許亞杰

(齊齊哈爾市水資源中心，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

0 引 言

暗排是處理流砂基礎(chǔ)開(kāi)挖的有效方法之一。目前，用作暗排的井型有兩種，即管井和對(duì)口抽真空井。為尋求暗排的合理井型和布置方式，降低暗排井群的造價(jià)和排水動(dòng)力機(jī)械的耗能，從1990年開(kāi)始，在理論分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)際工程的實(shí)踐證明，采用真空組合小井井群處理流砂基礎(chǔ)，在成井造價(jià)、施工工藝、排水耗能和降水效果等級(jí)方面，均優(yōu)于對(duì)口抽真空井，更好于各類(lèi)管井。

1 工程實(shí)例及主要優(yōu)點(diǎn)

太和灌區(qū)2號(hào)節(jié)制閘工程位于干渠4.6km處，設(shè)計(jì)過(guò)閘流量11m3/s。閘址處渠底距地表面0.7m，

渠底以下有近3.1m的粉細(xì)砂層，3.1m以下為中砂。地下水位最高時(shí)距地表0.6m，設(shè)計(jì)基坑挖深2.9m(渠底以下)，有效基坑面積為10.7m×11.2m。擬定了兩種基坑排水的暗排方案：一是常規(guī)的一井一泵井群暗排型式，即對(duì)口抽真空井和管井，布置型式如圖1。共布設(shè)井點(diǎn)4眼，每個(gè)井點(diǎn)配一臺(tái)6B-20離心泵和一臺(tái)195柴油機(jī)。對(duì)口抽真空井的吸水管采用直徑101.6mm鋼管。管井采用直徑300mmm的鐵皮卷管做井壁，水下部分為花管，與泵連接的吸水管采用直徑152.4mm的鋼絲膠管，下端接一水籠頭。二是采用真空組合小井井群暗排型式，如圖2。共布設(shè)井點(diǎn)16眼，每4個(gè)井點(diǎn)組合后再與6B-20離心泵及195柴油機(jī)連接。吸水管采用直徑50.8mm的鋼管，通過(guò)分別對(duì)這兩個(gè)方案三種井型的降水效果計(jì)算成果如表1。三種井型的降水曲線如圖3。

表1 三種井型比較表

經(jīng)比較可見(jiàn)，真空組合小井井群具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.1 降水效果好，成井深度適宜

組合小井在基坑周?chē)鶆虿贾萌舾蓚€(gè)井點(diǎn)，形成了井的截水墻，使基坑工作面下的動(dòng)水位降落均勻，成井深度相對(duì)較淺。通過(guò)實(shí)踐可知，采用組合小井暗排較常規(guī)井點(diǎn)暗排的成井深度減少40%-50%。太和灌區(qū)2號(hào)節(jié)制閘工程，當(dāng)采用真空組合小井暗排時(shí)，成井深度僅為7.00m，而按常規(guī)井點(diǎn)暗排時(shí)，管井的成井深度為8.07m，對(duì)口抽真空井的成井深度為12.57m。組合小井的成井深分別占管井和對(duì)口抽真空井成井深度的86.7%和55.7%。

1.2 適用范圍廣、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)

組合小井暗排的有效吸程、排水流量及排水功率均小于常規(guī)井點(diǎn)暗排，為配套機(jī)泵的選擇及地下水位的有效降深提供了更加廣泛的使用條件。從太和灌區(qū)2號(hào)節(jié)制閘工程的三種暗排井型比較可知，組合小井的有效吸程、排水流量及排水功率分別占對(duì)口抽真空井的67.3%、91.0%、78.0%。分別占管井的74.5%、91.6%、98.8%。因此，若在水泵的允許吸出真空高度和安裝高程相同的條件下，適當(dāng)增加吸水管的直徑，使其吸水總水頭損失與常規(guī)井的吸水總水頭損失相等?？墒沟叵滤唤抵脸Ｒ?guī)井點(diǎn)降深的兩倍左右，而在相同降深的情況下，可使排水的動(dòng)力功率同降深的情況下，可使排水的動(dòng)力減少30%-40%。

圖1 對(duì)口抽真空井及管井布置型式

圖2 真空組合小井井群暗排型式

1.3 施工簡(jiǎn)便 操作易行

組合小井的成孔可采用自制的人力反循環(huán)打井小鉆，在4-6人操作下，3.0-3.7h即可完成一處3-4孔的組合小井，較常規(guī)井的成井工期縮短時(shí)間60%。井體的各主要部件在購(gòu)置的原材料基礎(chǔ)上，進(jìn)行簡(jiǎn)單加工即可形成。

1.4 取料合理 造價(jià)低廉

由于組合小井的單點(diǎn)排水流量較小，其吸水管直徑一般多采用50.8-76.2mm的塑料管或鋼管。井管及其附屬部件均可就地取材或現(xiàn)場(chǎng)加工，由于井管的成孔直徑小，成井深度淺，成孔不需機(jī)械鉆進(jìn)。所以，井體的成孔費(fèi)用相對(duì)降低，根據(jù)實(shí)際工程比較可知，組合小井的成井造價(jià)分別占對(duì)口抽真空井和管井造價(jià)的84.0%和71.0%，見(jiàn)表2。

表2 三井型成井造價(jià)比較表

1.5 基坑土方開(kāi)挖量減少，有利于加快施工進(jìn)度

由于該井型能更有效控制地下水位，從根本上防止流砂發(fā)生，基坑邊坡可以進(jìn)一步變陡，使基坑的開(kāi)挖量減少，從而大大加快基礎(chǔ)工程的施工進(jìn)度[1]。

2 井群布置及井管設(shè)計(jì)

2.1 井群布置

為使在基坑四周形成井的截水墻，把地下水位降至設(shè)計(jì)最大挖深工作面以下，井點(diǎn)的布置在考慮最優(yōu)降水效果和方便施工的情況下，盡量沿基坑的有效設(shè)計(jì)邊線排列，一般要求井點(diǎn)距基礎(chǔ)工程輪廓線0.3-0.5m，各井點(diǎn)間的距離不宜大于3.5m。具體布置，見(jiàn)圖4。

1.開(kāi)挖邊坡線；2.設(shè)計(jì)開(kāi)挖線；3.組合小井降水曲線；4.一井一泵降水曲線

圖4 井群布置圖

2.2 井管選擇

井管的直徑可根據(jù)設(shè)計(jì)基坑挖深和排水流量采用直徑50.8-101.6mm的塑料管或無(wú)縫鋼管。一般情況下，當(dāng)?shù)叵滤辉O(shè)計(jì)降深在3.5m以?xún)?nèi)時(shí)，吸水管可采用直徑50.8mm的塑料管或鋼管，當(dāng)設(shè)計(jì)降深在3.5-5.0m時(shí)，吸水管可采用直徑76.2mm的塑料管或鋼管。當(dāng)設(shè)計(jì)降深在5-7m時(shí)，吸水管可采用直徑76.2-101.6mm的塑料管或鋼管，也可采用降低機(jī)泵安裝高程而不增加吸水管直徑的辦法(吸水管直徑可采用76.2mmm)。

2.3 井深設(shè)計(jì)

真空組合小井的井深設(shè)計(jì)與常規(guī)井點(diǎn)的井深設(shè)計(jì)方法類(lèi)同，主要計(jì)算過(guò)程是：一是根據(jù)已知的基坑有效開(kāi)挖面積計(jì)算基坑的總涌水量；二是根據(jù)布設(shè)井點(diǎn)數(shù)量和基坑總涌水量計(jì)算單井點(diǎn)的排水流量；三是水位降深效果校核，進(jìn)而求出井管地下部分的實(shí)際長(zhǎng)度。四是濾水管長(zhǎng)度計(jì)算；五是成井總深度計(jì)算[2]。

3 成井工藝

暗排組合小井的成井工藝和用于水田生產(chǎn)的組合小井的成井工藝基本類(lèi)似，下面僅就不同之處進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

3.1 成孔

由于暗排組合小井均需在粉細(xì)砂層中成孔，為保證成孔率，可在遇到流砂時(shí)先將套管插入砂層0.5m左右，鉆頭隨之跟進(jìn)成孔。套管每次壓進(jìn)深度以0.3-0.5m為宜。為在濾水管外側(cè)回填一定厚度的反濾料，要求成孔直徑一般大于井管直徑的2.5-5.0cm。

3.2 井管連接

為有效減少吸水管的水頭損失，在進(jìn)行井體豎管與水平管連接時(shí)，盡量采用弧線或折線連接。當(dāng)吸水管直徑采用50.8-76.2mm的塑料管或鋼管時(shí)，可采用弧線連接。當(dāng)吸水管采用直徑101.6mm以上的塑料管或鋼管時(shí)，可采用折線連接。

3.3 濾水管制作

為使濾水管具有較好的進(jìn)水條件，濾水管采用包網(wǎng)式，制作方法是：

1)鉆孔。在濾水管的管壁上交錯(cuò)地鉆進(jìn)直徑0.5-1.0cm的圓孔，總孔隙率可根據(jù)管材的不同，控制在20%-30%。

2)焊墊條。墊條采用8號(hào)鐵線沿管壁縱向布置，間距1.5-2.0cm為宜。

3)包網(wǎng)纏線。在已焊好的墊條外包尼龍網(wǎng)兩層，并在網(wǎng)外側(cè)沿管長(zhǎng)方向用12號(hào)鐵線纏緊，間距以4-6cm為宜(當(dāng)井管為塑料管時(shí)，濾水管可改按鋼管)。

4 小 結(jié)

由于暗排結(jié)合小井在太和灌區(qū)2號(hào)節(jié)制閘工程流砂基礎(chǔ)處理上的成功使用，先后又在全勝灌區(qū)東興節(jié)制閘、訥南灌區(qū)2號(hào)節(jié)制閘等三處流砂基礎(chǔ)工程處理上應(yīng)用，取得較好經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于采用真空組合小井暗排，3處工程的基礎(chǔ)開(kāi)挖工期平均每處縮短7天，減少工程投資0.69萬(wàn)元，其中：成井費(fèi)用節(jié)省0.28萬(wàn)元，開(kāi)挖費(fèi)用及其它節(jié)省投資0.41萬(wàn)元。三處基礎(chǔ)工程共節(jié)省投資2.07萬(wàn)元，占基礎(chǔ)工程總投資的17.3%。

根據(jù)近幾年我們采用真空組合小井處理流砂工程基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)提出以下3點(diǎn)建議供參考。

1)井管的管材優(yōu)先選用直徑50.8-76.2mm的塑料管。主要優(yōu)點(diǎn)：一是管內(nèi)壁糙率較鋼管小，可減少吸水管的沿程水頭損失；二是管材費(fèi)用低，較同直徑鋼管可節(jié)省資金40%左右；三是采用柔性材料井管，井管可隨著基礎(chǔ)的開(kāi)挖沿邊坡線與水泵連接，從而避免井管出現(xiàn)小曲率弧線或直角彎，有利于減少局部水頭損失。

2)盡量降低機(jī)泵安裝高程，縮短井管長(zhǎng)度，減小真空高度，以便增加排水流量，更有效地降低地下水位，降低機(jī)機(jī)泵安裝高程，可通過(guò)隨著基礎(chǔ)開(kāi)挖深度的增加采取分批成井的辦法實(shí)現(xiàn)。即在基礎(chǔ)開(kāi)挖接近地下水位時(shí)，先按設(shè)計(jì)井點(diǎn)間隔成井30%-50%，靠這部分并排水完成基礎(chǔ)土方開(kāi)控量40%-60%。當(dāng)開(kāi)挖深度(原地下水位以下深度)達(dá)到設(shè)計(jì)水位總降深的30%-40%時(shí)，再同時(shí)完成其余排水井點(diǎn)的成井，待第二批成井全部投入運(yùn)行后，即可將第一批成井的機(jī)泵改安在與第二批成井機(jī)泵處于同一高程。采用此法即可利用直徑50.8-76.5mm的細(xì)塑料管做井管，又能解決對(duì)地下水位降深要求較大的深基礎(chǔ)工程的流砂處理問(wèn)題，但應(yīng)保證施工期間地下水位不能超過(guò)機(jī)泵的安裝高程(機(jī)泵大部分停止工作的情況)，防止淹沒(méi)機(jī)泵，否則，不宜采用此法。

3)機(jī)泵的型號(hào)選擇盡量匹配合理，水泵的選擇主要以設(shè)計(jì)水位降深和單泵的排水流量為依據(jù)。由于流砂基礎(chǔ)的滲透系數(shù)較小，因此當(dāng)設(shè)計(jì)地下水位降深在10m以?xún)?nèi)時(shí)，其排水流量均小于100m3/h。而6B-20型離心泵具有允許吸出真空高度大(最大8.6m，相應(yīng)流量95m3/h)、排水流量適宜(95m3/h-180m3/h)、要求配套轉(zhuǎn)數(shù)低(1450r/min)、配套動(dòng)力易選取等特點(diǎn)。因此，建議真空組合小井應(yīng)選配6B-20型離心泵，配套動(dòng)力選用195柴油機(jī)。