杜林

（安徽省水利水電勘測設(shè)計院，合肥 230000）

雙層地基排水減壓和基坑降水設(shè)計

杜林

（安徽省水利水電勘測設(shè)計院，合肥 230000）

雙層地基常由于弱透水層的阻水作用，使得下臥強(qiáng)透水層水壓較大，以致地基發(fā)生滲透變形破壞，故雙層地基上修建泵站應(yīng)特別重視排水減壓設(shè)計。同時基坑開挖減小了弱透水層厚度，坑底易發(fā)生流土等滲透破壞。結(jié)合龍灘庵泵站工程設(shè)計實例，以雙層地基減壓井滲流計算為依據(jù)，論述了雙層地基修建泵站時的排水減壓和基坑降水設(shè)計，工程施工和實際運用均得到了進(jìn)一步驗證。

雙層地基；泵站；降水；減壓井；滲流穩(wěn)定

排澇泵站多臨河而建，地基通常受到河湖相沉積、河道演變等影響，地層較復(fù)雜。上部分布壤土等弱透水層，下臥砂層、卵礫石層等強(qiáng)透水層的二元地層結(jié)構(gòu)最為常見。在雙層地基上修建泵站，應(yīng)特別重視上部弱透水層阻水作用造成下臥強(qiáng)透水層水壓較大的影響，特別是泵站的前池部位，弱透水層厚度大幅減小，下臥強(qiáng)透水層水壓過大，極易造成前池地基滲透破壞，進(jìn)而危及站身及其他建筑物穩(wěn)定，故在雙層地基上修建泵站，地基滲流分析和計算不能采用單一地層一維理論計算，應(yīng)按雙層地基模型計算，并根據(jù)計算成果做好前池的減壓設(shè)計，降低地基中的滲透水壓力。同時由于基坑開挖，在四周滲流作用下基坑形同減壓溝井，如何有效降低基坑內(nèi)地下水位，保證基坑穩(wěn)定和干地施工是工程順利施工至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

本文結(jié)合龍灘庵泵站工程設(shè)計實例，采用基于前池簡化為減壓井的雙層地基滲流計算成果，論述了在雙層地基上修建泵站時，前池兩側(cè)布置減壓深井同時，前池底板布置大孔徑排水孔的工程措施，對地基滲流穩(wěn)定起到了很好的減壓效果。文中也論述了結(jié)合減壓井設(shè)計布置降水深井的基坑降水設(shè)計方案，保證了工程的順利施工。

1 工程概況

龍灘庵泵站位于舒城縣杭埠鎮(zhèn)圩區(qū)豐樂河右岸，是一座以排澇為主的泵站，泵站設(shè)計抽排流量16.0m3/s，選用5臺立式軸流泵和1臺立式潛水泵，總裝機(jī)2180kW，工程規(guī)模為中型泵站。泵站設(shè)計采用堤后式布置，濕室型泵房，沿順?biāo)飨蛞来尾贾靡?、進(jìn)水閘、前池、泵房、壓力水箱、排澇控制閘、穿堤涵洞和出口防洪閘。

站址處地層自上而下主要分布有重粉質(zhì)壤土、淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土、細(xì)中砂層、砂礫石層和泥質(zhì)砂巖層，各層滲透系數(shù)建議值分別為K重=2.0E-5cm/s，K淤= 4.0E-6cm/s，K砂=1.0E-3cm/s，K礫=5.0E-2cm/s，泥質(zhì)砂巖層為相對不透水層。

勘測期間觀測地下水埋深0.60m，地下水類型主要為孔隙潛水和孔隙承壓水?？紫稘撍饕植加谏喜咳劳翆?，為主要含水層，其補(bǔ)給源主要為地表水和大氣降水。孔隙承壓水主要分布在下部細(xì)中砂、砂礫石層中，具有一定的承壓水頭，其補(bǔ)給來源主要是遠(yuǎn)處地表徑流和降水。

2 減壓設(shè)計

根據(jù)地質(zhì)勘察成果，龍灘庵站址處上層重粉質(zhì)壤土和淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土為弱透水層，可轉(zhuǎn)換為單一均質(zhì)土層，細(xì)中砂層、砂礫石層可轉(zhuǎn)換為強(qiáng)透水性的單一均質(zhì)土層，轉(zhuǎn)換后土層滲透系數(shù)取等效滲透系數(shù)［2］，等效滲透系數(shù)比值大于100，為典型雙層地基結(jié)構(gòu)。泵站建基面主要位于重粉質(zhì)壤土層，站身及前池段直接坐落在砂基上，站基范圍內(nèi)滲流出逸主要集中在前池出流。根據(jù)該地區(qū)相關(guān)工程經(jīng)驗［3］和滲流分析初步結(jié)果，站基抗?jié)B穩(wěn)定不能滿足設(shè)計要求，而枯水期地下潛水水位一般也在8.8m高程，對前池檢修時的站基抗?jié)B穩(wěn)定構(gòu)成威脅。由于砂礫石層厚度較厚（局部孔未鉆穿），設(shè)計截滲難以取得成效，故工程設(shè)計時采用排水減壓措施，以降低滲流位勢。

根據(jù)工程布置特點，減壓措施主要為設(shè)置減壓井。布置的減壓井主要有兩種：①利用部分施工期降水深井（7#～11#井，位置如圖2），后期改建為永久減壓井，在深井井口建井蓋，并采用管道引至前池，汛期利用其自排，前池檢修時利用其抽排。②在泵站前池底板上布置φ500@2.0m×2.5m大口徑排水孔，孔內(nèi)填20～40mm級配碎石，前池底板底部在細(xì)中砂層頂面，按反濾原則層鋪中砂、瓜子片和碎石，增大前池底板的透水性，考慮前池作為減壓溝井。

滲流分析計算主要采用文獻(xiàn)［1］中減壓井理論進(jìn)行計算，以站身和前池為中心，分析位勢分布。本工程設(shè)計時重點計算了考慮減壓措施后的站身前池的位勢分布，也計算了未設(shè)排水減壓措施下的位勢分布。

2.1 前池簡化為減壓井

前池大部分建基面直接坐落在砂基上，布設(shè)反濾層和排水孔后可簡化為減壓短溝進(jìn)行計算。根據(jù)文獻(xiàn)［1］短溝滲流計算時將其視作異形井分析，異形井的等效井徑根據(jù)溝長、溝寬確定。短溝簡化為不完整井，井半徑按式（1）計算：

式中 r0為不完整井井半徑（m）；a為短溝半溝長（m）；b為短溝半溝寬（m）。

本次計算簡化時以前池平面中心為中點沿順?biāo)飨蚝痛怪彼飨驅(qū)⑶俺胤譃樗膲K進(jìn)行單獨簡化，簡化后前池可視為四眼減壓井。

2.2 雙層地基中群井減壓計算

前池簡化為四眼減壓井，加上深井改造的永久減壓井構(gòu)成群井井列，計算采用雙層地基中群井滲流理論公式計算泵站站址處位勢分布，則：

式中 h為滲流場中群井的水頭分布；f（H1，H2，…，L1，L2，…，x，y）為打井前雙層地基的水頭分布函數(shù)；H1，H2，…為滲流場的邊界水位；L1，L2，…為滲流場形狀和大小的尺度；x，y為滲流場中點位坐標(biāo)；φ（L1，L2，…，xn，yn，x，y）為n#井的無量綱勢函數(shù)；N為井的總數(shù)；n為井的編號；Qn為n#井的流量；xn，yn為n#井的井位坐標(biāo)；k為含水層滲透系數(shù)；T為含水層厚度。

上述公式求解非常繁瑣，手算難度較大，根據(jù)文獻(xiàn)［1］中減壓溝井理論，設(shè)計時直接采用計算程序計算，站身、前池處滲流位勢計算結(jié)果如圖1。

圖1 站身、前池處滲流位勢

2.3 計算結(jié)果分析

經(jīng)計算，在不考慮減壓井作用下前池滲流位勢60%～80%，泵站設(shè)計工況下，剩余水頭7.1～ 9.4m，當(dāng)工程布置減壓井措施后前池剩余位勢5%～ 7.5%，泵站設(shè)計工況下，前池剩余水頭0.6～0.9m，可見采用設(shè)計的排水減壓措施可極大降低地基的滲流水壓力，而且減壓效果十分明顯。當(dāng)工程布置減壓井措施后前池砂層出逸坡降0.1～0.15，地基滲流是穩(wěn)定的。

3 基坑降水設(shè)計

泵房及前池基坑開挖平均底寬41.8m，長73m，建基面高程0.5～3.5m，根據(jù)地質(zhì)資料，地下水位高程8.80m，比建基面高8.30～5.30m?？紤]站址處主要含水層為砂層及砂礫石層，滲透系數(shù)分別為0.86，43m/d。根據(jù)施工需要地下水位需降至建基面以下不小于0.5m，本次基坑降水最小設(shè)計降深8.80～ 5.80m，參考類似工程經(jīng)驗，本工程宜采用深井降水，設(shè)計降水井采用完整井，井底坐落在泥質(zhì)砂巖相對不透水層。

3.1 基坑涌水量計算

基坑涌水量主要取決于基坑各地層滲透系數(shù)、地下水位及基坑面積，計算公式大都含有經(jīng)驗因素，規(guī)范及手冊略有不同，本文采取3種公式計算，如表1。

表1 基坑涌水量計算成果

對比表1中的3種計算公式，《水利水電工程施工手冊》計算時考慮了基坑底部與四周坑壁涌水量，《水利水電工程施工組織設(shè)計手冊》和JGJ120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》均僅計算基坑底部涌水量，只是公式推導(dǎo)模型有所不同。JGJ120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》采用了承壓水完整井模型，按基坑四周分部深井，將深井按大井簡化后得出簡化模型?？紤]本工程中基坑涌水主要為基坑底部，四壁為弱透水層涌水量極少，本次設(shè)計推薦采用JGJ120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》計算成果，即基坑涌水量按17870m3/d計算。

3.2 單井出水能力計算

降水深井直徑采用0.4m，濾水管長17.7m，單井出水能力計算按JGJ120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》計算，如式（4）：

式中 q為單井出水能力（m3/d）；rs為過濾器半徑（m）；l為過濾器進(jìn)水部分的長度（m）；k為含水層滲透系數(shù)（m/d）。

經(jīng)計算，降水深井單井出水能力2740m3/d。

3.3 降水深井?dāng)?shù)量確定

降水深井?dāng)?shù)量根據(jù)基坑涌水量與單井出水能力計算，并考慮一定的富余量，經(jīng)計算，降水深井?dāng)?shù)量至少需要8眼。根據(jù)工程平面布置及地質(zhì)資料，初步擬定降水深井間距20m，泵房四邊各布置2眼，前池段并排布置3眼，共布置降水深井11眼。深井布置如圖2。

圖2 深井布置

3.4 群井影響下的單井流量計算

基坑降水時由于群井效應(yīng)，單井流量均小于單井理論出水量。群井影響下單井流量可按文獻(xiàn)［4］公式計算：

式中 q為按干擾井群計算的降水井單井流量（m3/d）；k為含水層滲透系數(shù)（m/d）；H為含水層厚度（m）；sw為井水位的設(shè)計降深（m）；R為降水影響半徑（m）；rw為降水井半徑（m）；r0為井群等效半徑（m）；j為第j口深井；n為井的總數(shù)。

經(jīng)計算，考慮群井影響后單井流量1470m3/d，據(jù)此選定合適的深井泵進(jìn)行基坑降水，選定深井泵抽水能力80m3/h，抽水能力1920m3/d，滿足基坑降水要求。

3.5 降水深度復(fù)核

水位降落漏斗在群井效應(yīng)作用下，兩個降水井之間及基坑中部的中心點處為水位最高點，根據(jù)降水深度與降水影響半徑，分別計算受降水漏斗影響的降水高差。經(jīng)計算，兩降水井間最大水位差0.15m，低于建基面0.65m，基坑中部最大水位差0.30m，低于建基面0.5m，降水深度均滿足要求。

4 結(jié)語

龍灘庵泵站為雙層地基結(jié)構(gòu)，前池底板坐落在砂層上，經(jīng)過基于雙層地基模型的滲流計算，論證了前池采用減壓措施的重要性，結(jié)合減壓設(shè)計，簡述了基坑深井降水設(shè)計，工程施工和實際運用均收到了良好效果。設(shè)計采用的減壓措施在底板上布置大孔徑排水孔，不僅可以增加底板的滲透性，增加排水減壓效果，而且不易淤堵，即使淤堵也便于檢修維護(hù)，減壓效果保障率較高，可供類似工程參考和借鑒。

［1］安徽省水利科學(xué)研究所.多層地基和減壓溝井的滲流計算理論［M］.北京：水利出版社，1980.

［2］毛昶熙.滲流計算分析與控制（第二版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［3］談松曦，王力理，丁美松.新河口泵站地基滲流現(xiàn)象的分析［J］.安徽水利科技，1999（1）：3-8.

［4］JGJ 120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］本書編委會.水利水電工程施工手冊（第一版）［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［6］水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計手冊（第一版）［M］.北京：中國水利水電出版社，2008.

（責(zé)任編輯：尹健婷）

Drainage and dewatering design of double layered foundation

DU Lin
（AnhuiWater Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute，Hefei230000，China）

The double layer foundation due to water resistance effect of aquitard，the pressure of underlying strong permeable layer is larger，the foundation has been damaged by seepage deformation，so the construction of pumping station on the double layer foundation should pay special attention to drainage design.The excavation of foundation pitwill reduce the aquitard thickness，the pit bottom is easy to soil flow.This paper takes Longtan-an station engineering design as the example，based on the seepage calculation of relief wells on the double layer foundation，the drainage and dewatering design of pumping station construction on the double layer foundation is discussed.The construction and application have

good results，the design has been further verification.

double layered foundation；pumping station；dewatering；reliefwell；seepage stability

TV223.5

：B

：1672-9900（2017）04-0056-04

2017-04-28

杜 林（1982-），男（漢族），河北邯鄲人，工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，（Tel）18956059803。

位和流量）的優(yōu)化協(xié)調(diào)，這種優(yōu)化協(xié)調(diào)不是孤立的，必須結(jié)合水泵機(jī)組設(shè)備的性能參數(shù)來優(yōu)化，對二者的合理運用，盡力創(chuàng)造一個梯級泵站區(qū)間平衡狀態(tài)，即區(qū)間流量匹配，水位相對穩(wěn)定狀態(tài)。