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泵站工程基坑深井井管设计与施工

发布时间: 2019-09-06  点击次数: 117次

南水北调工程是缓解中国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程。东线工程作为三条调水线路之一,位于第三阶梯东部,因地势低需逐级抽提江水北送。东线一期工程共新建21座泵站,增加抽水能力2750m3/s。笔者有幸参与了其中3座泵站工程(宝应站、淮安四站、金湖站)的全过程施工,而深基坑工程贯穿泵站主体施工全过程,其安全性和重要性对泵站工程来说是至关重要的。地下水位降低效果的好坏,是直接影响工程能否正常进行施工的关键。 

下面就南水北调东线期工程淮安四站工程泵站基坑降水的实例谈谈基坑深井井管降水设计和施工。 

一、工程概述 

淮安四站工程位于江苏省淮安市楚州区三堡乡境内里运河与灌溉总渠交汇处,设计流量100m3/s。泵站站身为堤身式,选用叶轮直径3.0m全调节立式轴流泵4台(包括备机1台),配套同步电机功率2500kw,叶轮中心安装高程0.8m。泵站采用肘形流道进水,平直管出水,快速闸门断流。 

二、泵站地基地质资料 

淮安四站工程站区地形平坦,沟渠成网,地面高程在▽8.0米左右,站址附近大多为农田。场地区地下水类型为松散岩类孔隙水。④1层为少粘性土,④2、④3层为砂土,透水、富水,渗透系数k= 1.4~3.5×10-4cm/s,弱~中等透水性,上覆的②5层极微透水性的粉质粘土构成相对的隔水顶板,下伏的⑤层极微透水性的粉质粘土构成相对的隔水底板,使④1、④2、④3层共同组成场地下部承压含水层。 

拟建泵站底板底面高程-5.70~-6.40m,基本位于②6层上。②6层为粉质粘土、重粉质壤土可塑,中压缩性,力学强度较高,都可作为泵站基础的良好天然地基。其下的④1、④2、④3诸层砂性土密实,⑤层粘性土硬塑,中偏低压缩性,力学强度较高~高,为泵站基础良好的下卧层。而④3层中局部有呈透镜体状展布的④3′层粘性土,该层土质偏软,力学强度相对较低,但该层土埋藏较深,不会对其造成不利影响。 

基坑开挖后②6层粘性土所剩很薄,其下伏的④1、④2、④3层组成的下部承压含水层,承压水头高达11.5m,其上隔水顶板厚度约2.5~5.2m,薄处可能仅几十厘米,基坑开挖时会导致基坑底部承压水突涌,且闸塘基坑开挖低高程在▽-6.5m,为确保站身底板顺利安全施工,必须降低地下承压水位。 

清污机桥底板底高程-0.70m,位于②3’层粉质粘土上,该处承压水头达14.4m,其上隔水顶板厚度约7.3m,基坑开挖时坑底抗渗流稳定处于临界状态,有可能会导致基坑底部承压水突涌,为确保底板顺利安全施工,也必须降低地下水位。 

三、深井井管群设计与计算 

根据地质资料可知,基坑底部地下水为承压水,拟采用深井井管群形成封闭圈来抽排地下承压水,以控制地下水水位。初步布设18口深井井管,井距20m左右,管井采用外径φ360mm,内径φ300mm的钢筋砼井管,井管每节4m长。具体布设为: 站身基坑周围布设14口,清污机桥四周布设4口。井位布设详见下图。 

3.1泵站处深井井管降水校核验算 

根据地质资料和管井设置,参考《基础渗水及人工降低地下水位的水文地质计算》,按有承压水的不完整型深井进行降水计算。 

泵站基坑开挖土面深高程为▽-6.5m,考虑基坑内地下水位控制在开挖面以下0.5m的基本要求,需将地下水降至▽-7.0m以下方能满足底板施工要求。泵站四周布设14口管井,包围的基坑面积为80m×72m。管井埋设深度为32m(计八节井管),井底高程设计为▽-24.0m,水泵放置高程为深井▽-17.0m,八节井管上部四节为不透水井管,下部四节均为滤水管。 

3.1.1每一眼深井的排水容量的计算 

式中:q,---- 每一眼井的排水容量(m3/d) 

k ---- 储水层的渗透系数(m/d) 

m ---- 储水层的厚度(m) 

s ---- 地下水在各深井中降低的深度(m) 

r ---- 抽水时水位出逸坡降影响圈的半径(m),r=3000s 

r0---- 排水装置假想半径(m),r0=η×(l+b)/4 

η的数值可根据b/l的比值查下表 

rc---- 深井半径(m) 

n ---- 深井数目(口) 

l ----深井进水段长度(m) 

β=n/ξ0 

h-=l/m 

δ---- 根据h-由下表中查得 

n= 

,当n=14计算可得2.64,常用的数值θ见下表。其它参数见下图。 

根据工程地质勘察综合成果建议值表(泵站),可得渗透系数: 

k=3.5×10-4cm/s=0.3024m/d 

承压水头:▽11.5m 

影响半径:r=3000s=160m,而深井至河边的平均距离根据地形图量测为130m,所以取小值r=130m. 

假象半径:r0=η×(l+b)/4=1.18×(80+72)/4=44.8m 

深井水位高程:▽-17.0m 

深井水位降深:s=11.5+17.0=28.5m 

储水层厚度:m=32-7.2=24.8m 

l ----深井进水段长度 l=24-17=7m 

δ----由h-查表 

h-=l/m=7.0/24.8=0.28, 查表δ=4.3 

=14.14 

n==17.01 

β=n/ξ0=17.01/14.14=1.20 

则=43.06m3/d 

3.1.2排水地段中心点处水位降低的高程 

h0:排水地段中心处降低后的地下水位高度m 

h:地下水位未降低前至不透水层的深度m 

其余参数与(一)相同,在此h=43.5m, 

可计算出h0=22.21m 

则中心处地下水位降低后的高程为-32+22.21=-9.79m 

▽-9.79<▽-7.0 满足地下水水位控制要求。 

3.1.3每口井的排水容量q,与聚水容量f的比较 ,满足q,<f 

式中 :f ---- 深井的聚水容量 (m3/d) 

l ---- 深井进水段长度 (m)(l=7m) 

vφ----容许渗入速度 (m/d) 

 

满足每口井的排水容量q,≤聚水容量f的条件。 

3.1.4深井井管群总排水容量 

根据上述计算,泵站基坑布设14口深井,井底高程为▽-24.0m,水泵放置▽-17.0m处,基坑中心处的降水后地下水位为▽-9.79满足施工对降低地下水的要求。 

3.2清污机桥深井井管降水校核验算 

采用同样方法,校核清污机桥周围的降水,清污机桥基坑开挖土面深高程为▽-1.3m,需将地下水降至▽-1.8m以下方能满足底板施工要求。考虑布设4口井,包围的基坑面积为36m×17m。管井埋设深度为24m(计六节井管),井底高程设计为▽-16.0m,水泵放置高程为深井▽-13.0m,六节井管上部四节为不透水井管,下部两节均为滤水管。清污机桥基坑处土的渗透系数为k=2.2×10-4cm/s。

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