陶然

【摘 要】龍洲垸船閘是一座Ⅲ級(jí)船閘，為引江濟(jì)漢通航工程進(jìn)口船閘。龍洲垸船閘最大基坑深度為20.8米，本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)單井和群井抽水試驗(yàn)得出合適的井型結(jié)構(gòu)及滲透系數(shù)和影響半徑等參數(shù)，用于確定本工程的深井降水布置，對(duì)其它大型船閘基坑具有重要的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】船閘；深井降水井；抽水試驗(yàn)

0.概述

引江濟(jì)漢工程是一條引長(zhǎng)江水到漢江的特大型干渠，是南水北調(diào)中線一期工程的一個(gè)組成部分。引江濟(jì)漢通航工程依托于引江濟(jì)漢干渠，兩端另辟有進(jìn)出口和連接河段（引航道）。進(jìn)出口處分別布置一座Ⅲ級(jí)船閘，船閘最大通航船舶為2×1000t級(jí)船隊(duì)。

進(jìn)口船閘布置在長(zhǎng)江左岸的荊州市李埠鎮(zhèn)龍洲垸，與引水干渠取水口相鄰，通航渠道的進(jìn)口布置在引水干渠進(jìn)口的下游1500m處。龍洲垸船閘最大基坑深度為20.8米，本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)單井和群井試驗(yàn)，確定水文地質(zhì)參數(shù)和滲透系數(shù)等參數(shù)，對(duì)其它大型船閘基坑具有重要的借鑒作用。

1.水文地質(zhì)情況

1.1水文地質(zhì)

工程區(qū)位于長(zhǎng)江的一級(jí)階地，主要有兩個(gè)含水巖組，上部為全新統(tǒng)粘土、粉質(zhì)粘土孔隙潛水含水巖組，下部為粉細(xì)砂、砂卵石孔隙承壓水含水巖組。

1.1.1孔隙潛水

主要分布于上層粉質(zhì)粘土中，含水層厚度一般為2～5m，水量不豐富，地下水埋深一般較淺，多為0.5～2.5m，局部地帶在某一時(shí)段（一般為豐水期）具有弱承壓性。其補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水的入滲直接補(bǔ)給和長(zhǎng)江豐水期河水補(bǔ)給，隨季節(jié)性變化，雨季地表水補(bǔ)給地下潛水，潛水水位升高，旱季潛水排泄于長(zhǎng)江之中，潛水水位隨之降低。排泄途徑主要為蒸發(fā)和補(bǔ)給河湖水。受含水層分布不穩(wěn)定及地形地貌的影響，其逕流條件較復(fù)雜，逕流方向各異。

1.1.2孔隙承壓水

主要賦存于下部的粉細(xì)砂、砂礫石層中，埋藏于相對(duì)隔水的粘性土層之下。含水層厚度隨下部砂層及砂礫卵石層的厚度不同而不同，多大于30.0m。其頂板埋深多為5～15m，含水量豐富。承壓水的補(bǔ)給來(lái)源主要是長(zhǎng)江水及上部地表潛水的越流補(bǔ)給。排泄途徑主要是枯水期滲入長(zhǎng)江和越流補(bǔ)給上部潛水。其承壓性隨長(zhǎng)江水位的影響而變化，隨長(zhǎng)江水位的升高而增大，距長(zhǎng)江由近至遠(yuǎn)，承壓性逐漸降低，水力坡度約為0.07%。

1.2主要工程地質(zhì)問(wèn)題

閘基土體由極微透水等級(jí)的粘性土和中等-強(qiáng)透水等級(jí)粉細(xì)砂和卵石構(gòu)成，所含的承壓水對(duì)基坑開挖產(chǎn)生極大的影響。承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌現(xiàn)象?；油挥繉?huì)破壞地基強(qiáng)度，并給施工帶來(lái)很大的困難，因此，必須采取降水措施，確?；拥母墒┕ぁ?/p>

2.抽水試驗(yàn)方法

2.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）確定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)：主要為滲透系數(shù)K、影響半徑R等。

（2）通過(guò)測(cè)定井孔涌水量及其與水位下降（降深）之間的關(guān)系，分析確定含水層的富水程度、評(píng)價(jià)井孔的出水能力。

（3）為降水工程設(shè)計(jì)提供所需的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，如影響半徑、單井出水量、單位出水量、井間干擾出水量、干擾系數(shù)等，依據(jù)降深和流量選擇適宜水泵型號(hào)。

（4）確定水位下降漏斗的形狀、大小及其隨時(shí)間的增長(zhǎng)速度；直接評(píng)價(jià)降水工程的涌水量。

2.2降水井施工工藝流程（如圖1）

圖1 降水井施工工藝流程圖

2.3抽水試驗(yàn)孔及觀測(cè)孔的選擇

如圖2，選擇68、69、70、60、59、58號(hào)井為試驗(yàn)井，單井抽水試驗(yàn)選擇60號(hào)井為抽水主井，58、59兩井與68、69、70號(hào)三井為兩條垂直向觀測(cè)井，以觀測(cè)不同徑流方向的降深情況，群井抽水試驗(yàn)以69、60、58號(hào)井為抽水主井，68、70、59為觀測(cè)井。

圖2 降水井布置圖

2.4水井施工

2.4.1成井

成井施工設(shè)備：采用兩臺(tái)CZ-150型沖擊鉆。

計(jì)劃成井深度及孔徑：40m、ф500mm

成井工藝：井口埋設(shè)ф600mm護(hù)筒，采用CZ-150型沖擊鉆沖擊成孔，沖擊成孔過(guò)程中擬采用泥漿護(hù)壁，當(dāng)一個(gè)回次沖擊約2m時(shí)采用撈渣桶或泥漿泵清理孔底於渣，如此反復(fù)，直至成井深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.4.2井管選擇及安裝

井孔施工完成后進(jìn)行下一步工序：井管的安裝

井管的選擇：擬選用ф300mm、壁厚≥3mm的無(wú)縫鋼管作為井管使用，各類型水井的井管結(jié)構(gòu)參見表1。

表1

過(guò)濾管孔眼的加工，根據(jù)《供水管井技術(shù)規(guī)范》（GB50296-99）及場(chǎng)地的地質(zhì)條件，網(wǎng)眼設(shè)計(jì)規(guī)格可選為：?jiǎn)蝹€(gè)孔眼縫直徑16-18mm，各孔眼中心距為40mm，孔隙率≥15%，梅花形布設(shè)。濾管外用80目的尼龍網(wǎng)包纏2～3層。

井管的安裝：采用起重設(shè)備分節(jié)安裝，安裝前第一節(jié)井管底部用5mm厚圓鋼板（或混凝土塞）封底，兩節(jié)井管間用電焊焊接，焊接時(shí)要確保兩節(jié)井管對(duì)齊且在同一軸線上，下沉井管時(shí)用對(duì)中器定出井孔中心，確保井管居中，井管安放到設(shè)計(jì)位置后固定，進(jìn)行填礫及管外封閉。

2.4.3填礫及管外封閉

井管安裝完后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行填礫。

濾料的選?。簽V料規(guī)格為1-3mm，成份為粗砂及細(xì)礫，磨園度要好，其不均勻系數(shù)應(yīng)小于2。

濾料填設(shè)厚度及高度：濾料填設(shè)厚度為100mm，填設(shè)高度應(yīng)大于濾管高度0.5m。

封孔：井口下至濾管以上0.5m用風(fēng)干粘土球（直徑3～5cm）止水。

圖3 降水井結(jié)果示意圖

2.4.4 洗井

下管填礫后，及時(shí)進(jìn)行洗井，采用間斷抽水或活塞洗井法，直至水清、砂凈，可能持續(xù)時(shí)間2～4小時(shí)，直至含砂量小于1/10萬(wàn)（重量比），并及時(shí)觀測(cè)靜止水位。

2.5抽水試驗(yàn)方案

2.5.1觀測(cè)內(nèi)容、方法

觀測(cè)內(nèi)容：主要為水位，包括抽水井中的靜止、動(dòng)水位及流量，觀測(cè)井的靜止水位、歷時(shí)水位變化等。

觀測(cè)方法：水位觀測(cè)采用電測(cè)深水位計(jì)，流量觀測(cè)采用水表。

2.5.2抽水試驗(yàn)方法

單井抽水試驗(yàn)以60號(hào)井為抽水主井，58、59兩井與68、69、70號(hào)三井為兩條垂直向觀測(cè)井，根據(jù)需要記錄時(shí)間與井管出水量繪出降深曲線，群井抽水試驗(yàn)以69、60、58號(hào)井為抽水主井，68、70、59為觀測(cè)井，得出抽水井和觀測(cè)井之間情況。

2.5.3涌水量及水位變化

在穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間內(nèi)，涌水量和動(dòng)水位與時(shí)間關(guān)系曲線在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，而且沒(méi)有持續(xù)上升或下降的趨勢(shì)。當(dāng)水位降深小于10m，水位波動(dòng)值不超過(guò)5cm，一般不應(yīng)超過(guò)平均水位降深值的1%（以最遠(yuǎn)觀測(cè)孔的動(dòng)水位判定），涌水量波動(dòng)值不能超過(guò)平均流量的3%。

2.5.4觀測(cè)頻率及精度

（1）水位觀測(cè)時(shí)間在抽水開始后第1、3、5、10、20、30、45、60、75、90min進(jìn)行觀測(cè)，以后每隔30min觀測(cè)一次，穩(wěn)定后可延至1h觀測(cè)一次。水位讀數(shù)在抽水井中精確到厘米（cm），在觀測(cè)井中精確到毫米（mm）。

（2）涌水量觀測(cè)應(yīng)與水位觀測(cè)同步進(jìn)行；水表讀數(shù)應(yīng)準(zhǔn)確到0.001 m3。

2.5.5恢復(fù)水位觀測(cè)要求

停泵后立即觀測(cè)恢復(fù)水位，觀測(cè)時(shí)間間隔與抽水試驗(yàn)要求基本相同。若連續(xù)3h水位不變，或水位呈單向變化，連續(xù)4h內(nèi)每小時(shí)水位變化不超過(guò)1cm，或者水位升降與自然水位變化相一致時(shí)，即可停止觀測(cè)。

試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)測(cè)量孔深，確定過(guò)濾器掩埋部分長(zhǎng)度。淤砂部位應(yīng)在過(guò)濾器有效長(zhǎng)度以下，否則，試驗(yàn)應(yīng)重新進(jìn)行。

3.抽水試驗(yàn)資料整理及參數(shù)確定

試驗(yàn)期間，對(duì)原始資料和表格及時(shí)進(jìn)行整理。試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行資料分析、整理，作出抽水試驗(yàn)報(bào)告。試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：水位和流量過(guò)程曲線、水位和流量關(guān)系曲線、水位和時(shí)間（單對(duì)數(shù)及雙對(duì)數(shù)）關(guān)系曲線、恢復(fù)水位與時(shí)間關(guān)系曲線、抽水成果、鉆孔平面位置圖等。

根據(jù)水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算模型選擇水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算公式為：

3.1滲透系數(shù)計(jì)算公式：

K=

式中：K——滲透系數(shù)（m/d）；

Q——穩(wěn)定抽水流量（m3/d）；

r1——觀測(cè)井1與抽水孔距離（m）；

r2——觀測(cè)井2與抽水孔距離（m）；

ζ——抽水孔1非完整井補(bǔ)充水流阻力值系數(shù)；

ζ——抽水孔2非完整井補(bǔ)充水流阻力值系數(shù)；

M——含水層厚度（m）；

S——觀測(cè)孔1中水位降深（m）；

S——觀測(cè)孔2中水位降深（m）。

3.2影響半徑計(jì)算公式：

R=10S

式中：R——影響半徑（m）；

K——滲透系數(shù)（m）；

S——主井水位降深（m）；

4.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)抽水試驗(yàn)結(jié)果可以得出本工程水文地質(zhì)情況和地下水位的滲透系數(shù)及每口井的影響范圍，為后續(xù)本工程降水施工的井?dāng)?shù)確定，提供有利的數(shù)據(jù)。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉正峰主編.水文地質(zhì)手冊(cè).地質(zhì)出版社，1978.

[2]劉國(guó)彬，王衛(wèi)東主編.基坑工程手冊(cè).中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.