水利樞紐施工期降水措施研究

徐 偉

(阜陽市茨淮新河插花樞紐管理所，安徽 阜陽，236000)

1 引言

水利工程建設(shè)過程中的一項重要工作便是降水。由于工區(qū)距離水源較近，周圍水源補給較為豐富，降水工作難度較大[1-2]。在施工過程中應(yīng)當(dāng)注重制定合理的降、排水措施，以保證施工作業(yè)面干燥，保證施工人員、設(shè)備的安全[3-6]。目前，在工程建設(shè)過程中較為常用的方法包括：明排法、降水管井法等，在一些工程中還需設(shè)置圍堰等措施。降、排水措施需要結(jié)合工程實際情況選擇[7-10]。本文結(jié)合奔牛水利樞紐工程，對水利工程施工期降、排水措施進行研究。

2 工程概況

奔牛水利樞紐工程的主要任務(wù)包括防洪、引排水和通航，樞紐由運河立交地涵、船閘、節(jié)制閘和孟九橋組成。設(shè)計地涵單孔凈尺寸為8m×6.5m(寬×高)，共布置12孔。船閘口門凈寬16m，閘室長135m。奔牛水利樞紐工程具有改善水環(huán)境、防洪除澇、增加水資源供給等綜合效益，對太湖流域和湖西區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要的作用。

3 降水方案

本工程船閘、節(jié)制閘、立交地涵部位基坑開挖深度均大于6.0m，屬深基坑開挖。工程地質(zhì)條件較差，對基坑邊坡的穩(wěn)定不利，可能因滲透變形而影響基坑穩(wěn)定。由于場地地下水位較高，地下水位動態(tài)受季節(jié)性變化及河流影響明顯，基坑開挖將揭示地下水，施工時應(yīng)采取必要的降排水措施，地下水應(yīng)降至基坑底面以下0.5m。

3.1 堰體內(nèi)明水抽排

內(nèi)外河圍堰內(nèi)積水采用泥漿泵抽排，排水時控制水面下降速度(一般不大于50cm/d)，以免引起基坑四周和圍堰土體坍塌。

施工初期，船閘節(jié)制閘施打的圍堰間距約540m，河口水面寬60m，水深約3.5m，初步測算水量為113400m3。立交地涵施打的圍堰約600m，河面水面寬90m，水深約4.2m，初步測算水量為226800m3。以此進行水泵設(shè)備投入計算。

22kW泥漿泵有效出水流量平均小時流量150m3，工作效率75%，按每天20h工作強度計算。日抽排量為150×75%×20=2250m3。

船閘節(jié)制閘水深3.5m，考慮7d排完，則需水泵數(shù)量為：113400/7/2250=7.2臺，取整為8臺。

立交地涵水深4.2m，考慮9d排完，則需水泵數(shù)量為：226800/9/2250=11.2臺，取整為12臺。

3.2 基坑明排水

立交地涵匯水面積大約為236.2×284.5=67199m2，常州地區(qū)最大日降雨量247mm(查詢歷史最大降雨量)，則日最大匯水量為67199×0.247=16598m3，24h內(nèi)排除積水的排澇強度為16598/24=691m3/h，所需22kW泥漿泵數(shù)量為：1.1×691÷150=5.06臺，取6臺，考慮到基坑較大，在基坑四周布置8臺22kW泥漿泵可滿足排除明排水最大日降水量。

船閘節(jié)制閘匯水面積大約為543×101.1=54897m2，則日最大匯水量為54897×0.247=13560m3，24h內(nèi)排除積水的排澇強度為 13560/24=565 m3/h，所需22kW泥漿泵數(shù)量為：1.1×565÷150=4.14臺，考慮到基坑較場，在基坑四周布置8臺22kW泥漿泵可滿足排除明排水最大日降水量。

為防止坑邊雨水沖刷基坑邊坡，在降雨天氣，需適當(dāng)提高排水工作強度。在距離基坑邊線1.0m處設(shè)置截水溝，通過自排進去河道。坡腳設(shè)置排水壟溝，寬0.8m、深0.5m，在基坑四周設(shè)排水機塘。上下游引河中間位置設(shè)排水主壟溝，連接布置于圍堰內(nèi)側(cè)的集水塘，基坑中的積水通過水泵抽排至排水主壟溝，分別匯集圍堰邊的集水塘，集中抽排到圍堰外?；用髋湃鐖D1所示。

圖1 基坑明排水示意

閘涵底板樁圍封范圍內(nèi)設(shè)置小型排水溝及抽水機塘，抽排底板澆筑前沖洗水及施工過程的雨水。抽排的水直接送至主壟溝內(nèi)。

3.3 基坑降水

由于場地地下水位較高，地下水位動態(tài)受季節(jié)性變化及河流影響明顯，基坑開挖將揭示地下水，施工時應(yīng)采取必要的降排水措施，地下水應(yīng)降至基坑底面以下0.5m。開挖深度范圍內(nèi)分布有②2、③3層砂壤土，中等滲透性，其余土層為粘性土，微透水性，根據(jù)工程經(jīng)驗，一般可采用井點結(jié)合明溝降排水方式。⑦3′層砂壤土中等透水，為場地的承壓含水層，由于其埋藏較深，對工程影響不大。

下面以立交地涵為例，進行管井降水計算，船閘節(jié)制閘類似。

3.3.1 降水管井設(shè)計

(1)管井深度設(shè)計

(2)管井平面布置設(shè)計

因本工程地處運河內(nèi)，土壤存在夾層現(xiàn)象，水平滲透與垂直滲透相差較多，依據(jù)多個類似工程施工降水的經(jīng)驗，降水管井間的間距在15m～20m之間，管井深入不透水層的長度為6m。本次降水管井的間距選擇為15m。管井具體布置詳見圖2、圖3。

圖2 立交地涵管井降水布置

圖3 船閘節(jié)制閘管井降水布置

(3)觀測井設(shè)置

在閘站基坑內(nèi)設(shè)置4根觀測井，觀測井底深入承壓透水層(⑦3層)，監(jiān)測地下水位是否滿足規(guī)范規(guī)定的干施工要求。

3.3.2 降水管井施工及運行

降水管井采用回旋鉆機成孔，孔徑0.6m，成孔過程應(yīng)當(dāng)選取合格泥漿液，比重在1.05以內(nèi)為宜。成孔后應(yīng)當(dāng)及時清孔，之后按方案安裝井管。為了保證濾水層厚度和井管垂直度，在井周邊布設(shè)扶正木。選用標(biāo)準(zhǔn)透水井管(混凝土管或鋼管)，外裹一層80目尼龍濾網(wǎng)和一層綠紗。取水樣的含泥量不應(yīng)超過0.05%。

濾層采用級配較好的瓜子片和中粗砂級配沿井管周邊均勻填筑上升，井頂1m深范圍內(nèi)用粘土回填封閉。

管井降水的增強措施：由于本項目地處長江之邊，土質(zhì)中可能存在薄不透水層，引起土壤的水平滲透系數(shù)遠(yuǎn)大于垂直滲透系數(shù)，采用重力管井的降水效果不如預(yù)期，地下水位不能降至基面以下50cm，如地下水位觀測井測得的水位不能滿足要求，則在管井頂部增加抽真空設(shè)備，使其成為真空管井，增強其降水能力，使其地下水位降至滿足干施工要求。

3.3.3 降水井的封堵

在水下工程施工完成通過驗收后，放水前對降水管井間隔抽停，分批實施封堵。降水井頂部5m以下，用粘土回填，上部5m井內(nèi)壁刷洗干凈后用混凝土封堵。

護坦內(nèi)的管井封堵，抽水泵管改為鋼管，將水泵下降至井底，繼續(xù)抽水，透水層內(nèi)采用小石子回填，不透水層內(nèi)用粘土回填，上部5m底板面以下50cm范圍內(nèi)采用混凝土回填，待回填混凝土達(dá)到一定強度后封堵抽水鋼管，采用比護坦高1等級混凝土澆筑井口的剩余50cm范圍。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

結(jié)合奔牛水利樞紐工程，對施工期降、排水方案進行研究。結(jié)合工程水文條件，采用明排+管井相結(jié)合的方法作為降、排水方案。通過計算，船閘節(jié)制閘需水泵8臺，立交地涵需水泵12臺。管井間距選擇15m，井深20.0m為宜。

4.2 建議

由于基坑運行時間長，降排水對周圍建筑影響，加上被揭穿的軟弱土層暴露在外，如遇不良?xì)夂驐l件極易發(fā)生塌方事故，為了保證施工降排水質(zhì)量滿足施工要求，對基坑的安全監(jiān)測工作非常重要。施工期間應(yīng)專人定期定時觀測地下水位、滲流、邊坡位移與沉降情況，及時整理觀測資料，分析基坑運行情況并及時通報有關(guān)部門，加強暴雨期間的值班工作，并做好基坑安全的經(jīng)常性檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況及時上報和處理。