基于管井井点降水的水闸泵站基坑施工技术研究

王龙

（江苏省水利建设工程有限公司，江苏扬州 225000）

0 引言

水闸泵站是水利工程的典型代表之一，主要作用是调节水流量、季节性蓄水与排水，提供城市用水等。水闸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质条件较为恶劣，常常伴随松散的岩层、土质及丰富的地下水，给水闸泵站的基坑施工工作带来了巨大的难度[1]。当基坑挖掘到一定深度时，经常出现渗水，导致基坑涌水严重，不利于后续施工，工程质量也受到影响。如何保持基坑施工时坑内的干燥，是当前很多水利工程建设中的难点和重点。管井井点降水可以人工降低地下水位，避免基坑渗水[2]。此次研究以某水闸泵站工程为例，将管井井点降水应用到基坑施工当中，以期为其他水利工程基坑施工提供参考和借鉴。

1 水闸泵站工程概况

修建该水闸泵站主要是为了解决河流洪水期水位上涨、出现城市倒灌的问题，防止城市内涝的发生。该工程所在地区地下水位平均标高为-10.59 m，含水层渗透系数为5.200 m/d，涌水量为623 m3/d。预计基坑开挖坡度为1∶1.5，深度预计不大于-15.70 m，坑长约500.00 m，宽约50.00 m。基坑深度明显大于地下水位标高，在开挖时必然会出现渗水现象，因此，需要采用管井井点降水方法来开展水闸泵站基坑施工。

根据地勘资料，该工程所在位置工程地质情况从上到下依次为：人工填土层厚2.50～5.20 m；中砂层厚1.50～4.50 m；第四系淤积层厚0.50～2.60 m；粉砂层厚2.60～6.00 m；冲积层厚0.50～1.50 m；残积层厚1.50～4.30 m；中砾层厚2.40～4.60 m；低液限黏土层厚0.20～1.00 m。

2 管井及其井点设计

管井由井盖、井口、出水管、电缆、井管、潜水电泵、过滤管、导向段、沉砂管组成。

2.1 管井井点数计算

在研究区内基坑周围需要布设的管井井点数计算公式如下：

式中：M为管井井点数；S为基坑总涌水量；R为单井排水量；a为含水层的渗透系数，取值见表1；b为基坑水位降深；h为地下水位标高；c为过滤器淹没段长度；e为井管直径，取值为500.0 mm；g为基坑中心到河岸距离；l为过滤器进水部分长度；d为管井埋设深度，取值为20.00 m；r为过滤器半径，取值为2.5 mm；r1为降水影响半径。经上述公式计算，该管井井点数共计14 个。

表1 含水层的渗透系数取值表m/d

2.2 管井井点布置

将计算的14 个管井井点在基坑周围进行均匀布设，上、下两侧各布置4 个管井井点，间距设置为12.00～13.00 m，左、右两侧各布置3 个管井井点，间距设置为8.00～10.00 m。

3 材料及设备选用

施工过程中所用到的材料和设备选用情况如表2 所示。

表2 材料和设备选用表

4 基于管井井点降水的基坑施工方案设计

1）准备施工过程中现场所需要的材料和设备。

2）对施工现场的土地进行平整，目的是保障地基土坚实稳定[3]。具体施工过程：利用水准仪测量施工地面标高及施工高度；根据得到的参数计算需要挖填的土方量；利用挖掘机将高出水平高度的山坡土挖掘掉，然后利用运土车将土运到需要填补的地方，并尽可能做到平整；利用压土机在现场进行反复压实处理，保障地基土坚实稳定。

3）按照管井井点布局方案，利用全站仪进行测量放线，确定井点位置。在定位过程中，需要保证井位偏差不大于50.0 mm。

4）安设护筒。在向地下钻孔时，井口存在随时坍塌及地下水流涌入的风险。为避免上述情况的发生，需要在钻孔前埋入护筒，并用粘土将外侧缝隙填实[4]。护筒由钢板卷制而成，其尺寸根据管井相关参数而定。

5）井点沟槽挖掘。当利用管井排出地下水时，需要通过沟槽将地下水与集水坑连通，当地下水涌出后，通过沟槽流入集水坑，沟槽的尺寸为600.0 mm×500.0 mm×300.0 mm（深×长×宽）。

6）井点成孔。将钻机安排到井点所在位置，在三脚架的辅助下，采用清水水压平衡法冲击钻孔。在钻孔时，需要保证钻孔垂直度偏差不大于1%。钻机钻孔直径为115.0～350.0 mm，深度为200.00 m，角度为90°，电动机功率为33 kW。需要注意的是，当遇到隔水黏土层，为防止孔壁出现泥皮，需要增加扩孔操作，保证管井的出水量。

7）换浆。换浆的作用一是保障出水量，二是防止井壁塌方。当钻孔深度达到0.50 m 时，将钻具提出孔外，然后在孔中注入清水，通过清水稀释孔中的泥浆，最后利用污水泵将泥浆排出[5]。

8）下放井管。首先在井管口利用塑料进行包裹，防止下管过程中泥沙进入到井管，使井管保持垂直状态，并缓慢下降，井管中心点对准护筒中心，并利用扶正器垂直固定。

9）填滤料。沿着井管四周缓慢地将直径为1.0～5.0 mm 的粗砂填入到管井中。

10）洗井。为防止井内残存的泥沙堵住井孔，保证出水量，需要进行反复抽洗，直至抽出来的水为清水。在该过程中，如果管井内的滤料存在下降的现象，则需要及时补充滤料。

11）下泵抽水。将潜水电泵顺着管壁下降到井底，启动电泵进行抽水，水流顺着井点沟槽流入集水坑。在抽水过程中，需要利用水流量检测表每隔1 h 进行1 次观测，以便及时发现并处理抽水过程中泥沙堵住井孔的现象[6]。

以上为基于管井井点降水的基坑施工过程，经过降水处理后，可以基本保障基坑内干燥，为后续工作创造更有利的施工环境。

5 施工效果监测与分析

5.1 监测设备

为测试上述施工效果，还需要进行施工效果监测与分析。本文主要进行水位观测，观测设备为电测水位计。水位计型号为WD85-50，全密封焊接不锈钢探头，适用于各种水位测量场合。该设备检测监测过程：准备监测设备与材料；调试电测水位计；将不锈钢探头放入到管井内；每30 min读取1 次水位数据；数据记录。重复上述过程，记录每一个管井内地下水位施工前后的变化，并将电测水位计采集的数据绘制成表。

5.2 监测结果与分析

利用上述电测水位计对施工前后基坑地下水位进行检测和记录，结果如表3 所示。从表3 中可以看出，在实施基于管井井点降水的水闸泵站基坑施工技术之后，基坑内平均水位从-10.59 m 下降到了-16.89 m，降深达到6.30 m，低于基坑深度预计-15.70 m，说明通过该技术处理后，基坑施工时不会触及地下水而造成地下水上涌，能够保证基坑内干燥。

表3 基坑地下水位表m

6 结语

水闸泵站一般都会修建在靠近水源的地方，在挖掘基坑的时候，地下水很容易上涌，淹没基坑，不利于后续修建工程的开展。基于管井井点降水的水闸泵站基坑施工技术，通过在基坑周围修建管井，抽取地下水，以保证基坑施工的干燥。在此次研究中以某水闸泵站工程为例，对该技术的实施过程进行了具体分析，并通过电测水位计检测施工前后基坑中地下水位的变化，通过计算前后降深证明了所研究技术的有效性，也为类似的工程实例提供参考依据。但研究仍有需要改进的地方，即某些必要参数的取值采用的都是经验值，缺乏一定的理论基础，因此，在这一方面有待进一步分析。