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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4500072.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:yuanshi767sina.com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200mm3/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15m3/s，二水厂引黄渠渠底深度在1m~1.5m之间，一般1.2m。本次勘察测得河水水位标高为87.2m~87.3m。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43．0℃，极端最低气温为－19．7℃，炎热期（日最高气温35℃的时段）每年有8～22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21～34天，严寒期（日最低气温一10℃的时段）为1～4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3443Ｎ，11339Ｅ为测点）每年最早的日出时间是北京时间５时１１分（６月），最晚的日出时间是７时３３分（１月），最早的日没时间为１７时１４分（１２月），最晚日没时间为１９时４２分（６月、７月）。太阳可照时数（昼长）从冬至日到夏至日逐渐增加，从９小时５０分过渡到１４小时３２分。全年可照时数为４４３０．７小时（闰年为4441．７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40～100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6.7~7.6。本场地环境类别为Ⅱ类，依据《岩土工程勘察规范》（GB50021—94）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（Ⅰ级阶地）孔隙水埋深1.3~7.8m，相应标高88.43~81.93m。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》（JGJ94—94）4、《地基基础施工及验收规程》（GBJ202—83）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4.6～6.33m。含水层中地下水水位基本与现状水位持平。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4.6～5.3米，地下水至少应降至5.6～6.3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Ⅱ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