摘要:本文首先闡述了倒虹吸工程的特點和參數,根據規范規程計算基坑排水和單井排水量,確定管井總數,通過降排水試驗,得出有效結論。
關鍵詞:倒虹吸 管井 基坑降排水 試驗
l、工程概況
南沙河渠道倒虹吸工程位于河北省邢臺市與沙河市之間，高店村北2km處的南沙河
上，是南水北調中線一期工程大型河渠交叉建筑物之一，工程起止樁號93+621～98+016，
全長4395m，共分兩個標段，其中南沙河渠道倒虹吸南段設計樁號為： 95+621～95+936，
全長2315m，由進口連接渠道、南段倒虹吸、中間明渠三大部分組成。
2、工程地質與水文地質
南沙河倒虹吸南段地處太行山與河北平原過渡地帶，河床南岸為低丘垅崗區，北岸為洪積扇上緣傾斜平原地帶。兩岸總體地勢西高東低，相對高差不足30m。河谷呈寬淺式，建
筑物軸線處寬5. 6km，河道內高、低漫灘及兩岸一級階地發育，屬侵蝕堆積河谷地貌。工程地質結構復雜，其構造以沙、礫、卵、粘、黃土狀壤土為主，透水性強，開挖涌水量大。
工區地表徑流以上游鐵礦廠棄水為主，地表徑流量約0.3m3/s，地下水主要為第四系淺層孔隙潛水，主要賦存于第四系上更新統(Q3)和全新統(Q4)沖洪積卵石層中，根據初步設計階段勘察資料：單孔抽水試驗成果，卵石層滲透系數為7.9×10。3～1.1×10噸cm/s;多孔抽水試驗成果，卵石層滲透系數為5.64×10-2～6. 84×l0-2cm/s，平均滲透系數為6.4×l0-2cm/s，屬強透水性。由于地下水受上游來水和大氣補給的影響，若遇豐水年或長時間降水不排除地下水位升高的可能。
本工程降水方式采用管井降水方案，降水試驗區位于倒虹吸進口漸變段，樁號93+671～93+741。為避免對試驗結果的影響，流經試驗區附近的地表水和試驗抽出的地下水用導流溝引至河道下游，導流溝鋪設雙層土工膜。
3、管井設計
3.1管井深度H計算
H=h+δ+hl+h2+iB
h-基坑深度(m)，取最大深度14. 23m
δ一井筒封底厚度(m)，取0.2m
hl一抽水泵吸水頭高度(m)取2m
h2一井筒內預留回淤高度(m)取2m
i-降水坡度，取0.1
B-管井與基坑中心線的水平距離(m)取45m
經計算，得知管井深度為22. 93m。
3.2基坑排水計算
降水長度按照70m為一個單元進行考慮，依據開挖詳圖和工程地質剖面圖，上口開挖寬度為105. 93m，基礎面開挖高程為76. 97m;本標段地下水位線高程為86. 7m，據此進行基坑排水計算：
(1)基坑總出水量Q總計算
根據«建筑與市政降水工程技術規范»JGJ/T111-98和«建筑基坑支護技術規程»
JGJ120-99規定，降水基坑總出水量Q總計算公式計算為：
15857. 16m3/d=660. 72m3/h
式中：
K-含水層滲透系數，本工程根據招標文件取最大值6.84*10-2cm/s=59. 1m/d;
H-含水層厚度，根據招標文件技術條款水文地質條件，含水層厚度為15. 7m;
S-基坑降水深度，取12.73m;
R-影響半徑，R=775. 51m：
ro-基坑等效半徑，根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ120-99) F0.6條件規定，矩形基坑等效半徑ro=0. 29 (a+b) =0. 29X (70+105. 93)=51. 02m。
(2)單井出水量q計算
根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ120-99)8.3.4規定，管井出水量q(m3/d)按
下列經驗公式確定：
q=1761. 25m3/d=73. 39m3/h
式中：
rs一過濾器半徑(m)，本工程取0.4m：
L-過濾器進水部分長度(m)，本工程取3m：
K-含水層滲透系數( m/d)，取59. 1m/d。
(3)管井總數n計算
根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ120-99)8.3.3規定，管井的數量n按下列公式
計算：
n=1.3x660. 72/73. 39=11.7眼，取12眼。
管井設置高程為87. 5m，主要布置在基坑四周，間距為70/12×2=11. 67m;
3.3管井設計
管井造孔直徑為Ø600mm，井壁采用內徑Ø400mm的無砂混凝土管，管井底部鋪設
200mm厚的反濾料，井底無砂管底部用(300g/m2)土工布包裹，井管與井壁之間采用反
濾料填至地下水位線，地下水位線以上采用粘土回填封口。
4、降排水試驗方案
通過計算知，在距進口漸變段基坑中心線45m處每隔11. 67m(梅花型布置)設置一個深23. 83m深的Ø400mm管井進行降水，管井內安設1臺4吋深井潛水泵通過DN100硬質塑料管將地下水通過基坑四周的排水溝抽排至基坑下游506. 5m的河道中。
除此之外，還考慮在漸變段中部設置2座觀察井，根據現場實測情況來復核計算結果及降水情況，及時調整管井深度及管井間距，以取得最優的降水參數。
降排水前觀測一次自然水位，在抽水開始的3天內每隔2小時觀測一次水位流量，以后改為每隔4小時觀測一次，并做好記錄;對觀測記錄及時整理，繪制Q～t與S～t關系曲線圖，分析水位下降的趨勢與流量變化，預測水位下降至設計要求的時間，根據實際抽水情況，研究降水設計的可靠程度或提出增加井數等調整措施。
5、管井施工
(1)鉆孔
管井采用C2-22型沖擊鉆成孔方案，鉆孔直徑為Ø600mm。
采用泥漿護壁方案，為了保證成井深度，鉆孔深度大于設計深度1m。
(2)下管
鉆孔完成后，在下設無砂管之前，要先清孔，以保持井壁和無砂管的暢通、濾水。
然后下入井管，井管居孔中心。用Ø12mm鋼絲繩將Ø400mm無砂管依次吊入井中，下管過程中用竹片逐節固定，防止管子互相錯位，同時在無砂砼管外包裹60孔/cm2尼龍網，盡量使管子居中。
(3)回填反濾料
在井管周圍回填細骨料，采用邊向孔內送水邊投細骨料，以保證填入的反濾料孔隙不被泥砂堵塞。細骨料填至地下水位線，地下水位線以上改用粘土填至地面，并壓實封閉，以防止地面水的滲入。
(4)洗井
井點施工結束后，立即組織洗井，洗井自上而下進行，洗至水清，基本不出砂，出水正常，井點底部不存砂為止。
(5)抽水
抽水采用4吋深井潛水泵，若試抽水6小時后出水仍含有大量混濁水時，應立即檢查井筒封底、管口連接等，如發現問題須及時修復。降水過程中對抽水設備要經常進行檢查，觀測井內水位和流量等，并做好記錄。記錄內容包括：水泵運轉、抽出水中的含泥量及基坑邊坡穩定情況、地下水位變化情況、井底回淤情況等。
(6)排水
從管井抽出的地下水通過水泵連接DN100硬質塑料管直接排入排水溝流至基坑下游506. 5m的河道內。
(7)井孔封堵
待混凝土施工完畢后，方可停止抽水。抽水結束后，將井孔封堵。先迅速取出抽水設施，向井孔回填細砂，距井口2m范圍內用C15速凝砼封閉，澆筑至建基面。
結束語
① 通過科學分析和計算，管井設計及管井總數的制定是正確合理的。
② 通過對已完成的漸變段的抽水結果，管井設計及管井總數的設置是經濟合理、實用有效。
③ 上述抽水試驗方案可行，可在后續的倒虹吸管身段施工中適用。
