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摘 要:地下水位控制在很多工程中都是十分重要的问题。在泵站地基处理施工中，地下水位过低或地下水位流动均会在一定程度上影响地基的处理效果，因此有必要控制好地下水位。本文结合工程实例，介绍了泵站地基处理施工中地下水位变化的危害，并对地下水位的控制措施——管井泵井点法进行探讨。
关键词:泵站；施工；地下水文；危害；管井方案
引言
在泵站工程建设中，地基处理是一项重要的工程，关系到工程的结构的安全。在泵站地基处理施工中，经常会遇到地下水处理的难题。如边坡塌方、基坑积水、地质破坏，土质稀软等危害，主要的因素是由于地下水位的控制不当引起的。这不仅影响工程施工质量和进度，而且还会产生严重的安全问题。因此，我们应该对地下水位的控制工作给予足够的重视。
1 案例介绍
某泵站工程地基持力层淤泥粉土承载力达不到设计要求，设计使用水泥搅拌桩对地基进行处理，设计桩体直径为0.63m,桩体长度为15.5m，要求水泥试块90d后无侧限抗压强度要超过1.5MPa,要求符合地基承载力大于140kPa。由于该地区水位比较高，为防止地下水位变化对搅拌桩质量造成影响，需要控制好施工区域中的地下水位。
2 泵站地基处理施工中地下水位变化的危害
(1)地震在达到一定的强度值时，黏性土和饱和性黏土的性质会发生显著的变化，土体会表现为液化的特征。这些因素会导致土体液化，降低土体的承载力。在高强度持续振动的影响下，会导致孔隙水不断增加，进而降低有效应力。随着有效应力的不断减弱，砂粒就会出现流动导致土体的承载力丧失。液化会表现为喷砂冒水。受上部压力的影响，液化砂土较薄的地方会在地下产生空洞，导致表面发生塌陷。液化砂土从地下沿缝喷到地上后，会导致地面裂缝进一步扩展。液化土重新沉积后会进一步破坏上部结构，严重影响了泵站地基的稳定性。
(2)地下水位升高后，对于斜坡、岸坡、河谷等地段，受水浸泡影响，岩土会软化，抗剪强度也会随之降低，进而对岩土层的稳定性造成影响。随着地下水位的下降，水会顺着斜坡渗透到岩土层，出现溶蚀和潜蚀现象，导致岩土结构被破坏，影响岩土的稳定性。 如果任其发展会导致岸坡、河谷、斜坡的岩石出现滑动，产生滑坡进而影响建筑的施工质量。
(3)地下水动水压力超过土粒可以承受的浮容重或者地下水水力坡度比临界水力坡度大时就会出现流砂。一般情况下流砂是在地下水位以下开挖基坑、打井、设置地下管道而造成的。常在粉砂、细砂、轻亚黏性土中出现。在施工过程中，流砂会导致土体出现流动，破坏建构筑物，影响建筑的稳定性。
(4)地下水位基础底面下压缩层范围出现变化时，压缩层范围中地下水会升高，岩土受到浸泡后会软化，降低地基的强度，增加压缩性。建筑会出现比较大的沉降，甚至还会出现变形，破坏上部结构。尤其是遇到膨胀土、湿陷性黄土等结构稳定性差的土质时，这一情况更加明显。而当压缩层地下水范围降低时，会导致岩土的自重压力升高，导致基础出现附加沉降。当地基均匀性比较差时，基础就会出现不均匀沉降，使建筑出现倾斜或变形，甚至被破坏。因此，做好地下水位的控制工作在保证工程质量方面具有重要意义。
3 选择合理的措施控制地下水位
当前，主要使用井点降水法和集井明排法来控制地下水位。井点降水法有喷射井点法、轻型井点法、管井泵井点法、深井泵井点法。集井明排法用来对浅层地下水和地面径流进行控制，对深层地下水控制效果差。井点降水法可以有效控制深层地下水，具有排水量大、施工设备简单、设备维护方便、降水深度大等优点。在大多数泵站工程中均得到了广泛应用。本工程使用管井泵井点法对地下水位进行控制。
4 布置管井方案
4.1 确定参数
(1)影响半径R的确定
式中，S为降深，m；H为含水层厚度，m；K为渗透系数，m/d。
(2)基坑等效半径r0的确定
r0=0.29(a+b) (2)
式中，b为基坑宽度m；a为基坑长度，m。
(3)基坑涌水量Q的确定
(4)管井单井出水量q的确定
式中，rs为过滤器半径，m；l为过滤器淹没段长度m。
(5)管井数量n的确定
经过计算后，先初次确定9个管井，考虑到美观性，最后决定管井数量为10个，设计管井直径为0.32m。管井布置方案如图1所示。
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图1 管井布置方案
4.2 审查初步方案
为了保证初步降水方案可以达到搅拌桩施工过程中对地下水位的基本要求，通过对初步方案降水后的浸润线位置进行计算后，将降水效果确定出来。因为是几个管井同时进行作业的，各个管井会互相影响。一个井独自进行工作时，管井周围会出现渗流场。如果假设水的流速势为ρi，那么就有:
(6)
式中，ρi为第i个单井水的流速势；C为常数。
单个普通井浸润线方程为:
(7)
将式(7)代入式(6)，计算出单井流速势为:
(8)
按照流速叠加基本原理，如果n个管井同时进行作业时，各个管井单独作用到此点时ρi之和为任意管井点势函数值。
(9)
在本项目中，井群所占据的空间较小，地层的基本特征相差也不大，设各个管井的出水量一致，那么就有:
Q1=Q2=Qn=Q/n (10)
在公式中各个管井的出水量的和为Q，那么可以将上述公式写成:
(11)
根据影响半径R的基本概念，R长度通常会比各个管井之间的距离大，因此,可以认为:r1≈r2≈…≈rn=R，z=H，将这些数值带入到上述公式中后，可以确定出C3值为:
(12)
将式(12)代入式(11)，可以求出浸润线方程:
(13)
以上式中，In为n个管井同时工作时的流速势。Y以泵站中心线轴线断面对其浸润位置进行计算，如图2。根据图2发现，使用初步方案轴线计算出来的地下水位还很高，没有达到施工降水的基本要求，还需要增设管井。因此,需要结合轴线画出浸润线的外形，分别在轴线延伸线的两端分别布置一个管井。
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图2 初步降水方案泵站轴线断面浸润线位置示意图
通过计算发现，泵站轴线浸润线的位置达到施工基本要求。在实际施工时，要不定期监测泵站轴线出管井的水位。监测证明，井点取得了良好的降水效果，达到了计算预测值，完成搅拌桩施工后，分别进行了堆载试验，一共抽选了7根桩进行试验，测得施工后地基承载力为145kPa,达到了设计要求。
5 结语
综上所述，为了保证水泥搅拌桩的施工质量，防止地下水位的流动和地下水位过高等因素对搅拌桩施工的影响，本工程决定采用管井泵井点法降低地下水位。在初步确定相关参数的基础上，布置管井方案，并使用井群理论对浸润线的位置进行计算，对初步方案进行了审核并调整，其计算结果和实际监测结果相同。采用管井降水措施后，有效保证了搅拌桩的施工质量。地基处理完成后进行了堆载试验，复合地基的承载力达到了施工设计的基本要求。
参考文献
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[2] 李洪洲.浅谈水利工程基础施工中地下水的处理[J].建筑工程技术与设计.2015
[3]曾援.浅谈基础施工中地下水的处理方法[J]. 城市建设理论研究（电子版）.2016
论文作者:王俊杭 许华
论文发表刊物:《基层建设》2016年29期
论文发表时间:2018/8/28
标签：管井论文; 泵站论文; 地下水位论文; 地基论文; 地下水论文; 轴线论文; 基坑论文; 《基层建设》2016年29期论文;