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摘要 为探索深井降水在簸箕李灌区长距离渠道衬砌中的应用，采用对比选取降水方式，采取虚拟基坑进行水力计算，确定井深、井距、降水时间等布井参数。通过施工确认了深井降水计算数据的合理性。该研究可为长距离渠道衬砌的降水及水利计算问题提供科学依据。
关键词 簸箕李灌区；深井降水；衬砌；降水方式；水利计算；质量控制
中图分类号 S273.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）14-0190-02
1 工程概况
1.1 施工地理位置
簸箕李引黄灌区是全国大（Ⅰ）型灌区，位于山东省滨州市西部，黄河下游左岸。地理坐标为东经117°14′37″～117°58′44″、北纬37°07′41″～38°14′57″，呈南北狭长形状，南北长130 km，东西平均宽17 km，控制版图面积22.4万hm2。纵贯惠民、阳信、无棣和德州庆云，涉及24个乡镇，设计灌溉面积为7 266.7 hm2。据2013年统计资料，区内国民生产总值332亿元，总人口110万人，人均耕地1 306.7 m2，农民人均纯收入10 143元。
本次施工主要建设内容为山东省发展和改革委员会“鲁发改农经〔2012〕30号”文批复《滨州市簸箕李灌区续建配套与节水改造工程（第五期）可行性研究报告》的部分内容。依据山东省发展和改革委员会、山东省水利厅鲁发改投资〔2014〕833号文“关于转发下达大型灌区续建配套和节水改造工程2014年中央预算内投资计划的通知”和山东省发展委员会、山东省财政厅鲁发改投资〔2014〕1002号文“关于下达中央预算内投资大型灌区续建配套和节水改造工程2014年省财政专项配套投资计划的通知”，工程预算总投资 3 057.29万元。具体位置为灌区一干渠10 434～16 861段共6.427 km渠道衬砌、配套管理道路及水土保持治理、改造沿途涵闸13座。设计采用58 cm×38 cm×8 cm砼板护砌两岸[1-2]。底宽9 m，弯道及桥下全断面护砌长度共1 302.9 m。其他渠底，因芦苇、蒲草等杂草丛生，采用水泥土护底。根据技术要求衬砌工程需要在河底开挖40 cm×60 cm齿槽浇筑混凝土齿墙，但是沿河地区地下水位较高，在沿河地带由于水的流动及静水压力和渗透水压的联合作用，极易使砂土产生液化现象形成流砂，开挖齿槽时容易造成坍塌。因此，降低地下水位达到开挖齿槽标准成为施工中的首要问题，如果降水不达标，容易造成开挖齿槽坍塌或者浇筑齿墙不达标，不但会加大工程投入还会影响工程质量。故如何降水成为工程的首要难题。
1.2 水文地质情况
根据水文地质报告，区域内地下水为第四系孔隙潜水，主要接受大气降水和灌区引黄河道来水补给，以垂直蒸发排泄为主，地下水的升降与大气降水、干渠水位和附近河道蓄水密切相关，含水层为粉质砂壤土，含水层间密切联系，地下水赋存于粉质砂壤土及黏土裂隙、孔隙中，具有一定连通性[3]。多为层状、网状分布，裂隙分布不均匀，以表层为主，透水性不均一。勘察期间10 434～16 861段地下水位埋深3.10～3.80 m，地下水位平均高程7.30 ～9.00 m，常年变化幅度为0.50～1.90 m。据本次双环渗水试验分析，浅层粉质壤土渗透系数平均为7.28×10-4 cm/s，粉质砂壤土的渗透系数平均为2.83×10-4 cm/s。为中等透水。
2 降水方式的选择
自2005年以来，灌区从上游开始共完成续建配套与节水改造工程十一期，累计衬砌渠道73.916 km。因为需要降水深度不大（1 m左右），以往工程都采用在河底顺河方向开挖降水明沟加集水井进行降水。水量丰富时，加横向降水明沟就能满足降水需求。本次工程位于灌区下游，因为河道比降，施工高程下降很多，加上施工位置位于灌区西部地势偏高地区，需降低水位深度增加为2 m左右。河道内除护底外还要做水泥土处理。河道底宽也从原来的17 m缩短为9 m。综合以上因素，以往的降水明沟加集水井的降水方式既不能满足降水要求又妨碍影响施工。而其他轻型井点降水和喷射井点降水因需要场地和运行故障率高等特点，均不适合本次工程降水。
深井井点降水是在深基坑周围埋置深于基底的井管，依靠深井泵或深井潜水泵将地下水从深井内扬升到地面排出，使地下水位降至坑底以下。深井井点降水具有排水量大、降水深、不受吸程限制、井距大等优点。深井井点降水适用于渗透系数较大（0～250 m/d）、土质为砂石、碎石及地下水丰富的区域。经过对比分析本次工程决定采用深井井点降水[4]。
3 水力计算
衬砌断面为梯形，底宽9 m，边坡1∶2，衬砌高度2.7 m。在渠底两侧需开挖0.4 m×0.6 m齿墙。衬砌长度6.427 km，拟沿河道两岸交错布置排水深井。将整个河道设想为一个大的虚拟基坑进行计算。则基坑开挖深度b=2.7 0.6=3.3 m。槽底宽9 m，井距离衬砌护坡0.6 m。则无砂管上口与开槽远端水平距离Lx=9 2.7×2 0.6=15 m[5]。工程开始前提前采取单井带一个观测井的方法，利用穩定现场抽水试验得出渗透系数k=1.5 m3/d。降水前地下水位线离槽上口1 m，要求降水后地下水位线离槽底Δh=0.5 m，水利坡度J=1/4。
3.1 无砂管埋设深度（H）
H≥h1 Δh JLx=3.3 0.5 1/4×15=7.55 m，取H=8 m。
3.2 初步确定井群涌水量
3.5 降水天数
现场测定土密度r=1.7 g/cm3，降水后土壤含水量减少ΔW=8%，则Tmin=4S′2LrΔW/Q=4×7.52×101.9×1.7×8%/1 474.12=2.12 d。
4 井点降水施工中的质量控制
4.1 打井
打井时雇佣当地有经验的打井工进行，为避免井底掉落沉渣，打井前应在井口预埋护筒，填沙后才可拆除。无砂管之间的连接处用滤网封口并用铁丝捆扎。采用托盘钢丝绳下管法下井管。井的外围要填入3～10 mm粗砂或米石，应均匀下入，避免“架桥现象”，至少填至距离地面1 m。如果在打井过程中设计井深超过亚黏土层时可将井深度缩小，用增加排水井数量的方法予以解决。
4.2 洗井
现场做出合理排水计划，及时排除抽出的地下水，在井打好后立即进行抽水作业，不能搁置时间过长或完成钻探后集中洗井。洗井开始时要使用大功率水泵，使水位差控制在要求范围之内。留有备用设备，一经开始，就要不间断进行抽水，直至工程结束。防止排出的地下水回渗或流入基坑。施工过程中不上水也不能停泵，水泵在水下是不会烧坏的。等水位上升到一定高度时，水泵会自动恢复抽水，以保证地下水位相对稳定。
4.3 封井
降水井抽水完成后，应按照规范要求及时封堵。封井前应先用大功率水泵尽量降低井内水位。下部井管最好填砂或用黏土球进行封堵。上部2～3 m要拆除井管，清除滤料，用黏土夯实。
施工时当连续抽汲3 d后，即出现断续出水现象，抽到4 d时，抽汲30 s，断续30 s左右。此时表明地下水位基本稳定，可立即进行开挖齿墙。通过施工充分证明了将长距离引黄渠道设定为虚拟基坑计算深井降水布置参数的可行性和合理性。
5 参考文献
[1] 中华人民共和国建设部.建筑与市政降水工程技术规范：JGJT111-1998[S].北京：中国建筑工业出版社，1998.
[2] 中华人民共和国建设部.建筑基坑支护技术规程：JGJ120-99[S].北京：中国建筑工业出版社，1999.
[3] 江正荣.建筑施工计算手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2007.
[4] 秦夏强.超深基坑工程承压水控制实践与研究[D].西安：西安建筑科技大学，2008.
[5] 刘振界.南水北调渠道深井降水自动化研究[J].科技传播，2014（7）：99-100.
关键词 簸箕李灌区；深井降水；衬砌；降水方式；水利计算；质量控制
中图分类号 S273.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）14-0190-02
1 工程概况
1.1 施工地理位置
簸箕李引黄灌区是全国大（Ⅰ）型灌区，位于山东省滨州市西部，黄河下游左岸。地理坐标为东经117°14′37″～117°58′44″、北纬37°07′41″～38°14′57″，呈南北狭长形状，南北长130 km，东西平均宽17 km，控制版图面积22.4万hm2。纵贯惠民、阳信、无棣和德州庆云，涉及24个乡镇，设计灌溉面积为7 266.7 hm2。据2013年统计资料，区内国民生产总值332亿元，总人口110万人，人均耕地1 306.7 m2，农民人均纯收入10 143元。
本次施工主要建设内容为山东省发展和改革委员会“鲁发改农经〔2012〕30号”文批复《滨州市簸箕李灌区续建配套与节水改造工程（第五期）可行性研究报告》的部分内容。依据山东省发展和改革委员会、山东省水利厅鲁发改投资〔2014〕833号文“关于转发下达大型灌区续建配套和节水改造工程2014年中央预算内投资计划的通知”和山东省发展委员会、山东省财政厅鲁发改投资〔2014〕1002号文“关于下达中央预算内投资大型灌区续建配套和节水改造工程2014年省财政专项配套投资计划的通知”，工程预算总投资 3 057.29万元。具体位置为灌区一干渠10 434～16 861段共6.427 km渠道衬砌、配套管理道路及水土保持治理、改造沿途涵闸13座。设计采用58 cm×38 cm×8 cm砼板护砌两岸[1-2]。底宽9 m，弯道及桥下全断面护砌长度共1 302.9 m。其他渠底，因芦苇、蒲草等杂草丛生，采用水泥土护底。根据技术要求衬砌工程需要在河底开挖40 cm×60 cm齿槽浇筑混凝土齿墙，但是沿河地区地下水位较高，在沿河地带由于水的流动及静水压力和渗透水压的联合作用，极易使砂土产生液化现象形成流砂，开挖齿槽时容易造成坍塌。因此，降低地下水位达到开挖齿槽标准成为施工中的首要问题，如果降水不达标，容易造成开挖齿槽坍塌或者浇筑齿墙不达标，不但会加大工程投入还会影响工程质量。故如何降水成为工程的首要难题。
1.2 水文地质情况
根据水文地质报告，区域内地下水为第四系孔隙潜水，主要接受大气降水和灌区引黄河道来水补给，以垂直蒸发排泄为主，地下水的升降与大气降水、干渠水位和附近河道蓄水密切相关，含水层为粉质砂壤土，含水层间密切联系，地下水赋存于粉质砂壤土及黏土裂隙、孔隙中，具有一定连通性[3]。多为层状、网状分布，裂隙分布不均匀，以表层为主，透水性不均一。勘察期间10 434～16 861段地下水位埋深3.10～3.80 m，地下水位平均高程7.30 ～9.00 m，常年变化幅度为0.50～1.90 m。据本次双环渗水试验分析，浅层粉质壤土渗透系数平均为7.28×10-4 cm/s，粉质砂壤土的渗透系数平均为2.83×10-4 cm/s。为中等透水。
2 降水方式的选择
自2005年以来，灌区从上游开始共完成续建配套与节水改造工程十一期，累计衬砌渠道73.916 km。因为需要降水深度不大（1 m左右），以往工程都采用在河底顺河方向开挖降水明沟加集水井进行降水。水量丰富时，加横向降水明沟就能满足降水需求。本次工程位于灌区下游，因为河道比降，施工高程下降很多，加上施工位置位于灌区西部地势偏高地区，需降低水位深度增加为2 m左右。河道内除护底外还要做水泥土处理。河道底宽也从原来的17 m缩短为9 m。综合以上因素，以往的降水明沟加集水井的降水方式既不能满足降水要求又妨碍影响施工。而其他轻型井点降水和喷射井点降水因需要场地和运行故障率高等特点，均不适合本次工程降水。
深井井点降水是在深基坑周围埋置深于基底的井管，依靠深井泵或深井潜水泵将地下水从深井内扬升到地面排出，使地下水位降至坑底以下。深井井点降水具有排水量大、降水深、不受吸程限制、井距大等优点。深井井点降水适用于渗透系数较大（0～250 m/d）、土质为砂石、碎石及地下水丰富的区域。经过对比分析本次工程决定采用深井井点降水[4]。
3 水力计算
衬砌断面为梯形，底宽9 m，边坡1∶2，衬砌高度2.7 m。在渠底两侧需开挖0.4 m×0.6 m齿墙。衬砌长度6.427 km，拟沿河道两岸交错布置排水深井。将整个河道设想为一个大的虚拟基坑进行计算。则基坑开挖深度b=2.7 0.6=3.3 m。槽底宽9 m，井距离衬砌护坡0.6 m。则无砂管上口与开槽远端水平距离Lx=9 2.7×2 0.6=15 m[5]。工程开始前提前采取单井带一个观测井的方法，利用穩定现场抽水试验得出渗透系数k=1.5 m3/d。降水前地下水位线离槽上口1 m，要求降水后地下水位线离槽底Δh=0.5 m，水利坡度J=1/4。
3.1 无砂管埋设深度（H）
H≥h1 Δh JLx=3.3 0.5 1/4×15=7.55 m，取H=8 m。
3.2 初步确定井群涌水量
3.5 降水天数
现场测定土密度r=1.7 g/cm3，降水后土壤含水量减少ΔW=8%，则Tmin=4S′2LrΔW/Q=4×7.52×101.9×1.7×8%/1 474.12=2.12 d。
4 井点降水施工中的质量控制
4.1 打井
打井时雇佣当地有经验的打井工进行，为避免井底掉落沉渣，打井前应在井口预埋护筒，填沙后才可拆除。无砂管之间的连接处用滤网封口并用铁丝捆扎。采用托盘钢丝绳下管法下井管。井的外围要填入3～10 mm粗砂或米石，应均匀下入，避免“架桥现象”，至少填至距离地面1 m。如果在打井过程中设计井深超过亚黏土层时可将井深度缩小，用增加排水井数量的方法予以解决。
4.2 洗井
现场做出合理排水计划，及时排除抽出的地下水，在井打好后立即进行抽水作业，不能搁置时间过长或完成钻探后集中洗井。洗井开始时要使用大功率水泵，使水位差控制在要求范围之内。留有备用设备，一经开始，就要不间断进行抽水，直至工程结束。防止排出的地下水回渗或流入基坑。施工过程中不上水也不能停泵，水泵在水下是不会烧坏的。等水位上升到一定高度时，水泵会自动恢复抽水，以保证地下水位相对稳定。
4.3 封井
降水井抽水完成后，应按照规范要求及时封堵。封井前应先用大功率水泵尽量降低井内水位。下部井管最好填砂或用黏土球进行封堵。上部2～3 m要拆除井管，清除滤料，用黏土夯实。
施工时当连续抽汲3 d后，即出现断续出水现象，抽到4 d时，抽汲30 s，断续30 s左右。此时表明地下水位基本稳定，可立即进行开挖齿墙。通过施工充分证明了将长距离引黄渠道设定为虚拟基坑计算深井降水布置参数的可行性和合理性。
5 参考文献
[1] 中华人民共和国建设部.建筑与市政降水工程技术规范：JGJT111-1998[S].北京：中国建筑工业出版社，1998.
[2] 中华人民共和国建设部.建筑基坑支护技术规程：JGJ120-99[S].北京：中国建筑工业出版社，1999.
[3] 江正荣.建筑施工计算手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2007.
[4] 秦夏强.超深基坑工程承压水控制实践与研究[D].西安：西安建筑科技大学，2008.
[5] 刘振界.南水北调渠道深井降水自动化研究[J].科技传播，2014（7）：99-100.