江蘇鄭集河水利工程施工期降排水方案設(shè)計(jì)

陳冬冬，李 杰，朱瀟瀟

(淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 224300)

1 引言

水利工程建設(shè)是一項(xiàng)具備顯著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益的事件，但是臨近河流區(qū)域施工期降、排水問(wèn)題也具有一定的難度，因此，制定合理的導(dǎo)截流、降水方案有利于保證工程建設(shè)的安全、進(jìn)度，也可在一定程度上降低工程投資[1-4]。

結(jié)合鄭集南支河、梁西河治理工程段分析其施工期導(dǎo)截流、降水方案。鄭集南支河治理河段：孫寨閘站-豐銅界，河道輸水流量：豐銅界(42 m3/s)-范樓閘站(42 m3/s)-梁寨閘站(37 m3/s)-梁西河(2 m3/s)-孫寨閘站(2 m3/s)。梁西河治理河段：大沙河-鄭集南支河，河道輸水流量：鄭集南支河(35 m3/s)-大沙河(35 m3/s)。

2 施工期導(dǎo)流方案

2.1 總體方案布置

綜合考慮，工程施工在非汛期進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，河道工程和建筑物施工過(guò)程中，均需要采取導(dǎo)截流工程，以減少河水對(duì)工程施工的影響。結(jié)合場(chǎng)地氣象條件，非汛期場(chǎng)地降水量較少，施工期可充分利用場(chǎng)地周邊現(xiàn)有的河道、溝渠完成導(dǎo)流作業(yè)。根據(jù)實(shí)地調(diào)查和規(guī)劃設(shè)計(jì)結(jié)果，在工程施工期間，孫寨閘站上游來(lái)水量約為2.5 m3/s，來(lái)水量相對(duì)較小，可使用孫寨中溝、二號(hào)溝進(jìn)行導(dǎo)流，導(dǎo)流至大沙河?xùn)|截滲溝內(nèi)；梁后河、范西河流域匯水量為3.1 m3/s、6.2 m3/s，其中梁后河流域匯水可通過(guò)梁西河支溝導(dǎo)流至鄭集北支河，范西河流域匯水可由范西河導(dǎo)流工程導(dǎo)流至躍進(jìn)河、鄭集北支河。鄭集南支河流域仍存在59.0 km2范圍無(wú)導(dǎo)流工程，若施工期發(fā)生P=20%暴雨時(shí)，則需要利用臨時(shí)泵站進(jìn)行抽排以減少來(lái)水量。通過(guò)計(jì)算，單次暴雨排水量約為93.22×104m3，根據(jù)初步規(guī)劃，鄭集河施工期約為4個(gè)月，假設(shè)P=20%暴雨兩月發(fā)生一次，則抽排水量為186.44×104m3。

在工程施工期間，梁西河上游無(wú)來(lái)水，可不設(shè)置導(dǎo)截流工程措施。通過(guò)計(jì)算，梁西河右岸匯水量為1.9 m3/s，該部分匯水量金額通過(guò)毛樓中溝、二號(hào)溝截流至大沙河?xùn)|截滲溝。

結(jié)合現(xiàn)狀河道、溝渠，在鄭集南支河孫寨閘站處、豐銅界處，梁西河李口涵洞處均修筑施工圍堰。鄭集南支河、梁西河施工期導(dǎo)截流方案布置見(jiàn)圖1。

圖1 鄭集南支河、梁西河施工導(dǎo)截流方案

施工期間，魏工分洪道上游來(lái)水量為0.4 m3/s，由于場(chǎng)地條件限制和水量較小，可充分利用上游河道、坑塘的調(diào)蓄作用；此外，剩余14.6 km2范圍無(wú)法采用導(dǎo)流措施，可在暴雨發(fā)生時(shí)利用臨時(shí)泵站進(jìn)行抽排處理。單次抽排水量16.35×104m3(P=20%)，施工工期約為2個(gè)月，則共抽排水量16.35×104m3。施工期魏工分洪道施工導(dǎo)截流方案見(jiàn)圖2。

圖2 魏工分洪道施工導(dǎo)截流方案

2.2 施工導(dǎo)截流工程

2.2.1 河道工程

為了節(jié)約工程投資，考慮到水量較小，采用均質(zhì)土圍堰即可滿(mǎn)足導(dǎo)截流要求，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置均質(zhì)土圍堰參數(shù)如下：水上坡度為1∶3，水下坡度為1∶5，圍堰安全超高取值為1.0 m。由于場(chǎng)地較為狹窄，圍堰工程需作為臨時(shí)施工便道使用，因此，圍堰頂高程與河道兩岸高程一致，圍堰頂寬度為5.0 m。圍堰堆填料可在臨近河灘取土，應(yīng)充分壓實(shí)。

2.2.2 建筑物工程

(1)范樓南站

范樓南站施工過(guò)程中，河道上、下游均需要設(shè)置均質(zhì)土圍堰。上游圍堰設(shè)計(jì)斷面為：圍堰頂標(biāo)高39.0 m，圍堰頂寬為5.0 m；圍堰迎水坡、背水坡坡比分別為1∶5、1∶4；下游圍堰頂標(biāo)高34.6 m，其他參數(shù)與上游圍堰一致。該站僅上游來(lái)水，可通過(guò)范西河匯入鄭集北支河。

(2)沿線(xiàn)涵閘、防護(hù)及橋梁工程

沿線(xiàn)涵閘等工程與河道工程同時(shí)施工，由于工程量較小，工期短。施工過(guò)程中，可在擬建物支河上修筑施工圍堰。干河河道主要以防止降水匯入基坑為主。橋梁工程施工過(guò)程中，需要在河道內(nèi)修筑施工平臺(tái)，同時(shí)亦需要設(shè)置施工便道，圍堰斷面設(shè)置與范樓南站圍堰斷面一致。

3 施工期降排水

3.1 河道工程

3.1.1 初期排水

初期排水作業(yè)完成后，鄭集南支河河道內(nèi)剩余水深約在0.5 m～1.5 m之間，豐銅界-范樓閘站、范樓閘站-梁寨閘站、梁寨閘站-孫寨閘站之間水深分別為1.5 m、1.0 m、0.5 m。梁西河河道剩余水深約為0.5 m。完成圍堰施工作業(yè)后，在圍堰處設(shè)置臨時(shí)泵站將剩余水抽排至外河，估算初期排水總量為64.1萬(wàn)m3。

3.1.2 經(jīng)常性排水

由于場(chǎng)地周?chē)叵滤宦裆钶^淺，河道內(nèi)滲水情況時(shí)有發(fā)生，可采用超深壟溝+臨時(shí)排水方案將滲水排出。河道經(jīng)常性排水方案如下：

(1)經(jīng)常性排水量

擬建工程屬于南四湖平原地區(qū)，場(chǎng)地內(nèi)地下水豐富，根據(jù)勘察成果可知，地下水位埋深在1.0 m～3.0 m之間，受降水影響，地下水變化幅度約在2.0 m～3.0 m之間。施工期間，經(jīng)常性排水水源主要為河道滲水，根據(jù)計(jì)算，施工期間，河道滲水量約為0.1 m3/(d·m)～0.16 m3/(d·m)，根據(jù)施工時(shí)間推測(cè)，經(jīng)常性排水水量約為61.3×104m3。

(2)壟溝

壟溝主要在河道中心區(qū)域開(kāi)挖，采用梯形斷面，底寬1 m，深1.0 m，邊坡1∶1，總土方開(kāi)挖量8.1×104m3。

3.2 建筑物工程降水

此次河道水利工程建設(shè)過(guò)程中，建筑物規(guī)模均不大，施工降排水問(wèn)題不太突出。施工過(guò)程中需要結(jié)合建筑物情況確定降排水方案。目前，較為常用的降水方法為管井法[5-7]，影響管井法降水效果的主要參數(shù)包括：地層滲透系數(shù)、降水井深度、間距、孔徑等。降水速率對(duì)基坑穩(wěn)定性有較大的影響，在降水過(guò)程中應(yīng)當(dāng)控制含沙量和降水速率，避免誘發(fā)基坑垮塌等事故?；咏邓粗饕ǎ旱叵滤?、施工廢水、降水等。基坑四周需布置截排水溝，設(shè)置集水井等，利用水泵將積水抽排。

以范樓南站為例進(jìn)行降水設(shè)計(jì)。根據(jù)范樓南站地勘成果，基底換填高程為26.6 m，該層為含砂壤土層，為了保證基坑開(kāi)挖的安全和坑底作業(yè)安全，施工前應(yīng)采用管井法降低地下水位。范樓南站基坑開(kāi)挖平面尺寸為100 m×100 m，換算半徑：

根據(jù)地勘報(bào)告，巖土體的滲透系數(shù)k=3.4×10-3cm/s；地下水位38.60 m，將地下水疏干至高程25.60 m方可滿(mǎn)足要求。

基坑中心設(shè)計(jì)降深：38.6-25.6=13 m；含水層厚度：H=12 m；水力坡度i取1/10。因此井深為：

L=H+C+ir*+Z+Y+T=16.8 m

式中：H基坑深度；C降水面距基底深度，取1.0 m；r井排距；Z水位變幅，取1.0 m；Y過(guò)濾器長(zhǎng)度，取3 m；T沉砂管長(zhǎng)度，取2 m。

降水井影響半徑：

當(dāng)降水井較深時(shí)，其影響半徑的計(jì)算結(jié)果一般較大，對(duì)于粉砂：其影響半徑一般為20 m～50 m。計(jì)算時(shí)取20 m。

分析地質(zhì)資料及地下水埋藏形式，設(shè)計(jì)降水井為潛水完整井。因此：

設(shè)計(jì)濾管長(zhǎng)度：l=3 m；

設(shè)計(jì)降水井半徑：rs=0.25 m。

井點(diǎn)間距：

a=C/(n-1)=2×(100+100)/(7-1)=67 m

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，井點(diǎn)間距為10 m～20 m，小于67 m。因此，取井間距20 m，沿基坑周邊對(duì)稱(chēng)布置，共布井16眼，井深20 m，井間距20 m，管徑0.5 m。

4 結(jié)論

結(jié)合鄭集河水利工程建設(shè)，分析了河道導(dǎo)截流以及建筑物基坑降水方案。綜合考慮河道來(lái)水量，在河道設(shè)置了多道圍堰，以滿(mǎn)足導(dǎo)截流需求。結(jié)合范樓南站工程，計(jì)算了管井法降水方案，綜合考慮計(jì)算結(jié)果和工程經(jīng)驗(yàn)，間隔20 m布置一口降水井，降水井總數(shù)為20口，井深20 m，可滿(mǎn)足基坑降水需要。