水利樞紐施工期降水措施研究

郭艷玲

(臨沂市蘭山區(qū)水務(wù)局，山東 臨沂 276000)

1 引言

臨近水源工程建設(shè)過程中的一項(xiàng)重要工作便是降水。由于距離水源較低，周圍水源補(bǔ)給較為豐富，降水工作難度較高[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(shí)際情況選擇[7-10]。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(jìn)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(yùn)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8 m×6.5 m(寬×高)，共布置12孔。船閘口門凈寬16 m，閘室長135 m。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(jì)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6.0 m，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0.5 m。

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50 cm/d)，以免引起基坑四周和圍堰土體坍塌。

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

22 kW泥漿泵有效出水流量平均小時流量150 m3，工作效率75%。按每天20小時工作強(qiáng)度計算。150×75%×20=2250 m3。

船閘節(jié)制閘水深3.5 m，考慮7天排完，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4.2 m，考慮9天排完，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=67199 m2，常州地區(qū)最大日降雨量247 mm(查詢歷史最大降雨量)，則日最大匯水量為67199×0.247=16598 m3，24小時內(nèi)排除積水的排澇強(qiáng)度(m3/h)=16598/24=691 m3/h，所需22 kW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22 kW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=54897 m2，常州地區(qū)最大日降雨量247 mm(查詢歷史最大降雨量)，則日最大匯水量為54897×0.247=13560 m3，24小時內(nèi)排除積水的排澇強(qiáng)度(m3/h)=13560/24=565 m3/h，所需22 kW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22 kW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(qiáng)度。在距離基坑邊線1.0 m處設(shè)置截水溝，通過自排進(jìn)去河道。坡腳設(shè)置排水龍溝，寬0.8 m、深0.5 m，在基坑四周設(shè)排水機(jī)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入排水主壟溝，分別匯集圍堰邊的集水塘，集中抽排到圍堰外。基坑明排見圖1。

圖1 基坑明排水示意圖

閘涵底板樁圍封范圍內(nèi)設(shè)置小型排水溝及抽水機(jī)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

本工程船閘、節(jié)制閘、立交地涵部位基坑開挖深度均大于6.0 m，屬深基坑開挖?；舆吰掠散?、②3、③1、③2、③3、④2、⑤2層組成，其中 層土質(zhì)不均，工程地質(zhì)條件較差，對基坑邊坡的穩(wěn)定不利；②2、③3層砂壤土，中等滲透性，可能因滲透變形而影響基坑穩(wěn)定；②3、④2層為軟土，對邊坡的穩(wěn)定更為不利；⑤2層土，可塑狀態(tài)，極微透水，工程地質(zhì)條件較好，有利于邊坡穩(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0.5 m。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(yàn)，一般可采用井點(diǎn)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。

場地地下水類型主要為松散巖類孔隙水。場地分布的層填土由于受大自然及人為影響，土體內(nèi)存在裂隙、孔隙，②3層、③1層粘性土上部土體內(nèi)存在孔隙，具有一定透含水性，②2層、③3層、④3層砂壤土為含水層局部與河水相通，故、②2、②3層、③1層、③2層、③3層、④2層、④3層、④4層共同組成場地孔隙性潛水含水層。其下的⑤2層、⑤3層粘性土，微弱透水，為相對不透水層，為潛水含水層的隔水底板。⑦3′層砂壤土，中等～弱透水，為場地的承壓含水層，⑦2層、⑦3層、⑧1層粉質(zhì)粘土分別為其隔水頂、底板，由于其埋藏較深且僅局部分布，對工程影響不大。

下面以立交地涵為例，進(jìn)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

地下水主要為松散巖類孔隙水。地質(zhì)資料顯示、②2、②3層、③1層、③2層、③3層、④2層、④3層、④4層共同組成場地孔隙性潛水含水層。其下的⑤2層、⑤3層粘性土，微弱透水，為相對不透水層，為潛水含水層的隔水底板。⑦3′層砂壤土，中等～弱透水，為場地的承壓含水層，⑦2層、⑦3層、⑧1層粉質(zhì)粘土分別為其隔水頂、底板，由于其埋藏較深且僅局部分布，對工程影響不大。

九層共同構(gòu)成構(gòu)成場地潛水含水層，⑤2層、⑤3層粘性土阻斷了以下各層與上層的水力聯(lián)系。降水井有效深度考慮到⑤2層、⑤3層土相對不透水土層頂-15.22 m，井內(nèi)外跌水高度按3 m考慮，水泵及井底安全深度按2 m考慮，井底高程為-20.22 m，取-20.0 m，井頂高程高出京杭運(yùn)河河底1 m，為0.3 m，取1.0 m。

(2)管井平面布置設(shè)計

因本工程地處運(yùn)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(yàn)，降水管井間的間距在15 m～20 m之間，管井深入不透水層的長度為6 m。本次降水管井的間距選擇為15 m。

具體布置見圖2、圖3。

圖2 立交地涵管井降水布置圖

圖3 船閘節(jié)制閘管井降水布置圖

(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(yùn)行

降水管井采用回旋鉆機(jī)成孔，孔徑0.6 m，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1 m深范圍內(nèi)用粘土回填封閉。

管井降水的增強(qiáng)措施：由于本項(xiàng)目地處長江之邊，土質(zhì)中可能存在薄不透水層，采用重力管井的降水的效果不如預(yù)期，地下水位不能降至基面以下50 cm，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(qiáng)其降水能力，使其地下水位降至滿足干施工要求。

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

3.3.3 降水井的封堵

護(hù)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5 m底板面以下50 cm范圍內(nèi)采用混凝土回填，待回填混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后封堵抽水鋼管，采用比護(hù)坦高1等級混凝土澆筑井口的剩余50 cm范圍。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

結(jié)合水利樞紐工程，對施工期降、排水方案進(jìn)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。經(jīng)計算管井間距在15 m～20 m之間，井深20.0 m為宜。

4.2 建議

為了保證施工降排水質(zhì)量達(dá)到滿足施工要求，由于基坑運(yùn)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，因此對基坑的安全監(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(yùn)行情況并及時通報有關(guān)部門，加強(qiáng)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。