深井降水井在高石碑船闸施工中的应用

摘要：引江济汉工程是一条引长江水到汉江的特大型干渠，是南水北调中线一期工程的组成部分，引江济汉通航工程进出口分别布置一座三级船闸，出口船闸布置在江汉右岸潜江市高石碑镇，与干渠出水口相依。通过现场抽水试验，查明了高石碑船闸主体工程场地地层结构与渗透性，选取了合适的井型结构等有关抽水井的参数，确定一期工程的深井降水方案，对其它大型船闸基坑具有重要的借鉴作用。

关键词：深水降水、抽水试验、渗透系数、影响半径

1 工程概况

引江济汉工程是一条引长江水到汉江的特大型干渠，是南水北调中线一期工程的一个组成部分，通航工程是结合引水干渠建设沟通长江、汉江中游航线的一项航运工程。工程所在地位于江汉平原中偏西北部，从长江上荆江河段引水到汉江兴隆河段，地跨荆州、荆门、潜江三市。引江济汉通航工程依托引江济汉干渠，两端另辟有进出口和连接河段（引航道），进出口处分别布置一座三级船闸，船闸最大通航船舶为2×1000t级船队。出口船闸布置在汉江右岸潜江市高石碑镇，与干渠出水口相依。本工程自然地面标高32.7m，基坑开挖深度11.6m、12.6m、12.6m.

本次抽水试验的目的：（1）通过抽水试验了解含水层富水性、查明含水层的地层结构、复合含水层的渗透系数。获取本地段综合地层渗透系数k,，影响半径R。（2）通过抽水试验，选取合适的井型结构等有关抽水井的参数。（3）根据抽水试验结果确定一期工程的深井降水方案。

2 工程地质及水文条件

2.1气象水文

场区气候属于亚热带季风气候，雨量充沛，四季分明，场区平均气温15.9～16.6℃，最冷月份为1月份，最热月份为7月份。年平均降雨量为1087.3mm，降雨多集中夏季，冬季较少。

2.2 场地土层分布情况

根据试验井施工过程中的取样结果和地勘报告，按照地层岩性和物理性质指标，场地土层自上而下可分为6层：

（1）粉土（Q4s）：主要为亚砂土，较松散，土质均一，砂感明显，粘性差，厚度约为2.0m。

（2）淤泥质粘土（Q4 al+1）：灰色，饱和，软塑。土质细腻，粘性强。厚度约为1.0m。

（3）粘土（Q4al）：灰色、黄褐色，可塑为主，局部硬塑，厚度8.0～9.0m。

（4）细砂（Q4al）：青灰色，饱和，中密，颗粒较细，厚度约为9.0m。

（5）中砂（Q4al）：青灰色、黄褐色，饱和，稍密~中密，颗粒较粗，不均匀，含砾石，厚度约为5.0～8.0m。

（6）圆砾（Q3al）：以白色、黄色、灰色石英砂岩、浅红色火成岩为主，卵石磨圆度高，多成次圆状。卵石粒径一般为2～8cm，少数8～10cm，其他为砾石和中粗砂。

2.3 水文地质条件

汉江每年7～10月份为主汛期，11月～次年4月为工程区内的枯水期。本场地主要有两个含水层组，上部为第四系全新统细砂孔隙潜水含水组，下部为第四系全新统～上更新统、砂砾石孔隙承压水含水层组。

孔隙承压水赋存于细砂、中砂和圆砾层中，埋藏于相对隔水的粘土层之下，含水层厚度70m左右，含水量丰富。

3.抽水试验设计

3.1.抽水井及观测井的设计与布置

结合前期所提供的渗透系数和影响半径，尽量利用布设的降水井作为抽水试验井，试验井布置在上导航墙左侧辅导航道墙内侧，抽水试验的布置见图1.图中，一口抽水试验井，两口观测井。

3.2施工完成情况

整个现场试验工作，自2009年11月22日设备、人员进场至2009年12月3日完成全部外业工作量。主要完成的工作量见表1。

表1抽水试验工作量统计表

3.3抽水试验方法

用多孔抽水非完整井试验，在1个抽水孔内抽水，在2个观测孔内观测水位。

抽水设备采用电潜力泵，出水量测量采用水表，水位观测采用万用表。在量测前分别对各个观测设备进行了校核，现场由一名指挥人员专门负责计时和观测指令，抽水主井和观测孔的各次观测在同一时间进行，基本消除了时间差的影响。

稳定流抽水试验分两个阶段进行。第一阶段采用80m3潜水泵进行抽水，第二阶段使用50m3潜水泵进行抽水。动水位稳定后，进行恢复水位观测，抽水过程中对所有井进行观测，同时记录水位和出水量。

（1）静水位观测在试验性抽水结束后，正式抽水前进行，观测时间间隔：每60min观测1次，2h内变幅不大于2cm,且无持续上升或下降趋势，视为稳定。

（2）动水位及出水量的观测

抽水时的动水位，出水量必须同时进行观测，观测时间的间隔，取决于动水位和出水量的变化情况。在抽水开始后的第5、10、15、20、30、40、50、60分钟各测一次，以后每隔30分钟观测一次，直至水位稳定。

（3）恢复水位的观测

抽水试验结束或在抽水中途因故停抽，应观测抽水孔和观测孔的恢复水位，在停抽后第5、10、15、20、25、30分钟进行观测，以后每隔30分钟观测一次，直至水位稳定。

（4）稳定水位的观测

要求每30~60分钟测定一次，抽水孔的水位波动值不大于3cm，观测孔的水位波动值不大于1cm，即为稳定水位，稳定延续时间不少于4小时。实测出水量最大值与最小值之差应小于平均出水量的3%。

（5）抽水试验现场资料整理

抽水过程中，及时进行了资料整理，以便发现问题，及时解决。

4 试验结果计算与分析

按照《水利水电工程钻孔抽水试验规程》（SL320-2005)中6.2.2条的规定，在计算过程中采用了规范附表B表-2中的计算公式进行计算

式中：k 为含水层渗透系数（ m/d）; Q为管井用水量，即抽水量（ m/d）；S1、S2为第一个观测井、第二个观测井水位降深（m）;r1、r2为第一个观测井、第二个观测井与抽水井的距离（m）；l为滤水器长度（m）。

根据式中（1）、（2）计算结果如表2。

由于试验井是根据初勘报告进行设计的，实际施工过程中，降水井管进入了圆砾层2m左右，导致得到的渗透系数偏大，建议渗透系数k取值23m/d～25m/d,影响半径r取值200m。

5.降水设计

根据抽水试验所得参数，采用天汉降水软件对基坑降水进行设计。滤水管外侧包裹一层钢板网，钢板网外侧为3层60目纱网，纱网用铁丝固定牢靠，井管采用300mm～325mm钢管，降水井成孔直径550 mm～600mm，，内填砾石和粘土球，3口实验井内置80t水泵，其余降水井内置100t水泵。

天汉降水软件计算参数取值如下：渗透系数k=24.5m/d;影响半径R=200m;含水层厚度H=57m.

为便于施工和降水工程造价，设计取值偏低，建议在基坑周边布设4～6口观测井，成井结构与降水井相同，以便于观察降水效果，若实际过程中发现水头过高，不能满足施工需要，可将观测井作为降水井使用。

6.结论

（1）根据野外地质调查与勘探，查明了高石碑船闸主体工程一期基坑场地地层结构，从上到下依次为耕植土、淤泥质土、粘土、细砂、中砂、圆砾。场地主要有两个含水层组，上部为细砂孔隙潜水含水层组，下部为砂砾石孔隙承压水含水层组。

（2）通过现场抽水试验了解了场地含水层富水性，获取本地段综合地层渗透系数k,影响半径R。

（3）通过抽水试验施工，选取合适的井型结构等有关抽水井的参数：渗透系数k=24.5m/d,影响半径R=200m,含水层厚度H=57m.。

（4）根据抽水试验结构确定一期工程的深水井降水方案，建议在基坑周边布设4～6口观测井，成井结构与降水井相同，以便于观察降水效果，若实际施工过程中发现水头过高，不能满足施工需要，可将观测井作为降水井使用。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看