陈伟威
(东莞市横岗水库管理处，广东 东莞 523000)
泵站和水闸是水利工程中的重要设施，起着排涝抗洪，防灾减灾的作用。我国现存的水利工程中含有许多建设年代久远的泵站和水闸，随着深化改革所带来的经济的快速发展，工业和生活排水量急剧增加[1-2]。这些水利工程设施因为规划不合理，设备损耗严重，监管不完善等问题不能适应城市现代化进程的推进，且在遇到不良天气突击时，不能有效控制洪涝和风暴，从而导致城镇居民的生活和安全受到严重影响[3]。如若不进行治理或者重建，势必在未来会造成更加严重的后果和灾难，为了将损失降到最低，必须针对泵站所遇到的问题进行治理或重建。
某泵站所处地区，因近几年多次出现的强降雨过程给该地区带来了很严重的涝灾，该泵站现有起10a一遇24h暴雨2.3d排干的标准不能满足该地区的发展需要，需按照10一遇24h暴雨1d排干的标准对泵站进行重建。文章以该泵站重建工程为背景，对井点排水法在该重建工程水闸基坑施工建设中的应用进行探讨，为井点排水法在水利工程中的应用提供经验和建议。
1.1 泵站工程现状
该泵站工程位于樵桑联围内，负责合计32.64km2的排涝工作。樵桑联围位于珠江三角洲中上游，是一个四面环水的闭合堤围，总长116.0km。该地区在每年的5月-11月往往会有暴雨和暴潮。
泵站工程所处地貌属珠江三角洲海陆交互相冲淤积层，地势开阔平缓，场地东南边有低缓山丘。周边为多为鱼塘地，地面高程约3.00～3.50m，河涌底高程一般为-0.50～0 50m。地下水位在雨季水位略有上升，旱季下降，可知容易受到天气环境的影响。地下水类型主要为第四系松散砂土层中的孔隙水，排泄方式为地下径流、向下渗透及蒸发。如遇大雨，易成内涝，遭受涝灾，尤以近年为甚。历史上多次由于遭受暴雨，而机电排水能力不足造成严重的受浸损失。
泵站始建于19世纪60年代，19世纪90年代后，泵站运行至今机组老化，效率降低，加上当时设计标准低，只达到10a一遇24h暴雨2.3d排干标准。
1.2 泵站工程概况
该泵站工程按照10a一遇24h暴雨1d排干标准进行重建，泵站泵室底板高程-3.4m，规划流量为46.93m3/s，总装机容量为2240kW，防洪设计水位2.73m。主要包括泵站和配套的水闸2个部分。
1.2.1 泵站
泵站建筑物由内涌引渠、清污机闸、进水前池、泵房、出水涵洞、外江防洪闸、外江连接段及其他附属建筑物组成，底板高程由-1.5m渐降至-4.1m。
泵站建于堤后，电动清污机闸为六孔一联整体箱形结构，设有6.0m宽的工作交通桥。进水前池顺水流方向长42m，按水流方向可以分为三段，接清污机闸的内涌护坦平段顺水流方向长12m，净宽38.2m，底高程为-1.5m，两侧设钢筋混凝土挡土墙，墙顶高程2.5m。内涌护坦平段后为长30m的内涌斜坡连接段，为平面收缩正向进水，平面收缩角14.5°，净宽由38.2m收缩至30.45m，底板高程由-1.5m以1∶5.5的坡比下降至-4.lm,两侧设钢筋混凝土挡土墙，墙顶高程25m。紧接斜坡段，与泵房连接的内涌反滤段为平面收缩正向进水，平面收缩角14.5°， 内涌反滤段长15.0m， 底板面高程为-4.1m，净宽30.45～22.7m，采用整体式U型钢筋混凝土结构。对工程出水涵洞为现浇钢筋混凝土整底板箱型结构，涵洞净高3.0m，净宽3.5m，涵洞总长27m，共分2段。在涵洞口设防洪闸，防洪闸底板高程-2.1m，共4孔，每孔净宽为5.0m。
1.2.2 水闸
水闸总净宽18m，采用三孔一联结构，每孔净宽6m，水闸建筑物由外江护坦段、外江消力池段、水闸涵洞段、内涌护坦段组成。
2.5.2 感官质量 从表 7 看出，不同处理烤后烟叶感官评吸综合得分较为接近，为74.5～75.6分。其中， 以T2得分最高，为75.6分；
T4其次，为74.7分；
T1和T3得分最低，均为74.5分；
CK得分为74.6。烤后烟叶不同处理各评价指标间香气质、香气量、杂气、刺激性和余味等方面存在一定的差异，但差异均不大；
劲头、燃烧性、浓度和灰色等方面无明显差异；
各处理烟叶质量档次均在“中等+”范围内。
在外江消力池出口设护坦段，结合泵站出水口的布置，采用C20素混凝土护底。护底面高程均为-1.50m，厚0.15m，下设干砌石厚0.40m。护坦段顺水流方向为50.0m。在防洪闸外江侧设消力池，消力池为U型钢筋混凝土结构，顺水流方向长11.00m。为使水流平顺地进出水闸，减少局部水头损失，消力池为“喇叭口”形式，起始宽20.40m，末端扩宽至24.2m，以衔接外江渠道。水闸出水涵洞段和闸室采用涵洞式三孔闸，采用三孔一联，整体刚架结构，水闸出水涵洞段单孔口净宽6.30m，闸室单孔口净宽6.0m。内涌护坦段长48m，均为混凝土护底，采用整体U型结构。
2.1 水文地质条件
根据勘察情况，各孔地下水相对稳定水位埋深0.20～1.50m，地下潜水面高程0.60～2.80m，与河涌水位鱼塘水面基本持平。地下水类型主要为第四系松散砂土层中的孔隙水，此外风化基岩的含有—定的裂隙水。场地内主要含水层为广泛分布的不同粒级砂土层，场地内第5、8层粉细砂和第7层中粗砂厚度为16.20～42.80m，平均>28.37m，厚度大，含水量丰富，顶部均有具微～极微透水性的第2层淤泥质土或粉质黏土等，因此地下水具承压性。从地下水的赋水砂层埋藏深度看，地下水与周围河涌或鱼塘无明显的水力联系。
2.2 现场抽水试验
泵室地下室开挖至设计高程约-5.40m，地下现有高程约2.30m。即按现地面需开挖约7.70m， 对应地质剖面建基面为第(2)层淤泥质土～第(5)层粉砂。为测定基坑开挖降水的影响半径、降水抽水流量和砂土层渗透系数等有关水文地质参数，为基坑降水设计提供水文地质资料，拟开挖基坑的泵室位置开挖较深，具有一定的代表性，因此选用此位置作稳定流抽水试验[4]。
采用单管井进行本次抽水试验，基坑开挖深度后的基岩为第(2)层淤泥质土～第(5)层粉砂，降水影响到场地内含水砂层。本次试验采用基本条件：抽水管井属于属承压非完整井，钻孔半径r"=0.08m，套管总长14.00m，有效管长3.00m，有效半径0.055m，管底座落于第(5)层粉砂层中。经过测定，抽水前的水位稳定在1.00m，经过抽水后水位降到4.30m(因场地缺电源，自带汽油水泵功率所限，抽水水位未能降至设计基坑开挖的建基面)。试验时按抽水试验要求作现场记录通过对现场记录进行计算整理，绘制出抽水试验综合成果图表，可得现场抽水试验渗透系数K20=9.04X10-4cm/s 。跟室内的高值渗透结果K20=2.63 X 10-3cm/s进行比较，两者结果比较接近，由此可知第(5)层粉砂层属中等透水层[5]。
2.3 基坑降水设计
2.3.1 降水方法选择
常用的基坑降水方法有明沟降水和井点降水，根据实际情况中基坑的规模，工程地质条件，和周围环境等来选择降水方法[6]。本工程所在位置地下水位较高，主体建筑物开挖较深，部分建基面已到粉砂层，降水深度>5m。泵站基坑的砂层透水性较低，位于-5.4m以下。根据地层勘查结果，该区域砂层上部存在厚度3～5m的淤泥层，几乎不透水，可以看做隔水层，将砂层与地表水体隔离，砂层埋深较大，砂层中的地下水也没有补充水源，因此砂层含水量少。经过比选，选择井点降水的方法在整个基坑范围内进行降水。
2.3.2 降水井的布设
本工程井点的布置主要围绕着泵室、出水涵洞段和进水池三种建筑物铺开布设。泵室、出水涵洞段和进水池的基面高程分别为3.3m～-5.40m、-5.20m、3.0～-2.4m，这三个建筑物所处的范围内建基面的挖深都比较深。这是本工程的特点，因此根据此特点来布设降水井。
本工程基坑水位降深要达到8m，所以选择采用多级降水的方式进行降水。在主基坑60m×40m范围内布置22个排水井点，间距8m。距离主基坑最外围的井点约22m处再设置两排井点，第一排井点共18个，间距15m。第二排井点共20个，间距8m。合计主体坑外围布置井点降水38个，两排井点降深均为4m，采用20kW离心泵进行进行两级降水，井点高程为-2.0m，井点有效深度为8m，井点总深11.5m。同时在整个基坑范围内布设排水沟和集水坑，排水沟和集水坑与建筑物底部轮廓线有一定距离，且基坑底、排水沟底、集水坑底应保持一定深差，保证水流能通过排水沟汇集到集水坑中，最后顺利排出。
3.1 基坑边坡开挖
本工程基坑深度范围共涉三个不同地质层，其中主要为淤泥质土层。主要含水层为淤泥质土层下的粉砂层，属中等透水性，其中淤泥质土层土质极软，高压缩性，强度低，是基坑边坡稳定的控制层；
而粉砂层在地下水流作用下，可能会产生流砂[7]。因此先将地下水位降低到开挖面0.5m之下再进行土方开挖。
本工程开挖的基坑三面为围堰，为半填筑半开挖形成的边坡，东侧为开挖形成的边坡。东侧的边坡顶地面高程最高约2.5m，开挖至-2.6m，高差5.1m，其它三面最大开挖边坡位于西面的泵房位置，结合围堰的布置，分两级布置，下面由-5.4m 高程以1∶3的坡比放坡至-1.0m高程，设6m的平台后，以1∶3的坡比填筑至围堰项高程。
设计围堰顶高程2.8m，顶宽6.0m，迎水坡打一排12m长钢板桩，桩顶高程3.3m，为增加安全保障，在基坑东侧增设二级围堰，顶高程3.5m，顶宽4m。
3.2 基坑边坡稳定性分析
选取东面和西面在泵房最深开挖位置作为最不利断面进行计算。根据《水利水电工程边坡设计规范》(SL386-2007) 规定：该坡稳定安全系数为5级，K≥1.10～1.05。
本次开挖边坡稳定计算选取两个典型断面进行计算，包括泵房最深开挖位置的东西两侧开挖边坡断面，计算结果见表1。
表1 开挖边坡稳定计算成果汇总表
4.1 定性评价
该工程附近的地下水位高，而本工程泵室开挖建基面高程达到-5.4m。从水文地质方面对井点降水效果进行定性评价：①地理位置：泵站位于所处的位置，位于官山涌内，涌内常年淤积，因此涌底覆盖着一层很厚的淤泥，可以将其近似看做隔水层，导致地下水与官山涌联系很弱。②地质条件：泵站基坑的砂层透水性较低，位于-5.4m以下。根据地层勘查结果，该区域砂层上部存在厚度3～5m的淤泥层，几乎不透水，可以看做隔水层，将砂层与地表水体隔离，因此砂层没有水源补充来源。③工程经验：工程地质条件类似、开挖深度相差不大的泵站工程，采用一级井点降水措施后，均成功将地下水位降到了基坑底部之下，证明砂基础的基坑在该降水方法下能够成功顺利的完成开挖。
4.2 定量评价
根据本工程的地质资料显示，本工程地下水类型为承压水，采用非完整井降水，地下水位降深约8m。由于建基面以下含水层表层主要为有粉砂或粉细砂，偏于安全，取大值计算，渗透系数为：k= 2.63×10-3cm/s，设计单井出水量为60m3/d。取主基坑60×40m的范围进行计算，井点间距8m。计算结果如表2所示。
表2 井点降水复核结果
通过专项计算结果可知，需要降水井的数量为19个，但实际在主基坑范围内布置了22个，满足要求。
采用单管井进行的抽水试验表明了单井降水效果较好，且本工程设计的是群井降水，降水效果将远远>单井降水。为了确保万一，本工程还结合搅拌桩基础对基坑进行处理，在开挖最深的泵室基坑区域，利用密排搅拌桩将泵室基坑四周围护成一个密闭整体，四周的地下水无法对其进行补给，基坑的出水量大大下降，保证了降水目标顺利完成。
通过定性和定量两个方面对井管降水效果进行评价，该工程所采用的多级井点降水可以有效降低该工程的地下水，基坑开挖期间并没有发生流沙，
没有的大量涌出地下水，造成基础砂粒大量流走，基坑无法挖深的现象。
文章以某泵站工程为背景，探讨了井点排水法在该工程中的运用。因为该工程地段所处地下水较高，水位降深较大，采用井点法进行基坑排水，可成功将地下水降到设计水位，且降水效果良好，保证了基坑围堰施工顺利完成，降低了基坑安全风险，维护了基坑边坡稳定[8]。在施工过程中没有发生任何质量和安全事故，外观观感良好，施工质量满足标准要求，并成功通过验收。
在类似的水利工程中可以考虑采用井点排水法进行降水，并合理设计降水井的位置和对降水井的结构进行优化来实现降水目标。在降水过程中要加强对水位和周围土体变形的监测，发现质量问题及时处理，保证施工过程的安全和顺利进行。
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