花园口东大坝引黄闸降水方案

1、黄河花园口临河侧人工降水技术何克慧1，林占房 2，王三奇 2，何克勤 1，（1河南华宸工程建设有限公司.郑州 450007 2.河南裕华建设安装工程有限公司.郑州 4500053；）作者简介：何克慧（1968），女，助理工程师，河南华宸工程建设有限公司工程科长、国家二级注册建造师，郑州市伊河路101号，450007。Email:引言：随着全球温室效应发生，我国许多城市水资源也由过去的丰沛变为枯竭，国家加大对水资源的控制，黄河沿线城市也不列外，工程建造也越来越复杂多变，由于是临河建造各种取水工程，因此对人工降水的要求也越来越严格，本文详细阐述了黄河花园口段人工

2、深井、与轻型井点相结合的降水技术。一、降水工程任务1、任务来源本工程为河南郑州花园口东大坝引黄闸工程，该工程位于黄河右岸郑州市邙山风景区境内，花园口东大坝和东大坝下延工程1坝间，距原二水厂引黄闸、灌溉闸上游约50m处，因防汛需要，在花园口东大坝和东大坝下延工程1坝间修筑防汛路，原引水闸进水渠被防汛路阻断，故急需新建引水闸以满足市区供水和农田灌溉需求，本工程即为新建引黄闸。根据设计图纸要求，该工程为两孔2.5米*3.0米闸室引黄闸，该闸室底标高为85.5米（祥见闸室剖面图），位于现地面（现地面标高89.73米）下，须进行人工降水方能施工闸室地板及闸室工程。2、降水范围根据设计图纸要求结合现场自然

3、条件，本工程基坑开挖范围均在此次降水范围内。（祥见基坑开挖平面图）3、降水深度由于本工程位于原引黄闸进水故道上，地下水蕴含丰沛。闸室底设计标高为85.5米，闸室地板下设100mm厚C15混凝土垫层，垫层下为300mm厚碎石辱垫层，而现场自然地面标高为89.73米，也即闸室基坑开挖深度为89.73-（85.5-0.10-0.30）=4.63米。为保证基坑开挖时，基坑不出水、涌水，基坑土符合开挖要求，地下水必须降至标高85.4米以下，本方案按标高83.4米设计。故本工程的降水平均深度为89.73-83.4=6.33米。4、工期要求河南郑州花园口东大坝引黄闸工程位于黄河花园口右岸控导工程处，根据本工

4、程施工组织总设计的要求，本工程总工期为119天， （2007年2月1日至2007年5月26日），其中人工降水工期43天，（2007年 2月6日-2007年3月20日），结合三门峡每年3月15日-20日桃花汛放水影响，为保证引黄闸基础工程的施工，本工程基坑降水工期确定为35天（2007年 2月13日-2007年3月20日）。二、降水区的自然地理概况1、降水区的位置本着节约土地减少施工区域的原则，在布置降水井、井点及设备上力求紧凑合理，结合本工程自然地理条件的特点，本工程的降水区主要选在基坑开挖区范围内。附：降水区的总平面图2、地形本工程位于黄河右岸郑州市邙山风景区境内，花园口东大坝和东大坝下延工

5、程1坝间，距原二水厂引黄闸、灌溉闸上游约50m处，本工程就建在原二水厂引黄闸渠道上。本工程的右侧为黄河湾流区，此处为黄河冲积沙滩，沙滩最高标高为91.17米，面积约900。因此，拟建引黄闸地形地物较为复杂，地形起伏总趋势南高北低，勘探点孔口最高标高为91.36m（原有引黄闸下游处），探孔深15.45米；勘探点孔口最低标高为90.40m（原有引黄闸上游处），探孔深16.45米，两勘探孔相对高差为0.96m。3、水文经过勘察，黄河目前流量为200m m3/s。河曲发育中等，河底坡降不大，勘察期间河水面坡降在1.11左右。二水厂临时引黄渠流量为15 m3/s，二水厂引黄渠渠底深度在1m1.5m之间，

6、一般1.2m。本次勘察测得河水水位标高为87.2m87.3m。4、气象郑州市气候属北温带大陆性季风气候。在太阳辐射、地形地质、大气环流等因子的的共同作用下，形成了冷暖适中、四季分明、雨热同期、干冷同季、气候灾害频繁等特征。资料表明郑州市平原和丘陵地区春季开始的时间大致在3月27日，终止于5月20日，历时55天；夏季开始于5月21日，终止于9月7日，历时110天；秋季开始于9月8日，终止于11月9日，历时63天；11月10日至次年的3月26日为冬季，长达137天。根据郑州市气象台观测资料，郑州地区的气象指标如下：（1）气温：多年平均气温14.3，极端最高气温为430 ，极端最低气温为197 ，炎

7、热期（日最高气温35的时段）每年有822天，酷热期（日最高气温40的时段）平均每年只有1天，寒冷期（日最低气温一5的时段）为2134天，严寒期（日最低气温一10的时段）为14天。无霜期220天左右。（2）降水量：多年平均降水量638.6mm，最大日降水量289mm。（3）蒸发量：多年平均蒸发量1807.4mm。（4）相对湿度：多年平均为67%。（5）日照时间：郑州市区（以郑州市国家基准气候站所在地3443，11339为测点）每年最早的日出时间是北京时间时分（月），最晚的日出时间是时分（月），最早的日没时间为时分（月），最晚日没时间为时分（月、月）。太阳可照时数（昼长）从冬至日到夏至日逐渐增加，

8、从小时分过渡到小时分。全年可照时数为小时（闰年为4441小时）。（6）风向与风速：郑州市平均风速夏季为2.8m/s,主导风向为南风,冬季为3.5m/s,主导风向为东北风,基本风压0.4kN/m2。（7）最大风速为18-22m/s，极大风速为22.8m/s。5、交通及周围环境状况根据工程实际情况和现场踏勘情况来看，为保证本工程施工时所需的生产、生活的需要，施工临时生产及生活设施应布置在东大坝下延工程1坝上，这样可以充分利用东大坝下延工程1坝顶面，以满足施工需要。本工程对外交通较为便利，通过风景区内道路，可与市郊公路相接，建筑材料和设备可直接运送至施工现场。三、工程地质及水文地质条件1、地层分布地

9、层分布因阶地不同而有较大差异，根据地貌单元，黄河中段可确定为一级阶地。各钻孔勘探深度范围内所揭露的地层自上而下均为第四系全新统冲积层（Q4al）第四系全新统冲积层（Q4al）砂壤土：深度在4.0米-5.0米间，该层大部呈连续分布，局部呈块状分布。细砂：深度在12.6米-15.95米间，该层连续分布。中砂：深度在4.0米-5.0米间，该层连续分布。详见工程地质剖面图。2、岩性第四系全新统冲积层（Q4al）砂壤土：灰褐色。由石英、云母细片、岩屑、粘粒、腐植物及灰色细颗粒、矿物等组成。详见1-1，、2-2，、3-3，剖面。细砂：灰色。由石英、云母细片、岩屑、粘粒、腐植物及灰色细颗粒、矿物等组成。详见

10、1-1，、2-2，、3-3，剖面。中砂：灰色。由长石、石英、云母细片组成。松散。稍湿饱和。详见1-1，、2-2，、3-3，剖面。3、结构郑州地区在地质构造上主要由黄河流冲积而成，黄河古冲积扇是其核心部分。亦为华北平原最早露出水面的地区,海拔40100米。黄河冲积扇第三纪以来均于下降阶段，沉积了厚层冲积物。自上更新世以来，黄河的堆积起了主导作用。由于上更新世以来地壳的三次下降和相对稳定，形成了三期黄河古冲积扇的重叠堆积。三期黄河古冲积扇的发育，一次较一次向前扩展，因而规模一次比一次增大。尤以晚期为甚。花园口-东坝头的黄河河段为脊轴形成范围广阔的冲积扇形平原,地势平坦,地下水丰富，。但黄河河床每年

11、都有所加高，形成了区内的脊椎，脊椎呈东北向、东南向显著倾斜。历史上黄河多次泛滥改道均发生在此，遗留有许多故道残堤、缓岗沙丘与槽状洼地，使局部地区出现了内涝、风沙、盐碱等不利条件，成为平原上农业生产不稳定地区。4、含水层类型一级阶地地下水为埋藏于第四系全新统冲积层砂壤土、细砂、中砂中的孔隙水，为潜水，个别孔段在砂壤土层中揭见上层滞水。本次勘察在1钻孔内取水试样各一件，根据水质分析成果，地下水类型分别为：HCO3-C1-SO42-Ca2+型、HCO3-Ca2+型、HCO3-C1-SO42-Ca2+型、HCO3-SO42-Ca2+型；PH值为6.77.6。本场地环境类别为类，依据岩土工程勘察规范（G

12、B5002194）第13.3.2条及13.3.3条判定：沿线地下水对混凝土结构均无腐蚀性，沿线地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋不具腐蚀性；沿线地下水对钢结构均具弱腐蚀性。5、富水性黄河中段河南郑州花园口东大坝引黄闸工程（级阶地）孔隙水埋深1.37.8m，相应标高88.4381.93m。6、地下水的补给潜水的补给主要是大气降水和地表水，也可能有承压地下水，地表水对潜水的补给，情况比较复杂。河流与潜水有互为补给关系。在洪水期，河流水位高于两岸的潜水水位，河流则补给潜水；到了枯水季节，河流水位低于两岸潜水水位 ，两岸的潜水则补给河流。实际上，在一次洪水涨落过程中，也可能出现这样的情况。黄河下游河床比地

13、面高，因而河水单向补给潜水。7、径流一级阶地地段地下水，因微具承压性，其水位等于河水水位。河床为沙壤土、细砂，地下水直接受河水的影响，河水水位与地下水水位基本一致；地下水水位主要受河水渗透影响。8、排泄条件和状态特征 地下水的主要排泄方式为潜水蒸发和河道排泄。潜水的排泄方式有水平排泄和垂直排泄两种。水平排泄是主要的方式。潜水在重力作用下，向低洼的地方汇集流动，最后出露地表成泉，补给河流或地表其他水体。在地表坡度较大的河流中上游，河流排泄潜水的现象比较普遍。由潜水补给的泉，是在重力作用下自然流出的，一般无承压上涌现象。垂直排泄即潜水通过蒸发排泄。潜水蒸发的强烈程度取决于当地的温度、湿度、潜水的埋

14、藏深度等。潜水以垂直排泄为主，潜水的矿化度往往较高。 地下水的状态特征为毛细水和空隙水。四、降水方案设计1、方案设计依据1、河南黄河水文勘测总队2006年12的花园口东大坝引黄闸工程地质勘察。2、河南黄河勘测设计研究院二OO六年12月河南郑州花园口东大坝引黄闸工程施工设计图。3、建筑桩基技术规范（JGJ9494）4、地基基础施工及验收规程（GBJ20283）5、临近场地地质资料6、水文地质手册7、其他技术资料及我公司研究成果2、工程特点分析、降水方案选择1、工程特点分析该工程采用C7.8CFG桩地基，C15砼垫层，基础顶面埋置于现状水位下4.66.33m。含水层中地下水水位基本与现状水位持平。

15、其基顶上4m之下呈透镜状分布厚大于7.5m的细砂层，须采取降水措施方能施工。2、场地地下水为埋藏于砂壤土、细砂、中砂层中的孔隙潜水，微具承压性，静止水位约1.3米，含水层厚约16.63米。根据郑州市K值（渗透系数）分布图及我们在黄河花园口多年的工作经验，确定地下降水工程采用渗透系数K=20m/d。应注意的是现时正处在接近桃花汛，水位会有所上涨（水位上涨时间约在每年的3月15日至20日）。3、降水方案选择方案一：根据拟建场地地质条件及地下埋藏条件并结合拟建物基础型式，拟采用深井降水为主井点降水为辅。现地下水静止水位1.3米，基底（临河侧）位于自然地面下4.65.3米，地下水至少应降至5.66.3

16、米，降深达8.0米。方能满足施工要求，保证干作业以保证质量。方案二：根据拟建场地地质条件及地下埋藏条件并结合拟建物基础型式，如采用深井降水和井点降水相结合仍不能把地下水降至设计标高，靠临河侧（北侧和南侧）采用止水帷幕桩阻滞地下水，同时于临河侧降水井中加大离心泵型号，从而加大抽水流量来保证降水效果。3、堪察结论与论证1、结论（1）黄河现有堤基、堤身均具一定稳定性。（2）郑州市地震动峰值加速度为0.15g（相当于地震抗震设防为烈度7 度）场地类别为类，为建筑抗震相对有利地段。（3）黄河沿线地下水除局部地段外，均对混凝土及钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性；对钢结构均有弱腐蚀性。（4）黄河沿线流经的一级

17、阶地除局部近新沉积的细砂、粉土外，均可不考虑液化影响。（5）黄河中段的砂土层较厚，抗冲刷能力差，易产生渗透变形，在地震力作用下易发生液化，且在施工过程中易发生流砂现象。无潜蚀和管漏作用。2、论证（1）地基土中因细砂、中砂层较厚在河水的动力作用，砂土易于流失，对基础的危害较大。因此，应对施工区域的围堰加以处理，即：当河水流量不大时（200m3/s）可采用编织袋装土堆砌加固处理；当河水大时（1000m3/s）可采用C20混凝土表面素喷（素喷混凝土厚度为100mm）加固处理。（2）基础施工，其边坡坡度值细砂、中砂可按天然休止角计算。边坡坡度允许值土的类别坡度允许值（高宽比）坡高5m以内坡高510m

18、细砂（包括砂壤土）1：1.001：1.25中砂1：1.001：1.5（3）地基土物理力学设计指标建议值见下表：地基土物理力学设计指标建议值表地貌单元地层时代土 名重力密度KN/m3承载力标准值fkkPa压缩模量EsMPa变形模量EoMPa内聚力CkPa内摩擦角度基底摩擦系数f一阶地Q4al砂壤土19.21605.52012细砂20.01008020中砂20.012010025（4）渗透系数建议值见下表：岩土渗透系数建议值岩土名称渗透系数k（m/d）（cm/s）砂壤土3.0002.710-4细砂5.0002.510-4中砂10.0005.310-4郑州市花园口河道中、细砂含水层渗透系数k值建议如

19、下：一级阶地含水层渗透系数k=1720m/d（5）郑州市地震动峰值加速度为0.15g（相当于地震基本烈度7度），场地类别为类，为建筑抗震相对有利地段。中砂、细砂层属易液化土层，液化等级为中等，易发生流砂现象。（6）引黄闸基础施工时，均须降低地下水位，中砂层的渗透系数可取K=1720m/d。可采用围堰排水法、井点降水、深井法等施工。4、井位布置及成井工艺1、本工程采用深井与轻型井点降水相结合的降水方法。2、深井与轻型井点布置方案拟沿基坑四周布置（见附图）。3、深井深25m，间距5m、10米两种。轻型井点深7.5米，间距1.5米。4、单井出水量每小时65吨。5、施工降水技术分析（一）、深井降水井深

20、度计算计算公式：Hw=Hw1+Hw2+ Hw3+ Hw4+ Hw5+ Hw6+Hw7上 式 中：Hw 降水井深度（米）Hw1 基坑深度（米）Hw2 降水水位距离基坑底要求的深度（米）Hw3 iro；I为水力坡度，在降水井分布范围内易为1/101/15；ro为降水井分布范围的等效半径或降水井间距的1/2（米）Hw4 降水期间的地下水位变幅（米）Hw5 降水井过滤器工作长度（米）Hw6 沉沙管长度（米）Hw7深井淤积深度（米）Hw =Hw1+Hw2+ Hw3+ Hw4+ Hw5+ Hw6+Hw7 =4.63+2+0.15+12+0.5+1.8+3.5 25米 （二）、管井出水量计算降水涉及基本参数

21、：地下水静止水位：H0=1.3m深井半径：rw=/2=0.30m含水层厚度：H=16.63m地下水渗透系数：K=20m/d井内降深：S=8-1.3=6.7m2、降水设计(1)影响半径：R根据潜水井库萨金公式：R=1.95S HK=1.956.7 16.6320=234.66m(2)单井出水量：Q1根据Dupuint假设，稳定流量(2H-S) Slg(R/r)Q1=1.366K24(216.63-8) 8lg(234.66/0.3) =1.36620 24=79.51吨/小时由上述计算可知，单井降深8米时，出水量每小时9.51吨。抽排困难，但考虑群井干扰时，出水量会减少。(3)群井干扰时出水量Q

22、2，假定二口降水井同时抽水，井距10.0米，则单井出水量相等。K(H2-hw2)Ln(R2/rL)Q1=Q2= 2420(152-1.32)Ln(234.66/ 0.310.0)= 24=48.84吨/小时选用水泵65吨/小时48.84吨/小时 根据以上计算结果，C15砼基础埋置最深时降水满足设计要求。五、降水工程技术措施1、钻探施工技术措施1、轻型井点施工技术措施轻型井点：沿基坑内环形布置。本次降水的目的：基坑开挖时应采用适当的降水、排水措施降低坑内地下水位，使其的意压缩固结，以提高土层的抗力，防止开挖面的土体隆起。同时防止坑壁坍塌及坑底流砂、管涌等工程事故的发生。保证基坑的干开挖施工的顺利

23、进行。（1） 工艺流程：施工准备开挖冲孔沟布置总管、轻井泵水冲孔插入支管灌砂连接支管、总管、轻井泵封土试抽正常抽水填平冲孔沟（2） 施工准备施工现场在施工前应做好平整工作，放好施工灰线，若有地下管线等应事先出书面通知或明确标示出位置。（3） 施工机械： 冲孔采用水冲法进行，配合打孔起重采用八吨汽车吊。（4） 冲孔：用起重设备将冲管吊起并插在井点的位置上，然后开动高压水泵（一般压力位0.61.2MPa），将土冲松。冲孔时冲管应垂直插入土中，并做上下左右摆动，以加剧土体松动，边冲边沉。冲孔直径为300mm，冲孔深度比设计滤管底深0.5m左右，以防止管拔出时，部分土颗粒沉于孔底。（5）埋管：井孔冲成

24、后，立即拔出冲管，插入井点支管，井点支管应置于孔的中央，并在井点管与井壁之间迅速填灌砂滤层。井点用砂，颗粒直径为0.30.5毫米，含泥量不得超过0.3%。填灌均匀，至距地面自然土以下1米深度，以上部分用粘土填实封闭四管四周防止真空泄漏。（6）为了确保支管的抽水质量，冲孔操作时，当冲孔深度达到设计深度时，不应急于拔出冲孔枪头，应让枪头在孔内冲翻两分钟，让清水将污水基本排出后再拔出冲孔枪头，并随即关如一翻斗车中粗砂，然后再可将支管插入。（7）井点集水总管布设就位和支管打设完成后，在两者没连接完成之前，应用木塞或塑料布包裹裸露的管口丝牙，防止异物入内或施工不小心碰坏管口。当总管和支管连接完成以后，应

25、检查弯管等各部件接口是否紧配、严密，防止漏气。（8）冲孔作业时，应事先挖好导流的排水沟，并使排水沟畅通，汇集到集水井中的水，应及时采用强排水的方法排出，防止满溢影响工地环境文明。（9）开机抽水后，应经常检查支管是否漏气或“死井”，发现问题应及时用水冲洗，逐个疏通。 （10）值班人员应经常检查水泵的真空度及压力的使用情况，在抽水的过程中，应对流量、真空度进行观察统计，并做好记录。（11）井点抽水机组布置应搭设临时机房，防止运转设备意外损坏，便于值班人员清保维修机器，防止雨天设备受潮漏电。（12）抽水设备应安装真空表，真空度一般不低于55.3-66.7KPa，当真空度不够时，应及时检查井点接点是否

26、漏气，离心泵叶轮有无障碍等应及时处理。（13）轻型井点使用时，应保证连续抽水，宜准备双电源。如不上水或水一直较混浊，应及时检查处理。如井点管过多，应逐个用高压水反冲浇洗井点管，或拔出重新埋设。2、深井施工技术措施 采用冲击钻进，一字冲击钻头，冲击成孔、泥浆护壁工艺，口径600mm、800mm两种，单井为“一种口径，垂直成井、一道井管”的成井施工方法施工。钻孔内下入井管和滤水管，井管必须扶正安装，保证井管位于钻孔正中，以利于填砾厚度均匀。钻机钻头勤焊，井深误差不超过20cm。2、井点管结构设计措施根据郑州市降水施工经验，设计井深25米，井距：A、北、南临河侧间距为5.0米；B、其它侧间距为10.

27、0米，钻井井孔口径600、800mm两种，降水井井管选用内径300mm、400mm两种，外径360mm、520mm两种，每根长度为1.0米的钢筋混凝土井管。滤管采用条孔、缠丝，填过滤豆石，内径为300mm、400mm两种，外径为360mm、520mm两种，骨架为混凝土的条孔管，开孔面积10100mm2,缠丝直径3mm，间距34mm，孔隙率20%，单管长1.0米。根据经验，25米井，滤水管井管为21根，共长21.0米，其上、下各两节为普通钢筋混凝土管，4根，单根长1米，共长4.0米。3、下管、填砾、洗井技术措施1、填砾：为保证抽水井中含砂量小，填砾粒径0.52cm，上部可填25cm粒径的砾石，以

28、便节约。滤水管填砾粒径0.51.0cm为宜。填砾厚度不小于75mm。2、洗井、用空压机排浆；同时活塞拉洗。活塞洗井不少于1次，空压机洗井不少于8小时，同时应正吹，反吹，以增大出水量。出水含砂量不超过1/5000。3、孔内下入外径为360mm、520mm两种，内径300mm、400mm两种的钢筋混凝土井管与滤水管（花管），滤水管长度1米，砂层部位，应下缠丝水管。4、设备安装与管理措施1、降水井内放置65m3/小时离心式潜水泵，将水抽至地面积水池内。2、潜水泵用钢丝绳吊放，泵的端部至井底距离不小于0.5米。3、安装并接通电源，每井附近设置电闸箱，预埋电缆，做到单井单控电源，并安装时间水位继电器自动

29、抽水装置和漏电保护系统。5、降水场地的供排水部署措施1、由于现时地下水位在0.5米左右，故待降水井施工完工后立刻抽降。2、在抽降水时，为了排水顺畅及集中管理，避免四处漫泄，采用120mm无缝钢管作排水管道。3、为清洁排水，须设置沉砂池；勤掏淤砂，避免淤塞满漫流水。4、为保证施工期间降水顺利进行，保证顺利施工，现场设置专业发电机组，确保连续降水。5、抽降水采取三班倒，组成抽水小组，以便及时排除故障，连续降水。六、降水监测与管理1、降水期间的水位1、联网抽降后应连续抽水，不应中途间断，水泵、水管维修应逐一进行。开始抽水时，引出水量大，为防止排水管网排水能力不足，可有间隔的逐一启动水泵。2、抽水开始

30、后，应作抽水试验，检验单井出水量、出砂量及含水层渗透稀疏。当出砂量过大，可将水泵上提，如出砂量仍然较大，应重新洗井或停泵补井。3、为了控制了解在抽水过程中，地下水位的变化情况，同时为土方开挖提供可靠的依据，达到指导施工的目的。拟定在每一管线设直径为50mm钢质观测管，与主孔并在一起进行安装，抽水前应进行静止水位的观测，抽水初期每天早8：00点、晚18：30点各观测一次，水位稳定后应每天观测一次，水位观测精度2cm，并绘制地下水水位降深曲线。4、在不利于地下水的渗流影响降水质量的情况下。在施工过程中，在槽体的两侧设置降水边沟，边沟上口0.4米，下口0.3米，沟中填满碎石滤料。沿槽体纵向每50米设

31、置一口积水井，边沟中的水流至积水井后，用水泵抽出，经沉淀池后排入黄河。2、流量观测措施为了控制了解在抽水过程中，抽水水泵的工作情况，同时为土方开挖提供可靠的依据，达到指导施工的目的。拟定在每一管线设一流量控制计，抽水过程中每天早8：00点、晚18：30点各观测一次，流量观测精度0.5m3/小时。3、观测资料的整理与分析1、降水井洗完井后，应及时检查降水井世纪深度并做好记录，降水期间应每天检查抽水情况，观测基坑周边地下水变化情况并做好记录。2、资料填写字迹清楚工整，内容符合要求，签字手续齐全。3、每天的观测记录按时报送甲方和监理。4、建立健全现场临时用电管理制度，电工值班巡查制度，落实临电管理人员，明确其职责，电工要做好值班及维修日记。5、施工现场用电应严格按照用电安全管理规定，配电箱要采取防雨雪措施并安装漏电保护装置。6、施工前应进行技术交底和安全交底，施工中应明确分工，统一指挥，设专人负责。七、施工布置1、施工项目机构设置该场地交通便捷，地理位置优越，施工场地狭窄，操