沙特阿拉伯MA'ADEN取水口基坑降水

　　摘要：本文通过对沙特MA'ADEN取水口降水工程的设计、施工、运行及降水效果与预期的水文地质参数的取值等方面进行了介绍、分析，希望对今后类似工程有所帮助。

　　关键词：降水   基坑    施工   水文地质

　　Abstract: Through description and analysis of  the Saudi MA 'ADEN water inlet precipitation of engineering design, construction, operation and precipitation effect and the expected value of hydrogeology parameters , hope to help similar projects in the future.

　　Key Words: precipitation foundation pit construction hydrogeology

　　中图分类号：TV551.4          文献标识码：A                文章编号：

　　1、项目概况

　　沙特阿拉伯矿业公司（MA'ADEN）在扎瓦尔港建设的磷酸盐项目（Ma'aden海水冷却循环设施取水口和排水口）。该项目选址在距朱拜勒(Jubail)西北部约150km的地方，朱拜勒位于沙特阿拉伯的阿拉伯海湾海岸上，平面位置如图1.1。该处为沙漠地区，接临北部海岸线。其中取水口基坑开挖最大深度为标高-10.50m，要求干作业施工，必须进行基坑降水。

　　图1.1 MA'ADEN取水口平面简图

　　2、降水方案设计，参数选择，设备选型等

　　2.1水文地质条件

　　（1）岩性：2.0～-2.5m为吹填浅褐色松散粉砂；-2.5～-7.0m为浅褐色中密级配不良的淤泥质砂；-7.0～-15.0m为浅褐色致密粉砂，-15.0～-22.0m为褐色致密级配不良的砂；-22.0～-28.0m为浅褐色转灰色致密粉砂；-28.0～-30.0m为粘性土夹层；下部为致密砂。

　　（2）含水层： -28.0粘性土夹层以上为孔隙潜水，地下水位变幅受潮汐的影响，潮汐的最大幅值为2.52m左右。

　　（3）边界条件

　　北侧临海，为定水头补给边界；含水层简化为各向均质含水层；含水层下部（深度约28.0m）为相对隔水层。

　　2.2水文地质计算的概念模型

　　简化边界条件后建立的水文地质计算的概念，为均质含水层，定水头岸边降水，潜水完整井）。

　　2.3 参数的选取

　　渗透系数K值：初步设计时根据邻近工程经验取25.0m/d，施工设计时进行抽水试验后优化为12.9m/d；澘水含水层厚度H取28.00m；基坑水位取大降深S取14.50m；影响半径R取100m；基坑等效半径r0取56.0m；基坑中心至定水头边界的距离b取50m。

　　2.4 基坑涌水量的计算

　　计算方法：按稳定流潜水完整井考虑。

　　计算公式：

　　b<0.5R    式（2.4-1）

　　式中      Q──基坑涌水量（m3/d）；

　　k──渗透系数（m/d）；

　　H──澘水含水层厚度(m)；

　　S──基坑水位降深(m)；

　　R──降水影响半径(m)；

　　r0──基坑等效半径(m)；

　　b---基坑中心至定水头边界的距离取(m)。

　　2.6计算结果

　　按上式（5-2）计算要满足基坑开挖要求，保证干作业条件，地下水位降深要达到14.5m，相应的涌水量为42360m3/d。共布设34口降水井，各井流量为50～80m3/h。

　　2.7 降水设备选择

　　2.7.1 施工设备

　　采用CZ-150型冲击钻机冲击成孔。

　　2.7.2 降水设备

　　根据设计计算所需的基坑涌水量、降深等，井泵流出水量选择50～80m3/h，扬程39m。

　　3、降水井施工、设备安装、运营和维护

　　3.1 降水井施工

　　3.1.1、工艺流程

　　准备工作 → 钻机进场 → 钻机定位 → 设备安装 → 开孔钻进 → 终孔 → 第一次洗井 → 下井管→ 填滤料 →止水封孔→ 第二次洗井 → 安装井泵（试抽）→ 安装排水管线 → 正式抽水 →水位监测。

　　3.1.2、降水井施工技术要求及措施

　　（1）钻机定位

　　严格按照图纸和井位坐标位置定出孔位。

　　（2）钻孔

　　井口埋设护筒：护筒φ700mm，长5.0m，埋设深度约4.5m，孔径600mm。

　　采用CZ-150型冲击钻冲击成孔，考虑在砂层中成孔时的井壁稳定，冲击成孔过程中拟采用泥浆护壁（泥浆采用膨润土制作，比重约1.2），当一个回次冲击约2m时采用捞渣桶或泥浆泵清理孔底於渣，如此反复，直至成井深度达到设计要求。

　　（3）第一次洗井

　　钻进孔深达到设计深度要求时进行换浆洗孔，直至泥浆比重在1.05左右。

　　（4）井管安装

　　a、井管的选择：拟选用φ250mm、壁厚9.2mm的UPVC管作为井管使用。过滤管的孔眼缝直径20mm，各孔眼中心距为50mm，孔隙率≥15%，梅花形布设。滤管外用80目的尼龙网包缠3层。

　　b、井管的安装：采用起重设备分节安装，安装前第一节井管底部用10mm厚PVC板封底，两节井管间铆钉连接，连接时要确保两节井管对齐且在同一轴线上，下沉井管时用对中器定出井孔中心，确保井管居中，井管安放到设计位置后固定，进行填砾及管外封闭。

　　（5）填砾砂

　　井管安装完后应及时进行填砾。

　　滤料的选取：滤料规格为1-3mm，成份为粗砂及细砾，磨园度要好，其不均匀系数应小于2。

　　滤料填设厚度及高度：滤料填设厚度为175mm，填设高度应大于滤管高度0.5m。

　　（6）止水封孔

　　井口下至滤管以上0.5m用粘土球（直径3～5cm）止水。

　　（7）第二次洗井

　　井管安装好后采用活塞进行第二次洗井，直至水清砂净。

　　3.2 设备安装

　　3.2.1 井泵安装

　　深井泵体安装至距井底1.5~2.0m，泵管连接至排水管线后进行试抽，一切运行正常后待正式抽水。

　　3.2.2 排水管线安装

　　在基坑四周呈环行布置2根φ350mm的钢管作为排水主管，与34口管井内延伸出来的泵管连接；2根排水主管最后汇集到沉淀池内，再从沉淀池内排往海中。

　　3.2.3 电力设备

　　因施工区域没有外用电源，采用2台250KVA、2台360KVA共四台发电机组交替提供电力。

　　3.3 运营和维护

　　3.3.1 降水运营

　　根据设计要求，工程降水运行采用"分步、按需、受控"的降水运行原则。

　　"分步"是指随基坑开挖分阶段深入，井点水位的降深也分阶段逐步下降，并非从一开始就将水位降到基坑设计开挖深度所对应的最大安全水位。"按需"是指基坑分层开挖情况下，只需启动相关井点的抽水运行，无需全部启动；此外，井点初始抽水的时点应在基坑开挖深度到达压力平衡深度前几小时开启，一般无需从基坑开挖之初就启动抽水运行。"受控"是指各工况阶段井点的水位降深应按相应工况下所计算的安全水位降深予以控制，降深不必过大。控制原则为观测井水位不超过基坑开挖深度2m。

　　3.3.2 降水系统的维护

　　主要是电力系统和降水井泵的维护。

　　发电机组安排专职人员值班看守，有问题及时解决，定期保养等。

　　降水井泵运行期安排专职人员值班，主要以巡视检查为主，发现水泵有问题及时处理，坏了的水泵及时更换修理，确保正常运行，由于施工区处于海边，海水具有较强腐蚀性，对泵体及泵管腐蚀严重，因此，除了选择耐腐蚀的井泵外，对泵管、连接头等进行防腐措施，发现泵体、泵管因腐蚀漏水时要及时更换。

　　4、降水效果和与预期参数比较

　　4.1 降水效果

　　根据4个观测井降水过程中的水位数据，并以此数据所作的过程曲线。可以看出，在相应时间里达到了预期的效果。正常运行时25～28台水泵抽水，出水量30000～33600m3/d。

　　4.2 降水效果与水文地质参数对比分析

　　降水设计时采用的渗透系数K值为12.9m/d；澘水含水层厚度H取28.00m；基坑水位取大降深S取14.50m；影响半径R取100m；基坑等效半径r0取56.0m；基坑中心至定水头边界的距离b取50m，计算时未考虑地下连续墙及钢板桩的影响。计算在此条件下的基坑涌水量为42360m3/d。

　　降水运行后期有25～28台水泵抽水，出水量30000～33600m3/d，平均出水量31800 m3/d，平均降深14.00m。

　　综合分析存在以下原因：

　　（1）计算时未考虑地下连续墙及钢板桩对降水的影响；

　　（2）水文地质计算模型的建立时对含水层进行了简化，最主要的一点是简化为各向同性均质含水层，但实际上，各含水层是非均质的，二个水平向上的渗透系数存在着差异，水平向与垂直向的差异就更大一些，因此，实际降水过程中的降深、流量等与计算结果必能存在一定的差异，但这种误差在实际工程中是可以接受的。

　　（3）但总体上来说，降水效果还是比较理想，满足了基坑施工要求，水文地质各参数取值较合理。

　　5、总结

　　（1）达到了预算的降水效果，满足了基坑施工要求；

　　（2）水文地质各参数的选取较合理；

　　参考书目

　　1、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2003

　　2、《供水管井技术规范》G50296-2003

　　3、《沙特MA'ADEN取排水口基坑降水方案》