基于管井井點降水的水閘泵站基坑施工技術研究

王龍

（江蘇省水利建設工程有限公司，江蘇揚州 225000）

0 引言

水閘泵站是水利工程的典型代表之一，主要作用是調節水流量、季節性蓄水與排水，提供城市用水等。水閘泵站一般修建在河流或者湖泊附近，以方便取水。而河流或者湖泊附近的地質條件較為惡劣，常常伴隨松散的巖層、土質及豐富的地下水，給水閘泵站的基坑施工工作帶來了巨大的難度[1]。當基坑挖掘到一定深度時，經常出現滲水，導致基坑涌水嚴重，不利于后續施工，工程質量也受到影響。如何保持基坑施工時坑內的干燥，是當前很多水利工程建設中的難點和重點。管井井點降水可以人工降低地下水位，避免基坑滲水[2]。此次研究以某水閘泵站工程為例，將管井井點降水應用到基坑施工當中，以期為其他水利工程基坑施工提供參考和借鑒。

1 水閘泵站工程概況

修建該水閘泵站主要是為了解決河流洪水期水位上漲、出現城市倒灌的問題，防止城市內澇的發生。該工程所在地區地下水位平均標高為-10.59 m，含水層滲透系數為5.200 m/d，涌水量為623 m3/d。預計基坑開挖坡度為1∶1.5，深度預計不大于-15.70 m，坑長約500.00 m，寬約50.00 m?；由疃让黠@大于地下水位標高，在開挖時必然會出現滲水現象，因此，需要采用管井井點降水方法來開展水閘泵站基坑施工。

根據地勘資料，該工程所在位置工程地質情況從上到下依次為：人工填土層厚2.50～5.20 m；中砂層厚1.50～4.50 m；第四系淤積層厚0.50～2.60 m；粉砂層厚2.60～6.00 m；沖積層厚0.50～1.50 m；殘積層厚1.50～4.30 m；中礫層厚2.40～4.60 m；低液限黏土層厚0.20～1.00 m。

2 管井及其井點設計

管井由井蓋、井口、出水管、電纜、井管、潛水電泵、過濾管、導向段、沉砂管組成。

2.1 管井井點數計算

在研究區內基坑周圍需要布設的管井井點數計算公式如下：

式中：M為管井井點數；S為基坑總涌水量；R為單井排水量；a為含水層的滲透系數，取值見表1；b為基坑水位降深；h為地下水位標高；c為過濾器淹沒段長度；e為井管直徑，取值為500.0 mm；g為基坑中心到河岸距離；l為過濾器進水部分長度；d為管井埋設深度，取值為20.00 m；r為過濾器半徑，取值為2.5 mm；r1為降水影響半徑。經上述公式計算，該管井井點數共計14 個。

表1 含水層的滲透系數取值表m/d

2.2 管井井點布置

將計算的14 個管井井點在基坑周圍進行均勻布設，上、下兩側各布置4 個管井井點，間距設置為12.00～13.00 m，左、右兩側各布置3 個管井井點，間距設置為8.00～10.00 m。

3 材料及設備選用

施工過程中所用到的材料和設備選用情況如表2 所示。

表2 材料和設備選用表

4 基于管井井點降水的基坑施工方案設計

1）準備施工過程中現場所需要的材料和設備。

2）對施工現場的土地進行平整，目的是保障地基土堅實穩定[3]。具體施工過程：利用水準儀測量施工地面標高及施工高度；根據得到的參數計算需要挖填的土方量；利用挖掘機將高出水平高度的山坡土挖掘掉，然后利用運土車將土運到需要填補的地方，并盡可能做到平整；利用壓土機在現場進行反復壓實處理，保障地基土堅實穩定。

3）按照管井井點布局方案，利用全站儀進行測量放線，確定井點位置。在定位過程中，需要保證井位偏差不大于50.0 mm。

4）安設護筒。在向地下鉆孔時，井口存在隨時坍塌及地下水流涌入的風險。為避免上述情況的發生，需要在鉆孔前埋入護筒，并用粘土將外側縫隙填實[4]。護筒由鋼板卷制而成，其尺寸根據管井相關參數而定。

5）井點溝槽挖掘。當利用管井排出地下水時，需要通過溝槽將地下水與集水坑連通，當地下水涌出后，通過溝槽流入集水坑，溝槽的尺寸為600.0 mm×500.0 mm×300.0 mm（深×長×寬）。

6）井點成孔。將鉆機安排到井點所在位置，在三腳架的輔助下，采用清水水壓平衡法沖擊鉆孔。在鉆孔時，需要保證鉆孔垂直度偏差不大于1%。鉆機鉆孔直徑為115.0～350.0 mm，深度為200.00 m，角度為90°，電動機功率為33 kW。需要注意的是，當遇到隔水黏土層，為防止孔壁出現泥皮，需要增加擴孔操作，保證管井的出水量。

7）換漿。換漿的作用一是保障出水量，二是防止井壁塌方。當鉆孔深度達到0.50 m 時，將鉆具提出孔外，然后在孔中注入清水，通過清水稀釋孔中的泥漿，最后利用污水泵將泥漿排出[5]。

8）下放井管。首先在井管口利用塑料進行包裹，防止下管過程中泥沙進入到井管，使井管保持垂直狀態，并緩慢下降，井管中心點對準護筒中心，并利用扶正器垂直固定。

9）填濾料。沿著井管四周緩慢地將直徑為1.0～5.0 mm 的粗砂填入到管井中。

10）洗井。為防止井內殘存的泥沙堵住井孔，保證出水量，需要進行反復抽洗，直至抽出來的水為清水。在該過程中，如果管井內的濾料存在下降的現象，則需要及時補充濾料。

11）下泵抽水。將潛水電泵順著管壁下降到井底，啟動電泵進行抽水，水流順著井點溝槽流入集水坑。在抽水過程中，需要利用水流量檢測表每隔1 h 進行1 次觀測，以便及時發現并處理抽水過程中泥沙堵住井孔的現象[6]。

以上為基于管井井點降水的基坑施工過程，經過降水處理后，可以基本保障基坑內干燥，為后續工作創造更有利的施工環境。

5 施工效果監測與分析

5.1 監測設備

為測試上述施工效果，還需要進行施工效果監測與分析。本文主要進行水位觀測，觀測設備為電測水位計。水位計型號為WD85-50，全密封焊接不銹鋼探頭，適用于各種水位測量場合。該設備檢測監測過程：準備監測設備與材料；調試電測水位計；將不銹鋼探頭放入到管井內；每30 min讀取1 次水位數據；數據記錄。重復上述過程，記錄每一個管井內地下水位施工前后的變化，并將電測水位計采集的數據繪制成表。

5.2 監測結果與分析

利用上述電測水位計對施工前后基坑地下水位進行檢測和記錄，結果如表3 所示。從表3 中可以看出，在實施基于管井井點降水的水閘泵站基坑施工技術之后，基坑內平均水位從-10.59 m 下降到了-16.89 m，降深達到6.30 m，低于基坑深度預計-15.70 m，說明通過該技術處理后，基坑施工時不會觸及地下水而造成地下水上涌，能夠保證基坑內干燥。

表3 基坑地下水位表m

6 結語

水閘泵站一般都會修建在靠近水源的地方，在挖掘基坑的時候，地下水很容易上涌，淹沒基坑，不利于后續修建工程的開展?；诠芫c降水的水閘泵站基坑施工技術，通過在基坑周圍修建管井，抽取地下水，以保證基坑施工的干燥。在此次研究中以某水閘泵站工程為例，對該技術的實施過程進行了具體分析，并通過電測水位計檢測施工前后基坑中地下水位的變化，通過計算前后降深證明了所研究技術的有效性，也為類似的工程實例提供參考依據。但研究仍有需要改進的地方，即某些必要參數的取值采用的都是經驗值，缺乏一定的理論基礎，因此，在這一方面有待進一步分析。