深井降水井在龙洲垸船闸施工中应用

　　【摘 要】龙洲垸船闸是一座Ⅲ级船闸，为引江济汉通航工程进口船闸。龙洲垸船闸最大基坑深度为20.8米，本文通过现场单井和群井抽水试验得出合适的井型结构及渗透系数和影响半径等参数，用于确定本工程的深井降水布置，对其它大型船闸基坑具有重要的借鉴作用。

　　【关键词】船闸；深井降水井；抽水试验

　　0.概述

　　引江济汉工程是一条引长江水到汉江的特大型干渠，是南水北调中线一期工程的一个组成部分。引江济汉通航工程依托于引江济汉干渠，两端另辟有进出口和连接河段（引航道）。进出口处分别布置一座Ⅲ级船闸，船闸最大通航船舶为2×1000t级船队。

　　进口船闸布置在长江左岸的荆州市李埠镇龙洲垸，与引水干渠取水口相邻，通航渠道的进口布置在引水干渠进口的下游1500m处。龙洲垸船闸最大基坑深度为20.8米，本文通过现场单井和群井试验，确定水文地质参数和渗透系数等参数，对其它大型船闸基坑具有重要的借鉴作用。

　　1.水文地质情况

　　1.1水文地质

　　工程区位于长江的一级阶地，主要有两个含水岩组，上部为全新统粘土、粉质粘土孔隙潜水含水岩组，下部为粉细砂、砂卵石孔隙承压水含水岩组。

　　1.1.1孔隙潜水

　　主要分布于上层粉质粘土中，含水层厚度一般为2～5m，水量不丰富，地下水埋深一般较浅，多为0.5～2.5m，局部地带在某一时段（一般为丰水期）具有弱承压性。其补给来源主要为大气降水的入渗直接补给和长江丰水期河水补给，随季节性变化，雨季地表水补给地下潜水，潜水水位升高，旱季潜水排泄于长江之中，潜水水位随之降低。排泄途径主要为蒸发和补给河湖水。受含水层分布不稳定及地形地貌的影响，其迳流条件较复杂，迳流方向各异。

　　1.1.2孔隙承压水

　　主要赋存于下部的粉细砂、砂砾石层中，埋藏于相对隔水的粘性土层之下。含水层厚度随下部砂层及砂砾卵石层的厚度不同而不同，多大于30.0m。其顶板埋深多为5～15m，含水量丰富。承压水的补给来源主要是长江水及上部地表潜水的越流补给。排泄途径主要是枯水期渗入长江和越流补给上部潜水。其承压性随长江水位的影响而变化，随长江水位的升高而增大，距长江由近至远，承压性逐渐降低，水力坡度约为0.07%。

　　1.2主要工程地质问题

　　闸基土体由极微透水等级的粘性土和中等-强透水等级粉细砂和卵石构成，所含的承压水对基坑开挖产生极大的影响。承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板，造成突涌现象。基坑突涌将会破坏地基强度，并给施工带来很大的困难，因此，必须采取降水措施，确保基坑的干施工。

　　2.抽水试验方法

　　2.1试验目的

　　（1）确定含水层的水文地质参数：主要为渗透系数K、影响半径R等。

　　（2）通过测定井孔涌水量及其与水位下降（降深）之间的关系，分析确定含水层的富水程度、评价井孔的出水能力。

　　（3）为降水工程设计提供所需的水文地质数据，如影响半径、单井出水量、单位出水量、井间干扰出水量、干扰系数等，依据降深和流量选择适宜水泵型号。

　　（4）确定水位下降漏斗的形状、大小及其随时间的增长速度；直接评价降水工程的涌水量。

　　2.2降水井施工工艺流程（如图1）

　　图1 降水井施工工艺流程图

　　2.3抽水试验孔及观测孔的选择

　　如图2，选择68、69、70、60、59、58号井为试验井，单井抽水试验选择60号井为抽水主井，58、59两井与68、69、70号三井为两条垂直向观测井，以观测不同径流方向的降深情况，群井抽水试验以69、60、58号井为抽水主井，68、70、59为观测井。

　　图2 降水井布置图

　　2.4水井施工

　　2.4.1成井

　　成井施工设备：采用两台CZ-150型冲击钻。

　　计划成井深度及孔径：40m、ф500mm

　　成井工艺：井口埋设ф600mm护筒，采用CZ-150型冲击钻冲击成孔，冲击成孔过程中拟采用泥浆护壁，当一个回次冲击约2m时采用捞渣桶或泥浆泵清理孔底於渣，如此反复，直至成井深度达到设计要求。

　　2.4.2井管选择及安装

　　井孔施工完成后进行下一步工序：井管的安装

　　井管的选择：拟选用ф300mm、壁厚≥3mm的无缝钢管作为井管使用，各类型水井的井管结构参见表1。

　　表1

　　过滤管孔眼的加工，根据《供水管井技术规范》（GB50296-99）及场地的地质条件，网眼设计规格可选为：单个孔眼缝直径16-18mm，各孔眼中心距为40mm，孔隙率≥15%，梅花形布设。滤管外用80目的尼龙网包缠2～3层。

　　井管的安装：采用起重设备分节安装，安装前第一节井管底部用5mm厚圆钢板（或混凝土塞）封底，两节井管间用电焊焊接，焊接时要确保两节井管对齐且在同一轴线上，下沉井管时用对中器定出井孔中心，确保井管居中，井管安放到设计位置后固定，进行填砾及管外封闭。

　　2.4.3填砾及管外封闭

　　井管安装完后应及时进行填砾。

　　滤料的选取：滤料规格为1-3mm，成份为粗砂及细砾，磨园度要好，其不均匀系数应小于2。

　　滤料填设厚度及高度：滤料填设厚度为100mm，填设高度应大于滤管高度0.5m。

　　封孔：井口下至滤管以上0.5m用风干粘土球（直径3～5cm）止水。

　　图3 降水井结果示意图

　　2.4.4 洗井

　　下管填砾后，及时进行洗井，采用间断抽水或活塞洗井法，直至水清、砂净，可能持续时间2～4小时，直至含砂量小于1/10万（重量比），并及时观测静止水位。 　　2.5抽水试验方案

　　2.5.1观测内容、方法

　　观测内容：主要为水位，包括抽水井中的静止、动水位及流量，观测井的静止水位、历时水位变化等。

　　观测方法：水位观测采用电测深水位计，流量观测采用水表。

　　2.5.2抽水试验方法

　　单井抽水试验以60号井为抽水主井，58、59两井与68、69、70号三井为两条垂直向观测井，根据需要记录时间与井管出水量绘出降深曲线，群井抽水试验以69、60、58号井为抽水主井，68、70、59为观测井，得出抽水井和观测井之间情况。

　　2.5.3涌水量及水位变化

　　在稳定延续时间内，涌水量和动水位与时间关系曲线在一定范围内波动，而且没有持续上升或下降的趋势。当水位降深小于10m，水位波动值不超过5cm，一般不应超过平均水位降深值的1%（以最远观测孔的动水位判定），涌水量波动值不能超过平均流量的3%。

　　2.5.4观测频率及精度

　　（1）水位观测时间在抽水开始后第1、3、5、10、20、30、45、60、75、90min进行观测，以后每隔30min观测一次，稳定后可延至1h观测一次。水位读数在抽水井中精确到厘米（cm），在观测井中精确到毫米（mm）。

　　（2）涌水量观测应与水位观测同步进行；水表读数应准确到0.001 m3。

　　2.5.5恢复水位观测要求

　　停泵后立即观测恢复水位，观测时间间隔与抽水试验要求基本相同。若连续3h水位不变，或水位呈单向变化，连续4h内每小时水位变化不超过1cm，或者水位升降与自然水位变化相一致时，即可停止观测。

　　试验结束后应测量孔深，确定过滤器掩埋部分长度。淤砂部位应在过滤器有效长度以下，否则，试验应重新进行。

　　3.抽水试验资料整理及参数确定

　　试验期间，对原始资料和表格及时进行整理。试验结束后，进行资料分析、整理，作出抽水试验报告。试验报告应包括：水位和流量过程曲线、水位和流量关系曲线、水位和时间（单对数及双对数）关系曲线、恢复水位与时间关系曲线、抽水成果、钻孔平面位置图等。

　　根据水文地质参数计算模型选择水文地质参数计算公式为：

　　3.1渗透系数计算公式：

　　K=

　　式中：K——渗透系数（m/d）；

　　Q——稳定抽水流量（m3/d）；

　　r1——观测井1与抽水孔距离（m）；

　　r2——观测井2与抽水孔距离（m）；

　　ζ——抽水孔1非完整井补充水流阻力值系数；

　　ζ——抽水孔2非完整井补充水流阻力值系数；

　　M——含水层厚度（m）；

　　S——观测孔1中水位降深（m）；

　　S——观测孔2中水位降深（m）。

　　3.2影响半径计算公式：

　　R=10S

　　式中：R——影响半径（m）；

　　K——渗透系数（m）；

　　S——主井水位降深（m）；

　　4.结束语

　　通过抽水试验结果可以得出本工程水文地质情况和地下水位的渗透系数及每口井的影响范围，为后续本工程降水施工的井数确定，提供有利的数据。 [科]

　　【参考文献】

　　[1]刘正峰主编.水文地质手册.地质出版社，1978.

　　[2]刘国彬，王卫东主编.基坑工程手册.中国建筑工业出版社，2009.