胡文树

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水电勘测设计有限责任公司，新疆 库尔勒 841000)

1 工程概况

博斯腾灌区位于新疆维吾尔自治区南部的巴音郭楞蒙古自治州,地处开～孔河流域平原区。是巴州最大最古老的灌区和最主要的农业生产基地。解放二渠防渗改造工程是《博斯腾灌区续建配套与节水改造项目》中的子项目,主要改造内容为:解放二渠总干渠改造长度13.984 km,改造退水闸1座、总分水闸1座、分水闸3座、生态闸2座、倒虹吸1座、农桥1座、涵洞2座、测桥1座。其中倒虹吸位于乌拉斯台河河道内,受灌区灌溉引水的影响,施工期内乌拉斯台河内一直有水,给施工带来很大难度,倒虹吸施工时采用修建导流围堰、导流渠、基坑排水与井管排水相结合的方式。

2 基坑排水设计

倒虹吸基坑来水量主要为基坑积水、围堰渗水,而围堰渗水又分为围堰堰身渗水和围堰基础渗水[1]。

2.1 初期排水

初期排水量主要为围堰闭气后的基坑积水量。本工程基坑面积为3 600 m2,积水深度按2.0 m计算,则围堰总积水量为7 200 m3,按照1天抽排完毕,抽水强度为600 m3/h。

2.2 经常性排水

经常性排水主要包括围堰堰身与基坑在设计水头时的渗水量。围堰渗水分为围堰堰身渗水和围堰基础渗水。本工程堰体防渗后渗水较小,主要是围堰基础渗水。

2.2.1 围堰堰身渗水量

围堰堰身渗水量按以下公式联立计算[2]:

(1)

(2)

J=1/m2

(3)

式(1)～(3)中:q1为围堰单宽渗流量,m3/s-m;k1为堰身渗流系数;λ为系数,由λ=m1/(1+2m1)确定;s浸润线水平投影长度:s=L-m2(α0+H2);m1、m2为围堰上下游边坡,根据围堰下游坝坡允许渗流坡降J确定;L围堰渗径长度;H1、H2为上下游水深;β为下游坝坡与河床的夹角;α0为浸润线在下游坝坡的溢出点高度。意义如图1所示,取H1=0.59 m、H2=0 m、m1=m2=2.0。

图1 围堰堰身渗水量计算简图

经计算:q1=0.000 002 2 m3/s-m。

则:堰身总渗水量Q1=q1×L堰=0.000 7 m3/s,即2.65 m3/h。

2.2.2 围堰基础渗水量

围堰基础渗水量按以下公式计算:

(4)

n=1+0.87T/Lj

(5)

式(4)～(5)中:q2为围堰基础单宽渗流量,m3/s-m;k2为围堰基础渗流系数;T为相对透水层深度,m;Lj为围堰基础渗径长度。其余符号意义同前。

图2 围堰基础渗水量计算简图

取H1=0.59 m、H2=0 m、T=12.5 m。

经计算:q2=0.000 16 m3/s-m,则:围堰基础渗水量Q2=q2×L堰=0.005 4 m3/s,即194.63 m3/h。所以:围堰渗水量Q=Q1+Q2=0.005 5 m3/s,即197.29 m3/h。

2.3 排水设备

工程基坑积水为600 m3/h,围堰渗水为197.29 m3/h,因此选用8台WQ型潜排泵,另外为预防突发渗水,另外增配2台排污泵,本工程选用排污泵性能见表1。

表1 基坑排水设备表

2.4 机械台班计算

根据倒虹吸工程量,安排施工工期76天,需5台泵同时进行抽水,抽水台时计算如下:

台时=(一台水泵×每天工作时间×工作水泵数量×工期)=1×24×10×76=18 240小时。

3 井管排水设计

3.1 井管布置

本次采用竖井排水,共布置竖16眼,其中倒虹吸上游布置8眼,倒虹吸下游布置8眼,共分为两排,纵向间距均为20 m。

3.2 井管排水量计算

(1)井间基坑中部的水位深度:S>1085.70-1079.20=6.5 m。

(2)井深S=SW1+SW2+SW3+SW4+SW5+SW6:SW1=6.5 m(基坑深度)。具体:SW2=1.0 m(降低水位距离基地要求),SW3=2.0 m(水力坡度),SW4=1.0m(水位变化幅度),SW5=10 m(过滤器长度),SW6=1.0 m(沉淀管长度)。S=6.5+1+2+1+16+1=27.5 m。根据竖井的位置,井深确定为28 m。

(3)其它相关参数的确定:渗透系数K=0.17 m/d=0.000 001 97 m/s,设计井间水位降落值S=7.5 m,设计钻孔深度地面以下H=28 m,地下水位以下H=27 m,井孔直径d=0.8 m,影响半径R=23.28 m,根据布置的井管间距L=20 m,布井孔数n=18。

(4)涌水量计算:Q=0.334 m3/s,单井涌水量g=Q/n=0.334/18=0.019 m3/s=68.4 m3/h。

(5)井管结构确定根据上述计算及复核结果:井深:地下水位以下H=27 m,地面以下H=28 m;井距:一字形布置,井距20 m,共18口,开孔直径0.8 m;水泵:选用型号250QJ80-25型潜水泵。相关技术指标为:出水量Q=80 m3/h,扬程H=25 m,电机容量W=11 kW[3]。

3.3 井管结构设计

井管材料选用焊接钢管,外径325 mm,内径313 mm,壁厚6 mm。井管总长28 m,其中实管长1 m、透水管长27 m。要求透水管开孔率28%,纵向孔距4 cm、横向孔距6 cm,梅花形布置,孔径2 cm。

反滤结构自管外壁向外为垫筋、缠丝、包网(包网要求上搭下,防止滤料淤积)、扎网。垫筋采用8 mm圆钢,沿透水管外壁纵向排列,间距8 cm,缠丝采用12#铅丝沿滤水管外围垫筋上横向缠绕,间隙3 mm～5 mm。

包网采用100目尼龙纱网,包裹在缠丝外围。扎网采用12#铅丝,沿包网外围横向每10 cm扎一道。

3.4 井管施工

排水井施工工序为:平整钻机平台→钻孔→清孔→下井管→填滤料→安装水泵→洗井。

(1)钻孔:根据井管直径及反滤料厚度的要求,确定钻孔直径为800 mm。采用YTC300型冲击钻机造孔,钻孔工艺严格执行相关施工规范。

(2)清孔:钻孔成孔后逐渐换稀泥浆,进行抽浆清孔。

(3)下井管:井管要按顺序排列下管,管接头采用抱箍螺栓连接方式,为了保证井管处于中心位置,井管周围应绑扎厚度为20 cm的模块,保证滤料厚度,井管倾斜度应<1°,滤水管应在下管前事先制作好。

(4)填滤料:井管安装好后立即填滤料,沿井管周围均匀填入,填至地面即可。滤料规格2 mm～3 mm,滤料平均厚度20 cm～24 cm。要求连续填入,不能中途停顿。填砾完成后必须立即安装水泵抽水洗井,至井水清澈完成洗井工序为准。不允许中间停顿,以确保井管的排水效果。

(5)水泵安装:填滤料结束后即应安装水泵,水泵出水井管口处安装三通,一支接水泵出水管,一支接排水管,排向闸下游,一支接回水管,通入井管中(用于保持井内水位,防止掉泵)。

3.5 机械台班计算

根据倒虹吸工程量,基坑排水安排施工工期76 d,需18台潜水泵同时进行抽水,抽水台时计算如下:台时=(一台水泵×每天工作时间×工作水泵数量×工期)=1×24×18×76=32 832 h。

4 结 论

施工排水是水利工程建设中很常见的一种临时性施工措施,前期加强水文地质调查分析,掌握主要水文地质参数,是对施工排水布置及排水量计算的重要依据。本文最终取得了良好的施工效果,可为相关工程提供借鉴。