算公式：

(5)

式中:D为井点管的直径，m；L为井点管的长度，m。

考虑到不良因素对井管的影响，在确定井管数量时采用1.1的备用系数，井管的数量为：

(6)

根据以往降水经验，在基坑的转角处水量一般较大，故在基坑的4个角对井管进行加密，每个角增加2根井管，加密后井管的总数量为：n=25+4×2=33井管间距为：

2.5抽水设备的配备

由于该基坑距离海岸线较近，水头补给迅速，并且抽水总管较长，为了保证良好的降水效果，将集水总管均分为两个独立部分，每个部分配备W6型干式真空泵进行抽水，该型号能达到的最大真空度为110kPa，本降水设计要求达到的最小真空度为：

(7)

式中:hk为要求的最小真空度；hA为可吸真空高度，可近似取集水总管至滤管的深度；Δh为各类水头损失，可根据情况近似取值1～1.5。

根据式(7)可得到降水所要求的最小真空度为66kPa，所选用的W6型干式真空泵满足要求。

根据本降水设计对扬程和流量的要求，选用B112型离心泵，其吸水扬程为10m，流量为10～20m3/h。

3　施工流程及注意事项

测量放线，标定出截水沟、基坑开挖轮廓线。开挖截水沟，将基坑开挖至-1.5m标高后标定出井点位置。施工流程为：高压水冲孔→安放井点管→回填反滤砂砾料→井点顶部黏土密封→铺设抽水总管→将各个井点管与抽水总管连接→将抽水总管与抽水设备连接→开启真空泵检查各连接部位的气密性→安装排水管和集水箱→开动抽水设备抽水→观测水位下降情况，及时调节抽水设备功率。

在整个施工流程中，测量定线是基础和关键的一步，要求能准确给出井点的位置，以便在后期基坑开挖过程中保证基坑的坡比和底口尺寸，避免因井点位置不准确造成的返工。该基坑土质为粉砂土，采用高压水冲孔法较为合适，在井点高压冲孔时要保证冲孔上下垂直，冲孔上下的直径一致，冲孔直径达到25～30cm较为适合，严格控制冲孔标高，使井点底部标高达到降水设计要求。安放井点管的时候要保证井管处于中间位置，这样可以保证反滤材料能均匀分布到井管的周围，起到良好的透水效果。回填反滤砂砾的时候，首先要确定砂砾的级配和粒径大小，反滤层厚度要达到10cm，反滤砂砾回填高度在滤水管顶部1～1.5m的位置，砂砾回填过程中要保证四周均匀下料，反滤砂砾回填质量的好坏直接影响井点的出水能力，所以要充分重视该环节。井点顶部黏土密封目的是保证井点的气密性，避免空气从井点顶部进入，在该环节中，黏土回填厚度在井口下1.5m左右。安装抽水总管和总管与井点连接的过程中，要特别注意各个节点的气密性，保证节点气密性良好。

4　降水效果

通过对水位的观测，得到水位随降水时间的变化关系，如图3所示。

图3　地下水位随时间变化曲线

从图3可以看到，在抽水开始后的一天内，水位下降较为明显，在抽水时间达到36h后，水位下降缓慢，在抽水时间达到44h后，水位趋于稳定，地下水位维持在-5.0m左右，达到降水设计要求。

地下水位观测数据表明，降水开始后的2d，地下水位达到降水设计水位，为了便于机械开挖和运输，基坑在第四天开始进行开挖，这样可以使基坑粉砂土充分沥水。开挖至设计标高后，基坑无积水，为施工创造了良好的干地施工条件。在基础施工期间，基坑底面没有出现管涌、渗水的状况，地基承载力达到设计要求值。降水后，在没采取护坡措施的情况下，边坡的稳定度较好，没有出现滑坡、塌方等现象。基坑的各项指标表明，该基坑轻型井点降水设计完全满足基坑施工的要求，达到预期降水目标。

5　结　论

通过该基坑轻型井点降水的过程和结果，可以看出该降水方式具有方便灵活、易于施工的特点，降水成本较低，成效明显。所采用的基坑涌水量计算方式适合盘锦近海地区的水文地质状况，该基坑降水设计方案较适用于盘锦沿海地区状况，具有一定参考借鉴作用。

[1]宋功业.井点降水施工技术与质量控制[M].北京：中国电力出版社,2013.

[2]吴林高.工程降水设计施工与基坑渗流理论[M].北京：人民交通出版社,2003.

[3]吴昌瑜,李思慎,谢红.深基坑开挖中的降水设计问题[J].岩土工程学报,1999，21(3)：348-350.

[4]章昕.深基坑降水技术浅析[J].岩土工程学报，2010(S2)：443-446.

王光焰(1967-)，男，工程师，主要从事水资源管理、水利工程施工等方面的工作。

TU753

B

2096-0506(2016)03-0061-03