某天然河道堰壩建設(shè)基坑降排水施工技術(shù)

魏 柳

(四川省都江堰水利發(fā)展中心東風(fēng)渠管理處，成都，610081)

水利工程施工具有顯著的行業(yè)特點，需長期與水流打交道。降水是基坑且尤其是深基坑施工中的重點內(nèi)容，施工期間存在較多不確定因素，因此需要進(jìn)行周密規(guī)劃，在施工中采取控制措施及基坑安全的經(jīng)常性檢查[1-2]，應(yīng)用合理的降、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。本文結(jié)合某天然河道堰壩重建工程，對水利工程施工期降排水措施進(jìn)行研究。

1 工程概況

某堰壩位于毗河K3+735m處，為折線型堰壩和沖砂閘形式。受汛期強降雨影響，堰壩大部分被洪水沖毀，沖砂閘傾倒，堰壩抬水功能受影響，無法保障上游支渠引水灌溉需求。堰壩設(shè)計方案為對堰壩進(jìn)行拆除重建。

重建堰壩設(shè)計方案為：溢流堰壩型選用WES實用堰型式，壩長160m，最大壩寬7.25m，最大壩高5.95m。壩體采用C25混凝土現(xiàn)澆，表層設(shè)0.3厚C40AF耐磨混凝土；溢流壩前端采用C25混凝土鋪蓋防滲，鋪蓋長10m；溢流壩壩坡后接16.60m長的C25混凝土消力池；消力池后接10m長C25混凝土海漫，末端為4.0m深C25混凝土防沖齒墻；溢流堰至消力池范圍內(nèi)堤防采用C25混凝土衡重式擋墻，擋墻結(jié)束位置采用扭面形式與堤防銜接，擋墻高5.54m～8.67m。

圖1 堰壩平面布置

圖2 堰壩縱剖面

本工程主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

2 施工組織

因工程所在河道有生態(tài)基流要求，且工期較長，無法斷流施工。工程采用分期圍堰施工，分兩期實施。一期采用明渠導(dǎo)流，主要施工右岸堤防、壩體100m、消力池70m、護坦、防沖槽55m。

圖3 一期圍堰布置

二期利用一期已成堰壩過流，二期圍堰由上下游橫向圍堰和縱向圍堰組成。圍堰材料主要利用河道砂卵石，防沖槽處縱向圍堰采用袋裝砂卵石碼成，以減小圍堰斷面，預(yù)留更多施工作業(yè)面及保障過流，圍堰臨水面采用粘土防滲。

圖4 二期圍堰布置

3 施工難點

二期圍堰填筑完成后，即開始抽排水作業(yè)：

(1)采用6臺抽水設(shè)備(2臺電動抽水泵，單臺抽水量200m3/h；4臺柴油抽水泵，單臺抽水量400m3/h)在上游橫向圍堰坡腳附近及防沖槽處縱向圍堰旁抽排水，但基坑內(nèi)水位遲遲無法降低。

(2)增加了6臺抽水設(shè)備(2臺電動抽水泵，單臺抽水量200m3/h；4臺柴油抽水泵，單臺抽水量400m3/h)，水位開始緩慢下降(約5cm/h)，增加設(shè)備2天后，基坑內(nèi)水深降至約1.6m后再無變化。

(3)為盡量降低抽排水作業(yè)難度，建設(shè)單位在保障該河道生態(tài)基流要求下，通過分流，將該河道進(jìn)口流量由原22m3/s調(diào)整為10m3/s內(nèi)，但效果不明顯。

基坑內(nèi)降水困難主要原因如下：

(1)堰壩重建方案未設(shè)置沖沙閘，也未在一期壩體內(nèi)埋設(shè)過流管道，水流全部從一期堰壩頂通過，導(dǎo)致二期上游圍堰臨水側(cè)與背水側(cè)水位差較大?；觾?nèi)壩體處底高程與上游圍堰前水面高差約為6.5m。

(2)圍堰所用砂卵石級配較差，主要為卵石和砂礫石，其余粒徑較少，透水性大。

(3)二期上游橫向圍堰利用了一段一期圍堰，但施工時未做好圍堰交接處的防滲處理，也未做好上游橫向圍堰與邊坡處的防滲處理。

(4)未在圍堰臨水面鋪設(shè)防滲土工膜或其他防滲材料。

由于上述幾項原因，二期基坑滲水嚴(yán)重。尤其是圍堰與上游邊坡連接處、二期圍堰與一期保留圍堰連接處、縱向圍堰防沖槽處。

4 降排水方案及施工工藝

在增加抽水設(shè)備降水效果不明顯的情況下，對比考慮了增加抽水設(shè)備、打鋼板樁、帷幕灌漿三種方案，經(jīng)綜合考量決定采用打鋼板樁的方式。在施工過程中鋼板樁圍堰自身的結(jié)構(gòu)不會被水滲透，其自身的結(jié)構(gòu)強度變化不大，安全性較高[3]。

表1 三種降排水方案方案對比

鋼板樁原計劃設(shè)置在圍堰背水側(cè)，防滲效果更好。因圍堰材料為砂卵石，考慮到打樁過程中可能遇卵石或漂石阻礙，故采用在臨水面粘土側(cè)打樁。鋼板樁長9m，每塊鋼板樁寬約30cm，鋼板樁間鎖口連接。在振動打入土層時，有地下雜物及小石塊時，將鋼板樁振動起拔然后再打入，上下來回振動打入多次，直至打進(jìn)為止。因圍堰上空電線有安全距離要求，部分段無法實施。上游橫向圍堰總長約50m，實際鋼板樁施工約30m，未能對圍堰進(jìn)行全面封閉。但鋼板樁施工完畢后，基坑滲水有較大的改善。

鋼板樁施工完畢后，根據(jù)施工先深后淺的原則，采取了扎小圍堰的方式首先澆筑了左岸擋墻基礎(chǔ)。具體方式為：在左岸擋墻基坑外填筑約1.8m高粘土圍堰，同時圍堰內(nèi)布置集水坑，在集水坑內(nèi)進(jìn)行抽排水，如此便保障了擋墻基礎(chǔ)內(nèi)的干燥作業(yè)面。

擋墻基礎(chǔ)澆筑完成后，同樣采取扎小圍堰的方式分別為二期第一、二段壩體基礎(chǔ)創(chuàng)造干燥的作業(yè)面。使水流主要從小圍堰與上游橫向圍堰間流走并抽排出基坑，小圍堰內(nèi)同樣采用布設(shè)集水井抽排出積水，并在第二段壩體基礎(chǔ)處埋設(shè)導(dǎo)流管道。

二期第一、二段壩體基礎(chǔ)澆筑完成后，利用第二段壩體內(nèi)預(yù)埋導(dǎo)流管道過流完成剩余2段壩體澆筑。

壩體完成后，繼續(xù)完成壩體上下游擋墻的施工，后續(xù)通過封堵第二段壩體內(nèi)預(yù)埋導(dǎo)流管和抽排滲水基本解決了壩體下游消力池基坑內(nèi)的水流問題。鋪蓋在基礎(chǔ)回填完成后，圍堰內(nèi)外側(cè)的水位差大大降低，滲水量減小，采用基礎(chǔ)外側(cè)開挖排水溝抽排水的方式解決了鋪蓋基礎(chǔ)水流問題。

各部位基礎(chǔ)完成后，上部結(jié)構(gòu)混凝土澆筑不受水流影響，各部位上部結(jié)構(gòu)按照計劃有序?qū)嵤?/p>

圖5 二期各部位施工順序及抽排水方案示意

5 經(jīng)驗與建議

本工程二期基坑通過打鋼板樁、扎小圍堰、堰壩基礎(chǔ)埋設(shè)導(dǎo)流管相結(jié)合的方式成功解決了基礎(chǔ)水流問題，成功的經(jīng)驗主要在于：

(1)通過在圍堰臨水面打鋼板樁緩解滲流問題，減少滲流量。

(2)在左岸擋墻、二期堰壩第一段、第二段基礎(chǔ)外分期扎小圍堰，通過各部位扎小圍堰在圍堰內(nèi)抽排水的方式解決各部位基礎(chǔ)水流保障基礎(chǔ)作業(yè)面干燥，同時各部位錯開時間段分期施工，以便小圍堰外基坑內(nèi)水流有足夠通道流至集水坑并被及時抽排出，不至于壅高水位。

(3)同時第二段壩體基礎(chǔ)埋設(shè)導(dǎo)流管導(dǎo)流有效解決堰壩第三、四段的基礎(chǔ)水流問題。封堵導(dǎo)流管有效解決消力池內(nèi)的水流問題。在導(dǎo)流管前加裝閘閥，導(dǎo)流管完成導(dǎo)流使命后，關(guān)閉閘閥，對導(dǎo)流管進(jìn)行灌漿處理，確保壩體密實。

本方案的主要優(yōu)點是在基坑內(nèi)抽排水的同時進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)混凝土澆筑，不需要等整個基坑內(nèi)的水流全部抽干，利于趕進(jìn)度搶工期。

同時，本方案僅為二期基坑滲流嚴(yán)重情況下的應(yīng)對方案，對應(yīng)本工程類似工程，建議在一期堰壩內(nèi)埋設(shè)過流管道用于二期導(dǎo)流，以降低堰壩前水位。同時填筑圍堰時應(yīng)注意在基坑內(nèi)預(yù)留足夠位置布置集中抽水點，并做好圍堰的各項防滲處理措施，二期基坑施工時滲流量將大量減少，抽排水作業(yè)難度也將極大地降低。

6 結(jié)語

工程在二期圍堰滲流嚴(yán)重的情況下，采用打鋼板樁、扎小圍堰、堰壩基礎(chǔ)埋設(shè)導(dǎo)流管相結(jié)合的方式為二期基坑降排水提供了切實可行的技術(shù)措施，通過上述幾種方式以及基坑內(nèi)分期組織施工，有效控制了基坑內(nèi)水流，實現(xiàn)了干燥的施工作業(yè)面。