渾河干河子壩消力池工程施工降水方案研究

李樹青，曹洪凱

（沈陽市渾北灌區(qū)管理處，遼寧 沈陽 110035）

1 工程概況

干河子攔河壩位于沈陽市東陵大橋以上約3 km處渾河左叉上，攔河壩為實用堰型溢流式混凝土殼壩，壩殼厚0.50 m，內部充填砂礫料，壩長360 m，分為12個壩段，每段壩長30 m，長年過流。

干河子壩工程按洪水重現期30年一遇標準設計，按100年一遇標準校核。干河子壩設計流量為2625 m3/s。消力池屬干河子壩主體工程，按照干河子壩設計流量進行消能工程設計。工程等別為III等，建筑物級別為3級。該次設計，消力池始端設2 m寬平臺與一級消力池挑坎銜接，然后接1∶3坡比17.10 m長斜坡段。消力池水平段長21 m，池深1.5 m，厚度0.8 m，基礎為20 cm素混凝土和15 cm砂墊層。海漫采用60 cm厚土工格柵塊石結構，基礎為10 cm碎石墊層和10 cm砂墊層。兩岸連接處設毛石混凝土擋土墻。主要工程量為混凝土，總量為1.67萬m3；原海漫塊石利用40%，其余外購。

2 施工導流設計

與干河子攔河壩位于同一主河道、同一斷面上的樞紐工程有渾北攔河壩，以及渾北攔河壩北側的沖砂閘、進水閘。渾北攔河壩長290 m，設計標準為50年一遇，100年一遇洪水校核，壩頂高程與干河子攔河壩相同為52.60 m，兩壩之間由鳥島連接。沖砂閘閘孔尺寸為6孔×寬3 m×高2 m，按照50年一遇標準設計，100年一遇標準校核。設計與校核流量分別232 m3/s、518 m3/s。進水閘設計流量為48 m3/s，閘孔尺寸為6孔×寬2 m×高2 m。

根據《干河子壩船閘工程施工導流方案研究》論文中施工期設計洪水、導流方案選擇比較的計算成果，最大洪峰為337 m3/s（p=10%）。施工導流采用一壩兩閘方式，即渾北攔河壩、沖砂閘、進水閘共同承擔導流任務。3座閘壩總泄量為Q=445 m3/s＞337 m3/s，滿足導流要求。

3 施工降水方案的研究

3.1 地質條件

消力池修復工程場地內，地下水初見水位埋深0.4～0.6 m，穩(wěn)定水位在0.2～0.5 m。上部為雜填土，厚度為0.2～0.3 m，物理力學性質差，呈強透水性；中間層為圓礫石，埋深淺，最大揭露深度達11.5 m，分布連續(xù)，力學性質較好，呈強透水性，其中的孔隙水是地下水的主要來源；底部是強風化花崗巖，密實度高，力學性質較好，屬中等透水。因此，從工期要求和基礎開挖的投資角度兩方面考慮，消力池修復工程基礎應坐落在中間層圓礫石上。由此造成施工降水將成為制約該工程能否按計劃完成的決定因素。

3.2 滲透系數和基坑滲水量

1）滲透系數的確定。根據現場對中間層圓礫石抽水試驗，測得滲透系數K=77.5 m/d，室內試驗測得滲透系數K=84.6 m/d。由于現場試驗是在河床內，受地表水影響較大，對試驗結果的精度有較大影響，因此選用室內試驗結果K=84.6 m/d為準。

2）基坑滲水量計算?；訚B水量包括干河子壩上游壩基滲漏量和消力池基礎開挖圓礫石層的涌水量。由于消力池前后兩處齒墻埋深最大，底高程為40.0 m。為確保消力池全段施工無地下水影響，水位高程應降至39.0 m處。

根據《工程地質手冊》，壩基日滲漏量計算公式：

式中：q——壩基單寬滲漏量，m3/d；H——壩上下游水位差，H=8.4 m；M——水位降深，M=5.7 m；K——滲透系數，K=84.6 m；L——壩基寬度，L=28.0 m。

根據《建筑基坑支護技術規(guī)程》，基坑日涌水量計算公式：

式中：Q2——基坑總涌水量，m3/d；K——滲透系數，，k=84.6m/d；H——潛水含水土層厚度，H=11.5 m；S——基坑水位降深，S=5.7 m；b——基坑距岸邊地表水距離，b=111 m；r0——矩形基坑等效半徑，r=0.29 m；（a+b）=116.80 m，（a，b 分別為場地的長和寬，360，42.8）

Q=Q1+Q2=8.43 m3/d，折合成排水流量：0.9757 m3/s

3.3 方案比選

3.3.1 方案一：井點降水

1）上、下游圍堰高程。為確保施工期干河子壩安全穩(wěn)定，采用上下游圍堰工程封閉施工。依據施工期設計洪水成果，上游最大來水量Q=337 m3/s，得壩前水位為53.20 m?？紤]安全超高及波浪爬高，確定上游圍堰頂高程為54.20 m；施工期內下游王家灣橡膠壩蓄水，新改造的王家灣壩頂高程45.50 m，考慮壩頂溢流、安全超高及波浪爬高，下游圍堰頂高程確定為46.50 m。

2）圍堰工程量。根據該工程特點，按投資經濟、取材方便的原則，圍堰型式采用斜坡鋪設土工膜防滲的砂礫石圍堰，土工膜采用兩布一膜?？紤]施工交通等需要，上游圍堰頂寬7 m，內外邊坡1∶2.0，總長度為 382 m；下游圍堰頂寬5 m，邊坡1∶2.0，總長度為365 m。圍堰土方工程量為51773 m3。

3）井點降水方案。施工期水位高程為43.9 m，水位高程應降至39.0 m，降低地下水4.9 m。由于消力池基礎為圓礫石，滲透系數大，需采用鋼管井降水，集水井結合排水溝槽的方法降排水。按照環(huán)形布置尺寸為2 m×2 m的23眼集水井，間距20 m。鋼管井直徑為0.5 m，井深10 m。經計算單井抽水量為1980 m3/d，總抽水量為4.55萬m3/d，大于基坑涌水量，滿足施工要求。

3.3.2 方案二：利用潛水軸流泵站實施溝槽明排

1）圍堰工程。利用干河子壩本身作為上游圍堰。在壩體頂部堆砌填土編織袋，高度為1.6 m，寬為0.5 m，長為360 m。工程量為288 m3。下游圍堰采用方案一設計，工程量為17210 m3。

2）利用潛水軸流泵站實施溝槽明排方案。

①集水坑設計。降低地下水4.9 m，確定設計開挖深度為5.4 m。集水坑平面尺寸為50 m×50 m，按1∶2坡度降深，形成排水漏斗。順壩體方向，分左、中、右布置相同的3個集水坑，土方開挖量為26783 m3。

②排水溝槽設計。以齒墻底高程40.0 m為排水溝槽底高程，長為51 m，寬為2 m，按0.2%坡降設計。消力池上游齒槽攔截壩基滲水，通過排水溝槽，導入下游集水坑。

③泵站設計。根據基坑總滲水量0.9757 m3/s，設計泵站為2臺400型和1臺350型潛水軸流泵，組合排水流量為1.1 m3/s，滿足排水要求。泵站揚程基本滿足開挖深度要求。潛水軸流泵站設計參數見表1。

3.3.3 圍堰工程量比較

消力池圍堰工程量見表2。

根據干河子壩消力池圍堰工程量表對比，方案二比方案一節(jié)省投資294542元，并且可利用集水坑開挖土方17210 m3用于下游圍堰筑堤，土方利用率顯著提高，減小運距，提高效率，可以大大縮短臨時工程工期。但是，方案二壩前有較大的水頭壓力，在壩基滲流和大面積基坑降水作用下，對大壩的安全穩(wěn)定帶來風險。

表1 潛水軸流泵站設計參數

表2 干河子壩消力池圍堰工程量表

3.3.4 降排水工程比較

降排水工程量，見表3。

表3 干河子壩消力池降排水工程量表

根據干河子壩消力池降排水工程量表對比，方案二比方案一節(jié)省投資188714元。方案二的泵站運行費用與方案一運行費用大體相當 ，即節(jié)省了排水井投資，而且又可以提前實施基坑排水，大大縮短臨時工程工期。

4 結論和措施

1）干河子攔河壩二級消力池受2010年主汛期洪水長時間、大流量、持續(xù)沖刷，導致二級消力池底部進水，加上冬季壩上未過流，嚴寒凍脹嚴重破壞。由于壩基滲水量和消力池基礎涌水量大，施工降水成為制約消力池應急修復工程的關鍵影響因素。在兩種方案都滿足施工降水要求的情況下，井點降水方案更有利于保護干河子攔河壩的安全穩(wěn)定。但是，受資金限制，方案二比方案一節(jié)省投資483256元。按技術可行，經濟合理的原則，且充分考慮工期限制這個必要條件，選用利用潛水軸流泵站實施溝槽明排方案。

2）由于施工期干河子壩前有水，再加上5.4 m深、50 m×50 m大型集水坑開挖和施工降排水，每個集水坑周圍的水位呈漏斗狀分布，形成近大遠小的曲面形狀。減小了基礎中地下水對干河子壩及一級消力池的浮托力，同時孔隙水從土中排出，河床基礎變形，易引起干河子壩下游的地基沉降。由于消力池建造過程中又會引起再壓縮沉降，最終導致干河子壩沉降破壞。因此，為確保干河子壩安全，施工期間在每個壩段壩頂、壩底、一級消力池下游齒墻頂，共布設36個觀測點、12個觀測斷面，實施二等水準沉降觀測，評估對壩體和一級消力池的沉降影響，為判斷是否需要對原建筑進行修繕、搶險提供依據。目前，經過一年多的運行，干河子壩工程均安全無恙。

［1］曹洪凱，朱映光，董芮民.干河子壩船閘工程施工導流方案研究［J］.東北水利水電,2010（8）.

［2］沈陽市水利建筑勘測設計院.渾北灌區(qū)渠首干河子攔河壩水毀修復工程初步設計報告［R］.沈陽：2011，3.

［3］工程地質手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007，2.

［4］JGJ120—99，建筑基坑支護技術規(guī)程［S］.