管井法降水在南水北调中线S40标的应用

1、管井法降水在南水北调中线管井法降水在南水北调中线 S40S40 标的应用标的应用1 1 概述概述南水北调中线京石段应急供水工程渠道项目 S40 标位于河北省保定市易县城西南约 20Km 处，桩号 166+616.4171+601.35，全长 4984.95m。渠道设计断面为土质梯形明渠，铺设保温板，素混凝土衬砌，设计水深 4.5m，渠底宽度 10m，纵坡 1：30000，设计流量 60m3/s，加大流量 70m3/s。2006 年 11 月和 12 月对周围居民生活用井水位和桩号为 169+416171+505 地下水位进行观察，地下水位高于渠底设计高程最大值为 4.69m。每年的 11 月和

2、12 月为枯水期，汛期和农田灌溉期地下水位比枯水季更高。设计变更增加永久排水措施，取消保温板，铺设土工膜，安装集水管及逆水阀。2 2 排降水技术方案选择排降水技术方案选择经过查询资料和专家咨询，对以下几种排降水方法进行比较，认为管井法施工排降水方案比较可行。（详见下表）管井轻型井点负压真空井明排造价较低较高最高最低运营成本较低稍高最高最低降水效果较好较好最好不好运营周期较短较长最长最短适用地质粘-砾石类粘土粘性或淤泥质土粘性浅基坑降水深度（m）5m20单级6多级200.5根据监理、业主指示，在 169+780169+880 做了管井法单侧排降水试验：井距10m,井深为渠底以下 15 米，管井直

3、径 0.6m，过滤器管直径 0.3m，过滤管采用无砂混凝土管，无砂管外围填 15cm 厚粒径为 12cm 的碎石，井管安装顺序为：沉砂管（无砂混凝土管）过滤器混凝土井管，过滤器长度同含水层厚度。根据试验结果管井排降水方案能满足施工要求，降水效果较好。3 3 管井法排降水方案施工分析管井法排降水方案施工分析为了加快施工进度，节约资金，使渠道的施工期跟正常运行期、完建期和检修期相互结合，根据水利部河北水利水电勘测设计研究院 2007 年 2 月编制的南水北调中线京石段应急供水工程 S40 标段、S41 标段高地下水位段渠道修改设计专题报告中“渠基排水设计”的有关内容：在 169+600170+60

4、0 和171+000171+601.35 段，采用管井降水法，排水井按 25m 间距布置，井深为渠底以下 15m，井管内径 30cm，井管外侧填充 10cm 厚碎石，成井孔直径60cm。从渠道中抽出的水就近流入五一干渠和五一分干渠，桩号为 169+600-170+600的排水排入五一分干渠，桩号为 171+000-171+601.35 的排水排入五一干渠，并在渠道两侧设排水沟。3.1 井管位置的选择井管位置的选择本着方便施工，便于正常运行期方便使用的原则。井管布设在主干渠 169+600170+600 和 171+000171+601.35 段的左右两岸一级马道外侧。3.2 降水目标：渠底基础

5、底部水位降低深度：根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）规定，设计降水深度在基坑范围内不宜小于 0.5m，本工程渠底基础底高程为58.549m，故确定渠底基础中心排降水后水位目标高程为 57.549m（以 170+145断面为例）。3.3 管井数量及布设单侧管井数量：160025=64 眼，取 65 眼，管井总数为：652=130 眼管井布设：渠道轴线方向管井间距离为 25m，渠道两侧各一排，与渠道中心线对称排列，距渠道中心线 22.5m。3.4 单井出水量 q 及水泵的选型根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）规定管井的出水量 q 计算如下：q=120rsL=1343.4m3

6、/d=56.0m3/h其中：rs过滤器半径（m），取 0.15m；L过滤器进水部分长度（m），57.049-43.149=13.9m；K含水层综合渗透系数（m/d），参考“修改设计专题报告”中排水流量的计算取 5 m/d。潜水泵可选取流量为 63m3/h，每眼井中可放一台，共需 130 台，地下水位可稳定保持设计降水深度。3.5 地面排水沟设计排水沟设置目的：抽出的地下水，经明沟或涵管排至五一分干渠和五一干渠内。排水沟坡降：根据现场实际地形高差，排水沟坡降取 5。排水沟位置：距中心线约 34m 截流沟处,在渠道左右岸各布设一条梯形断面排水沟，排水沟内用土工膜防渗，在跨越施工临时道路处，改为钢筋

7、混凝土涵管排水。地面排水沟单侧水流量：在 169+600170+600 段的排水流入五一分干渠，169+600 距五一分干渠 386m，170+600 距五一分干渠 665m，171+000171+601.35 段的排水流入五一干渠的有 600m，在计算地面单侧排水沟流量时，按最长段计算。单侧排水最大流量为：2746.6m3/h=1258.2 m3/h=0.35m3/s（1）梯形明渠水力断面水深计算最佳断面水深：h0=1.189nQi1/2( m m)3/8m2，Q流量，取 0.12m3/s；n糙率；取 0.03；m边坡系数，取1；i渠底比降，设为 5。求得最佳断面水深 h0=0.5m。（2）

8、梯形明渠水力最佳断面计算梯形明渠水力最佳断面宽深比为：=b0h0=2(1+m2)1/2 m=0.83求得梯形明渠水力最佳断面底宽为 b0=h0=0.4m。（3）梯形明渠实用断面计算为充分利用现场条件，降低工程造价，可对明渠断面面积进行适当调整，当实际设计过水断面较水力最佳断面面积减小 2%至增加 4%时，导流流速在增加 2%至减少 4%范围内，在此范围内仍可认为基本符合水力最佳条件。当流量 Q、比降 i、糙率 n 及边坡系数 m 为已定时，某一断面与水力最佳断面之间的关系为：（hh0） 2a2.5（hh0）+a=0=bh=（mm）a（hh0）2式中 a表示实用经济断面对水力最佳断面偏离程度的系

9、数，一般采用1.00104；h0、A0、R0分别为最佳水力断面的水深、过水断面面积、水力半径；h、A、R分别为实用断面的水深、过水断面面积、水力半径；拟定 a=1.00、1.01、1.02、1.03、1.04,根据以上公式分别求出五组 h（水深）、b（渠底宽）值如下：a=1.00 时，Q=0.35m3/s，m=0.03，n=0.50%，i=0.50%，h/h0=1.00，h=0.50m，=0.83， b=0.40m；a=1.01 时，Q=0.35m3/s，m=0.03，n=0.50%，i=0.50%，h/h0=0.82，h=0.41m，=1.73， b=0.69m；a=1.02 时，Q=0.35m3/s，m=0.03，n=0.50%，i=0.50%，h/h0=0.76，h=0.38m，=2.22，b=0.89m；a=1.03 时，Q=0.35m3/s，m=0.03，n=0.50%，i=0.50%，h/h0=0.72，h=0.36m，=2.66，b=1.06m；a=1.04 时，Q=0.35m3/s，m=0.03，n=0.50%，i=0.50%，h/h0=0.68，h=0.34m，=3.08，b=1.23m。根据以上计算并结合