□張貫?。ㄤ鸷邮雄背菂^(qū)水利局）

1.工程概述

魏灣節(jié)制閘工程是渦河近期治理工程中最大的一座重建節(jié)制閘工程，位于渦河干流，周口市太康縣城東南約2.5km，其位置在原閘址下游105m處，控制流域面積2126km2,五年一遇標(biāo)準(zhǔn)除澇，除澇洪水位50.17m；防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，水位51.52m，流量800.0m3/s，過閘水頭差0.2m；校核標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，水位52.32m，流量980.0m3/s，過閘水頭差0.3m。最大攔水量220萬m3，設(shè)計灌溉面積8000hm2。

該閘屬III等中型工程，主要建筑物按3級建筑物設(shè)計，次要建筑物按4級建筑物設(shè)計。閘室采用開敞式平底板鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共9孔，總寬為69.84m，閘門為平板直升式鋼閘門，其尺寸為6m×5.8m。

該閘主要由閘室段、上游鋪蓋段及連接段、下游消力池段、海漫及連接段等組成，總長276.30m，其中：閘室段長14.5m，上游鋪蓋長30m，下游消力池段長28.50m,閘址處河床及兩岸灘地自然地面高程45.5～51.00m，閘室段基礎(chǔ)開挖高程42.90m，消力池基礎(chǔ)開挖高程為41.90m，開挖深度3.1～9.1m。

2.工程地質(zhì)條件

2.1 地下水情況

新建閘距離老閘105m，老閘閘前水位高程50.00m，施工區(qū)域潛水位高程48.35～49.10m，潛水層層底高程34.00～35.00m，主要賦于基礎(chǔ)開挖土層內(nèi)，水量較少，但與地表水相通。承壓水層水位高程48.30～49.30m，主要是閘前正常蓄水位，承壓水層底高程24.00～25.00m，承壓水頭高15.20m，潛水層和承壓水層水位高程均高出建基面7.1～8.1m。

2.2 基礎(chǔ)地質(zhì)條件情況

設(shè)計提供的本工程地質(zhì)資料的土層共4層，基礎(chǔ)主要坐在其中的第2層。第1層：含有機(jī)質(zhì)低液限粘土層，主要是河床表層淤積物，層厚1.0～2.5m，層底高程42.41～45.00m，滲透系數(shù)3.8×10-5cm/s，具有極微～微透水性，其中上游鋪蓋和下游海漫坐在該土層上。第2層：低液限粘土層，層厚8.5～10.0m，層底高程34.00～35.00m，滲透系數(shù)1.3×10-5cm/s，具有極微～弱透水性，其中閘底板和消力池底板坐在此土層上，潛水主要賦予該土層，其以下為承壓水層。第3層：粉土質(zhì)砂層，層厚10m左右，層底高程24.00～25.00m，滲透系數(shù)8.0×10-4cm/s，具有中等透水性,該層為承壓水層。第4層，低液限粘土層，層厚約3.0m左右，層底高程21.00～22.00m，滲透系數(shù)5.0×10-5cm/s，具有極微～微透水性，該土層以上為承壓水層。

3.降排水方案制定

3.1 總體方案

根據(jù)基礎(chǔ)土方開挖深度、開挖土層土質(zhì)、地表水、開挖土層潛水位、地下水承壓水層水位等情況，確定基礎(chǔ)土方開挖分2層2個階段施工，降排水方案結(jié)合基礎(chǔ)土方開挖分階段實施。

3.1.1 第一階段：積水井，明渠降排水

開挖表層，平均挖深2.50m，開挖高程到44.0m，采用挖掘機(jī)和鏟運機(jī)配合平挖，本階段的降排水主要是先降排地表水和降排開挖層地下潛水，并使地下水位降至42.5m高程以下，由于開挖層土質(zhì)均為低液限粘土屬極微透水性土質(zhì)，滲透系數(shù)小、透水性極差，若想短時間、大范圍有效地降排水，并達(dá)到機(jī)械開挖土方的要求，必須采取快捷、簡單和有效的降排水方法，根據(jù)以上情況和要求，確定是在施工范圍內(nèi)開挖截排水溝、集水坑形成明排降水系統(tǒng)，集中泵抽排水。即在上游鋪蓋、下游消力池、防沖槽和右岸翼墻基礎(chǔ)等位置，凡是設(shè)計基礎(chǔ)高程低于42.50m的部位，開挖集滲溝和截滲溝，并在沿河床中心位置開挖一道排水溝，在下游防沖槽位置設(shè)置集水坑，形成封閉式截排水系統(tǒng)，集中泵抽排水，使施工范圍內(nèi)地表水和42.50m高程以上的地下水得以短時間內(nèi)有效降排，保證了第1階段基礎(chǔ)土方開挖，并爭取了開挖時間，也為第2階段降排水打了基礎(chǔ)。

3.1.2 第2階段：深井降排水

本階段的降排水主要是降排開挖層潛水和地下承壓水，并使地下水位降至39.0m高程以下，根據(jù)工程水文地質(zhì)資料,開挖層土質(zhì)均為低液限粘土,滲透系數(shù)1.3×10-5cm/s透水性差，在制定本階段降排水方案時，首先考慮滿足基礎(chǔ)土方開挖需要，另外要滿足基礎(chǔ)混凝土工程施工需要，因此降排水時間較長，必須采取高標(biāo)準(zhǔn)，長效降排水方法。根據(jù)以上情況和要求，確定采取深井降水降排地下承壓水和粘土層中潛水。由于基礎(chǔ)土層透水性差，又有高水位地下承壓水，在實施第1階段降排水措施的同時，就開始實施打深井提前降排地下潛水和承壓水，加長了地下潛水的滲透時間，以保證第2階段基礎(chǔ)土方開挖的順利進(jìn)行。

3.2 深井降水設(shè)計與計算

3.2.1 基坑土體穩(wěn)定性計算

基坑土體穩(wěn)定性計算根據(jù)承壓水位48.3m(平時)～49.3m(汛期)，可滿足要求。計算新閘基坑坑底的穩(wěn)定性，即突涌的安全系數(shù)F，按蓋重理論計算

式中：hp—坑底高程（m）即覆蓋層頂面高程；hs—為砂層頂板高程，本工程平均為40.05m；h—基坑承壓水位（m）；rw—水的容重，1.0(t/m3)；rc—覆蓋層容重，平均為1.92(t/m3)；hc—覆蓋層厚度（m）。各部位計算見表1。F采用1.1，即基坑承壓水位降到43m高程，基坑是穩(wěn)定的。

表1 基坑土體穩(wěn)定性計算表

3.2.2 基坑涌水量計算

將抽水群井作為一口等效完整大口井計算，按抽水后承壓水位降深在消力池部位的控制計算，需降到43m高程，即承壓水位降深S＝48.3-43=5.3m。鉆井平臺尺寸為130m×90m，A=130×90＝11700m2，等效半徑r＝(90×0.5+130×0.7)/2=68m。滲透系數(shù)k＝8.0×10-4cm/s＝0.0288m/h=0.6912m/d，影響半徑R采用庫薩金公式計算

在本工程中

式中：Q—基坑涌水量，（m3/h）；R—影響半徑，(m)；r—等效半徑，（m）；R0—引用影響半徑（m），R0=R+r；S—漏斗降水深度（m）；K—土層滲透系數(shù)（m/d）；H—初始地下水的深度（m）；M—承壓含水層厚度（m）。

3.3 深井?dāng)?shù)量及抽水設(shè)備

3.3.1 單井出水能力

式中：rs—濾管半徑（m），管內(nèi)徑0.4m，rs＝0.2m；l—濾管長度（m），l=10m；K—滲透系數(shù)（m/d）,K=0.6912/d。

3.3.2 管井布置

本工程基坑南北長70m，東西130m，管井間距一般為25～40m，因此除根據(jù)單井流量估算井?dāng)?shù)外，還須滿足布置間距要求。因此南北岸各布置5眼井，井距130/4=32.5m，上下游各布置2眼井，井距90/3=30m。

3.3.3 抽水設(shè)備

管井14眼，單井流量46.90(m3/h)/14=3.35(m3/h)，配備QY10-32-2.2型潛水泵，揚程32m，出水量10m3/h，由于抽水設(shè)備損壞率較大，實際配25臺，以便及時更換。

4.降排水施工

4.1 明渠、積水井降排水

明渠開挖采用挖掘機(jī)開挖，溝底寬2.0m左右，開挖時適當(dāng)形成縱坡和在合適位置設(shè)置積水井，形成集中泵抽排水。水泵采用低揚程，大排量的潛水泵或污水泵。

4.2 降壓井施工

4.2.1 井型選擇

成井井徑一般選擇ф500mm井管，壁厚50mm。

4.2.2 成井深度的確定

本工程降壓井主要以降承壓水為主,其深度應(yīng)貫穿承壓水層,即達(dá)到承壓水層土層底高程,還要根據(jù)降壓井井距25～40m、降壓井降水漏斗影響半徑等情況，確定成井深度均控制在25.0m高程左右，根據(jù)降壓井位置地面高程，井深22～28m。

4.2.3 井管選擇

井管應(yīng)具有足夠的強度，能抗腐蝕，具有一定的耐久性，并便于加工制造、運輸安裝。目前用于水利工程的井管有鋼管、鑄鐵管、鋼筋混凝土管、混凝土管、無砂混凝土管等。對于水利工程的基坑降水井管，由于為臨時工程，應(yīng)用的時間較短，考慮經(jīng)濟(jì)因素，一般在透水層采用無砂混凝土管、在不透水層采用混凝土管。

本工程井管采用混凝土井管，外徑500mm，內(nèi)徑400mm，每節(jié)長1m，底部為混凝土沉淀管，其上為10m的混凝土濾管。

4.2.4 濾水管包扎物

濾水管部分采用60目尼龍紗網(wǎng)包扎，死管部分采用塑料布整體包括，管間銜接處采用多層塑料布包扎，整個井管外用3～4根毛竹片豎向固定，用10＃鍍鋅鐵絲綁扎，管底為混凝土托盤，以防止井管之間漏砂。

4.2.5 濾料選擇

良好的濾管和濾層可使井點發(fā)揮較好的作用，表現(xiàn)為出水量大、含砂量小。濾料根據(jù)被保護(hù)土層的顆粒組成選定，可以用下式確定：D15﹤（4～5）d85；D15﹥（4～5）d15。

式中：D15—砂濾料的粒徑，小于該粒徑的顆粒占總重的15%；d15—被保護(hù)土顆粒的粒徑，小于該粒徑的顆粒占總重的15%；d85—天然土顆粒的粒徑，小于該粒徑的顆粒占總重的85%。

該公式表示砂濾層的D15應(yīng)小于或等于被保護(hù)土顆粒d85的4～5倍；且大于天然土顆粒d15的4～5倍。本工程被保護(hù)土為細(xì)砂，選用粗砂滿足上式要求，深井降水運行過程中，對抽出的水多次測量，水中無砂。

4.2.6 施工過程

4.2.6.1 造孔

造孔要求孔位準(zhǔn)確，孔身要圓要直，孔徑和孔深要足夠，不塌孔，保證不塌孔式工程基坑降水的首要條件，為此須選擇合適的固壁方法，目前在造孔中有清水固壁法、泥漿固壁法。根據(jù)國內(nèi)外的資料，一般井中水頭高于地下水頭2.5～3.0m的凈水位差可以滿足不塌孔的要求，但需要較大的供水量。水利工程基坑降水中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，建成后面臨滲透問題，而采用泥漿固壁法。但這將影響成井后的出水量，因而應(yīng)選取適合工程水文地質(zhì)條件的泥漿，造孔過程中應(yīng)詳細(xì)記錄地層分布，以便為下井管及填濾料提供準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。

本工程鉆孔直徑為800mm，在造孔過程中在粘土層采用清水鉆進(jìn)，在砂層中采用泥漿固壁排渣。鉆孔過程中控制泥漿比重為1.2g/cm3左右，鉆孔達(dá)到設(shè)計的高程后，清孔，將泥漿稀釋到比重為1.05g/cm3左右后即下井管，并及時洗井。成井后單井出水量可以達(dá)到要求。

4.2.6.2 下井管和回填濾料

泥漿固壁法造孔完成、換漿清孔徹底后，立即下井管，回填反濾料以防塌孔。井管的組合根據(jù)鉆孔的地質(zhì)條件選配，并對每個井管進(jìn)行編號以防忙亂中出現(xiàn)錯誤，每隔2～3節(jié)井管在井管四周安裝好導(dǎo)向器，下管時要保證井管豎直、居中。井管下完后應(yīng)立即填濾料，反濾料應(yīng)均勻地分布在井管的四周，下濾料的厚度要盡量均勻。濾料的填筑高度應(yīng)同地層相適應(yīng)，一般應(yīng)高出含水層進(jìn)入不透水層0.5～1.0m，以防濾料沉降，不透水層應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求填粘性土或其它材料。由于濾料在泥漿中沉降滯后，測量濾料的填筑高程應(yīng)在停止填筑濾料10～20min后進(jìn)行。實際工作中可以先預(yù)估填料方量，定量填筑后再進(jìn)行測量，效果較好。

4.2.6.3 洗井

洗井的目的是破碎泥皮，洗出反濾料中的泥砂使水清流暢。洗井應(yīng)在成井完成后立即進(jìn)行。洗井的方式各種各樣，應(yīng)選擇適應(yīng)地層及井的結(jié)構(gòu)的洗井方法。

5.降水效果

本工程所采取的降排水措施和制定的降排水方案，完全滿足基礎(chǔ)土方和基礎(chǔ)混凝土施工要求，井內(nèi)水位高程一直保持在31.0m左右，施工范圍內(nèi)地下水位高程降至39.0m高程以下。由于降排水方案是充分結(jié)合基礎(chǔ)施工程序進(jìn)行的，施工降排水預(yù)抽時間一直在10d以上，施工過程中未因為地下水問題影響正常施工。