金成國

(六安市金安區(qū)河道管理局，安徽 六安 237000)

洪澇災(zāi)害是影響人類生存與發(fā)展的最大自然災(zāi)害，具備發(fā)生概率高、影響范圍廣等特點，并具有較為明顯的區(qū)域性、季節(jié)性與重復(fù)性[1]。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，我國是全球洪澇災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一，特別是近幾年，我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，導(dǎo)致城市內(nèi)部植被破壞，極大地降低了城市排澇能力。再加上城市建設(shè)硬質(zhì)道路逐漸增多，全球氣候變化的影響，城市熱島效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，暴雨、持續(xù)降雨等天氣頻繁出現(xiàn)，致使城市內(nèi)澇成為目前城市面臨的普遍問題。近兩年來，我國多個大城市多次遭受強降雨天氣，上演“城市看海”現(xiàn)象，造成了極大的經(jīng)濟損失與人身傷害[2]。

城市是人口聚居地，隨著城市內(nèi)澇現(xiàn)象的不斷發(fā)生，排澇系統(tǒng)成為城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施之一。若城市排澇系統(tǒng)存在滯后性，會對城市居民生活與生產(chǎn)產(chǎn)生極大的不利影響，也會制約城市的發(fā)展，威脅城市安全。

現(xiàn)有排澇泵站來看，其均存在著運行時間長、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、排澇能力差等問題，故新建排澇泵站是解決現(xiàn)今城市內(nèi)澇的關(guān)鍵。在排澇泵站工程施工項目過程中，基坑與圍堰是保障工程順利實施的基礎(chǔ)之一[4]?；咏邓c圍堰防滲是影響施工項目實施的主要問題，因此開展排澇泵站工程施工項目基坑降水與圍堰防滲方案研究，保障城市居民生活質(zhì)量與安全，為城市發(fā)展提供更加強勁的動力，也為排澇泵站工程施工提供幫助。

1 排澇泵站工程施工項目基坑降水方案研究

排澇泵站以及前池基坑尺寸為73m×41.8m，建基面高程設(shè)置為0.5～3.5m。依據(jù)已知的地質(zhì)資料，地下水位高程為8.80m，排澇泵站建設(shè)地區(qū)主要為砂層、砂礫石層與含水層，滲透系數(shù)約為0.86m/d。依據(jù)排澇泵站工程施工項目的建設(shè)需求，地下水位應(yīng)該降至建基面以下大于0.5m，設(shè)計基坑降水最小設(shè)計降深為8.80～5.80m[5]。

借鑒已有研究文獻(xiàn)，選擇深井降水方案，降水井設(shè)置在泥質(zhì)砂巖上，具備不透水性質(zhì)。

1.1 基坑涌水量計算

排澇泵站工程施工項目中，基坑涌水量主要由地下水位、基坑面積大小、基坑各地層滲透系數(shù)等參數(shù)共同決定，并且應(yīng)用的基坑涌水量計算公式均包含大量的經(jīng)驗因子，相對應(yīng)的手冊與標(biāo)準(zhǔn)也存在著較大的差異[6]。

此研究為保障基坑降水效果達(dá)到最大化，需要對基坑涌水量進(jìn)行精準(zhǔn)的計算，故借鑒現(xiàn)有文獻(xiàn)以及發(fā)達(dá)國家成熟研究成果等，決定利用3種計算公式對基坑涌水量進(jìn)行計算，具體見表1。

對表1中進(jìn)行對比可知，JGJ 120—2012只對基坑底部涌水量進(jìn)行計算，公式推導(dǎo)模型存在著較大差異?！端娛┕な謨浴分粚拥撞颗c四周坑壁涌水量進(jìn)行計算。另外，JGJ 120—2012將完整井模型簡化為大井。排澇泵站工程施工項目中，基坑涌水主要為基坑底部，坑壁涌水量較少，對其忽略不計。故此研究采用JGJ 120—2012基坑涌水量計算結(jié)果[7]。

表1 基坑涌水量計算公式表

1.2 降水深井?dāng)?shù)量確定

降水深井?dāng)?shù)量是決定著基坑降水性能的關(guān)鍵因素。而降水深井?dāng)?shù)量由基坑涌水量與單井抽水能力決定，并需要一定的富余，以此來保障基坑降水需求[8]。

常規(guī)情況下，降水深井直徑為0.4m，依據(jù)JGJ 120—2012確定單井抽水能力計算公式為

(1)

式中，q—單井抽水能力，m3/d；rs—過濾器半徑，m；l—過濾器進(jìn)水部分的長度，m；k—含水層滲透系數(shù)，m/d。

依據(jù)上述描述可得深井布置情況如圖1所示。

圖1 深井布置示意圖

在多個降水深井作用下，單井流量也會產(chǎn)生一定的變化，常規(guī)情況下會小于理論抽水量，其計算公式為：

(2)

式中，q′—群井效應(yīng)下單井流量；H—含水層厚度數(shù)值；sw—井水位的設(shè)計降深；R—降水影響半徑；rw—降水井半徑數(shù)值；r0—井群等效半徑數(shù)值；j—深井編號；n—深井的總數(shù)量。

1.3 降水深度復(fù)核

在降水深井應(yīng)用過程中，需要對降水深度進(jìn)行實時復(fù)核，保障降水深度能夠滿足排澇泵站工程施工項目的需求[9]。

降水深井之間與基坑中心點處在水位最高點，依據(jù)降水影響半徑與深度，計算受降水漏斗影響的降水高差[10]。若降水高差低于建基面，即基坑降水深度滿足排澇泵站工程施工項目需求；若降水高差高于建基面，說明基坑降水深度無法滿足排澇泵站工程施工項目需求，需要繼續(xù)對其進(jìn)行操作[11]。

通過上述過程實現(xiàn)了排澇泵站工程施工項目基坑降水方案的設(shè)計，為施工項目順利實施打下堅實的基礎(chǔ)與前提。

2 排澇泵站工程施工項目圍堰防滲方案研究

2.1 圍堰防滲分析

圍堰指的是排澇泵站工程施工項目中，為了使機械設(shè)備等能夠在干地施工，建造的圍護基坑的臨時擋水建筑物[12]。

常規(guī)圍堰布置情況如圖2所示。

圖2 圍堰布置示意圖

對于大部分圍堰來說，一般需要對堰體進(jìn)行基礎(chǔ)的防滲處理，降低圍堰的滲水量，保障基坑能夠正常運作，主體工程施工能夠順利進(jìn)行[13]。典型圍堰防滲方案如圖3所示。

圖3 典型圍堰防滲方案示意圖

2.2 圍堰防滲方案及其選擇范圍

圍堰防滲方案主要包含兩個方面內(nèi)容，分別為圍堰防滲體方式及其工藝與材料[14]。目前，圍堰防滲方式主要分為四大類，在將其按照材料與工藝細(xì)分，可得到多種圍堰防滲方案，具體見表2。

由表2可知，每種圍堰防滲方案都具備自身的優(yōu)點、缺點與適用環(huán)境，故在圍堰防滲方案選擇時，需要確定每種圍堰防滲方案的范圍。再結(jié)合實際排澇泵站工程施工項目的情況、條件與需求，選擇最適合的圍堰防滲方案[15]。每種圍堰防滲方案特點內(nèi)容具體見表3。

表2 圍堰防滲方案表

表3 圍堰防滲方案特點內(nèi)容表

2.3 圍堰防滲方案選擇方法確定

圍堰防滲方案的選擇，防滲體方式與施工工藝兩者是相互聯(lián)系的，需要結(jié)合兩者進(jìn)行科學(xué)、合理的選擇。故此研究采用經(jīng)驗類比法選擇圍堰防滲方案[16]。

經(jīng)驗類比法步驟如下：

步驟一：獲取相關(guān)、類似排澇泵站工程施工項目資料，包含地質(zhì)條件、工程規(guī)模、圍堰類型、使用壽命等內(nèi)容。

步驟二：對獲取的排澇泵站工程施工項目資料進(jìn)行對比分析，尋找出實施方案特性的適應(yīng)性、優(yōu)勢與缺點，得出結(jié)論。

步驟三：將待實施的排澇泵站工程施工項目與已施工排澇泵站工程施工項目進(jìn)行對比分析，甄別異同。

步驟四：依據(jù)接近度較高的已施工排澇泵站工程施工項目，初步擬定幾個圍堰防滲方案。

步驟五：對步驟四擬定的圍堰防滲方案進(jìn)行經(jīng)濟比較分析，選取經(jīng)濟適用性最高的方案，即為最終的圍堰防滲方案[17]。

另外，還需要對圍堰防滲方案進(jìn)行質(zhì)量管理，此研究基于PDCA循環(huán)原理，構(gòu)建質(zhì)量管理體系，明確責(zé)任與分工，確定圍堰防滲方案的質(zhì)量管理程序，對施工的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量嚴(yán)格把控。若施工過程中出現(xiàn)問題，實時反饋，并對其進(jìn)行實時修整，保障圍堰防滲方案的防滲效果。

依據(jù)上述描述制定排澇泵站工程施工項目圍堰防滲方案質(zhì)量管理程序如圖4所示。

圖4 圍堰防滲方案質(zhì)量管理程序示意圖

通過上述過程實現(xiàn)了排澇泵站工程施工項目基坑降水與圍堰防滲方案的設(shè)計，為排澇泵站的建設(shè)提供支撐。

3 實驗與結(jié)果分析

為了驗證提出方案的應(yīng)用性能，采用MATLAB仿真平臺設(shè)計實驗。

3.1 實驗對象選取

實驗以六安市金安區(qū)松墩、龍嘴排澇泵站作為對象，如圖5所示。

圖5 實驗對象示意圖

六安市金安區(qū)松墩、龍嘴排澇泵站工程施工項目相關(guān)信息見表4。

表4 實驗對象信息表

3.2 監(jiān)測點布置

實驗過程中，在基坑與圍堰周邊環(huán)境中設(shè)置15個監(jiān)測點，具體布置情況如圖6所示。

圖6 監(jiān)測點布置示意圖

3.3 實驗結(jié)果分析

依據(jù)上述選取的實驗對象與布置的監(jiān)測點，進(jìn)行基坑降水與圍堰防滲實驗，通過降水深井抽水量與滲透系數(shù)來反映方案的應(yīng)用性能，數(shù)據(jù)見表5—6。

表5—6數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)有方案降水深井抽水量范圍為1611～1745m3/d，滲透系數(shù)范圍為0.0258～0.0854cm/s；提出方案降水深井抽水量范圍為1845～1942m3/d，滲透系數(shù)范圍為0.451～0.562cm/s。

表5 方案應(yīng)用性能數(shù)據(jù)表(降水深井抽水量數(shù)據(jù)) 單位：m3/d

表6 方案應(yīng)用性能數(shù)據(jù)表(滲透系數(shù)數(shù)據(jù)) 單位：cm/s

通過數(shù)據(jù)對比可知，提出方案降水深井抽水量與滲透系數(shù)更大，充分表明提出方案具備更加優(yōu)質(zhì)的應(yīng)用性能。

4 結(jié)語

此研究提出了一種新的排澇泵站工程施工項目基坑降水與圍堰防滲方案，極大的提升了降水深井抽水量與滲透系數(shù)，為排澇泵站工程施工項目的順利實施提供更加有效的支撐。