南水北調(diào)邳州站工程基坑截滲及降水方案設計

鄭衛(wèi)華

（上海勘測設計研究院，上海 200434）

1 工程概況

邳州站工程位于江蘇省邳州市八路鎮(zhèn)劉集村境內(nèi)，徐洪河與房亭河交匯處的東南角，是南水北調(diào)東線第一期工程的第六級泵站，西距劉集地涵約500 m，東距劉集節(jié)制閘800 m。本工程區(qū)域地勢相對低洼平坦，地表高程22.5～23.5 m。站址以西徐洪河由南向北穿越房亭河，現(xiàn)狀河底高程15.0 m；站址以北房亭河現(xiàn)狀河底高程18.3 m，距離站址約160 m；站址以東劉集船閘引航道現(xiàn)狀河底高程15.0 m；雙楊河由西向東貫穿擬建主站房場地。

泵站總裝機流量133.4 m3/s，單泵流量33.4 m3/s，采用豎井貫流泵，水泵采用單列布置。主泵房寬18.60m，長38.20m，泵房底板底高程10.70m—9.20m—11.00m，最深處為集水井底高程7.50m。

2 場地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，本工程場地屬黃淮海平原東南緣的沂沭泗沖積平原區(qū)，地貌類型為堤外洼地平原。在勘探深度范圍內(nèi)上部以少粘性土、淤泥質(zhì)土為主，中上部為一般粘性土，其下為粘性土及砂性土層。根據(jù)地質(zhì)成因、沉積年代及工程特性等，場地內(nèi)主要土層自上而下如下：

A素填土：砂壤土、壤土互混。主要為房亭河、徐洪河大堤填筑土。

①層砂壤土：夾軟塑、可塑狀壤土塊及薄層，場地普遍分布。

②層壤土：夾較多砂壤土薄層，局部互層狀，土質(zhì)不均勻，場地普遍分布。

③層壤土：含鐵錳結(jié)核，局部夾粘土塊，土質(zhì)不均勻，場地普遍分布。

④層含砂姜壤土：以重壤土為主，局部為棕色粘土、褐色粉質(zhì)壤土，含砂姜及鐵錳結(jié)核，砂姜含量一般5%～15%，中上部局部富集含量約20%～30%，局部層狀富集膠結(jié)成盤含量可達40%～60%，土質(zhì)不均勻。場地普遍分布。

⑤層含礫中砂：夾礫砂，含少量泥質(zhì)，局部夾粉細砂層，土質(zhì)不均勻。層底標高5.4～13.43 m。該層厚度變化較大，土層起伏也比較大，場地普遍分布。

⑥層含砂姜粘土：黃夾淺灰色、棕紅色粘土為主，含鐵錳結(jié)核、砂姜和砂粒；砂姜含量一般5%～10%，局部 20%～40%。

⑦層細砂～中粗砂：上部以粉細砂夾泥質(zhì)壤土塊為主，夾碎云母片、少量小礫石及砂姜，往下漸變?yōu)橹写稚盎炷噘|(zhì)，密實，土質(zhì)不均勻。該層未揭穿。

泵房最深處集水井主要位于⑤層含礫中砂層上，局部位于④層含砂姜壤土，下臥土層為⑥層含砂姜粘土。

2.2 水文地質(zhì)

工程區(qū)內(nèi)地下水類型為松散層孔隙潛水和承壓水。場地內(nèi)主要含水層有第①層砂壤土、第⑤層含礫中砂、第⑦層細砂～中粗砂，其富水性受含水層厚度和補給條件影響；第②、③層粘性土透水性等級為弱透水～微透水，構(gòu)成場地內(nèi)相對隔水層；第④、⑥層含砂姜粘性土以微承壓水為主，與其它水體水力聯(lián)系相對較弱。

表層①層砂壤土地下水位高程為21.40～21.79 m；第⑤層含礫中砂承壓水位高程為21.64～21.96 m，滲透系數(shù)4.5×10-2cm/s。第⑦層細砂～中粗砂承壓水頭24.07 m，滲透系數(shù)1.22×10-3cm/s，相應水位高程22.47 m。

據(jù)調(diào)查分析，在場地附近房亭河及中運河段長期有非法采砂現(xiàn)象，采深已達河底下30～50余米，導致河水與地下各含水層直接溝通。此外，場地周邊劉集船閘、劉集地涵、劉集閘等工程施工過程中均進行大面積的深層降水，也不同程度地導致河水與地下各含水層直接溝通補給。初步分析該場地地下承壓水已與河水形成直接的水力聯(lián)系。

3 基坑截滲及降水處理方案

工程地址條件復雜，有⑤層含礫中砂承壓含水層以及⑦層細砂～中粗砂承壓含水層對工程基坑開挖及混凝土澆筑施工造成影響。⑤層承壓水位21.96 m，⑦層承壓水位22.47 m。

泵站底板底高程最低7.50 m。開挖時將挖至⑤層，該層承壓水頭高，涌水量大，將影響施工進行。⑦層在場地內(nèi)雖埋深較大，但基坑開挖后，相對隔水層厚度約為9 m，其承壓水頭約24 m，根據(jù)GB 5007-2002《建筑地基基礎設計規(guī)范》附錄W提供的抗?jié)B穩(wěn)定驗算公式，對第⑦層細砂～中粗砂進行基坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性估算，基底抗?jié)B穩(wěn)定不能滿足穩(wěn)定要求，因此，需降低⑤層及⑦層承壓水水位。考慮到⑦層以上相對隔水層厚度約10 m，且⑦層厚度較大，地質(zhì)勘探時未鉆穿，采用圍封的方法工程造價較高，擬采用管井降水，水位降低至滿足隔水層抗?jié)B穩(wěn)定條件即可。

3.1 ⑤層承壓含水層截滲方案確定

⑤層承壓含水層可采用降水方案或圍封截滲方案進行處理。對圍封截滲方案，地下連續(xù)墻圍封效果好，但造價稍高，工程中常用的相對較經(jīng)濟的截滲技術有多頭小直徑攪拌樁以及垂直鋪塑技術等。垂直鋪塑技術較適用于低水頭情況下的截滲，本工程⑤層土為承壓含水層，承壓水水頭較高，因此不考慮采用垂直鋪塑技術；④層土為含砂姜壤土及其夾層、⑥層土為含砂姜粘土，不適合多頭小直徑攪拌樁的施工，因此，本工程⑤層圍封截滲方案考慮比選地下連續(xù)墻圍封方案。

對⑤層土可采取地下連續(xù)墻圍封截滲方案或管井降水方案。降水方案可滿足降水要求，但日排水量較大，降水時間長，同時考慮施工過程中各種不確定因素，深井降水不易見成效，④層、⑤層易滲透變形管涌土破壞；圍封截滲方案將基坑圍成一個相對封閉的區(qū)域，較徹底解決⑤層土與地表水之間存在水力聯(lián)系的問題，避免了各種不確定因素。通過對降水方案和圍封截滲方案進行經(jīng)濟技術比較，最終確定⑤層采用地下連續(xù)墻圍封截滲方案。

3.2 地下連續(xù)墻設計

3.2.1地連墻墻體厚度計算

墻體所需厚度B可根據(jù)其破壞時的水力坡降來計算，即：

B=H/J允

J允=Jmax/K

式中：H——防滲墻承受的最大水頭；Jmax——極限水力坡降，為確保安全，取Jmax=300；J允——允許水力坡降；K——安全系數(shù)，一般取5。

連續(xù)墻最深處為第⑤層含礫中砂層底板高程6.5 m處，承壓水位高程為21.96 m，則：

B=0.26 m

為加快工程進度，地下連續(xù)墻考慮采用抓斗式施工法，其厚度需滿足其設備施工性能，一般最小厚度為35 cm，本工程連續(xù)墻墻體厚度取35 cm。

3.2.2地連墻墻頂高程確定

對⑤層土以上相對隔水層進行抗?jié)B穩(wěn)定復核計算，根據(jù)GB 5007-2002附錄W提供的抗?jié)B穩(wěn)定驗算公式，即：

根據(jù)⑤層土以上各層天然容重及相應土層厚度計算，計算結(jié)果為，相對隔水層至17.0 m高程時能夠滿足抗?jié)B穩(wěn)定要求，因此，地連墻頂高程確定為17.0 m高程，在該高程設置馬道。

3.3 ⑦層承壓含水層降水計算

⑦層采用管井降低承壓水水位，采用承壓非完整井。

3.3.1 承壓水位降深

由于⑦層以上相對隔水層厚度約為9 m，因此，⑦層承壓水只需降低至⑦層以上相對隔水層滿足抗?jié)B穩(wěn)定要求即可。根據(jù)GB5007-2002抗?jié)B穩(wěn)定驗算公式以及⑦層土以上各層天然容重及相應土層厚度計算，降水后承壓水頭應低于16.1 m，需降低承壓水頭24.07-16.1＝7.97 m。

管內(nèi)水位降深為s＝7.97+IL1

式中：I為水力坡降，取0.1；L1為井點管至基坑中心距離，為79 m。

經(jīng)計算，s＝14.57 m。

3.3.2影響半徑

⑦層厚度較大，管井為不完整井，用有效帶深度H0計算。

有效深度 H0＝1.85(s+L)＝30.65 m

影響半徑

經(jīng)計算，R′＝168.78 m。

3.3.3基坑總排水量

因基坑離水源距離約為b＝160 m＞R′/2，所以

經(jīng)計算，Q＝1 723 m3/d。

3.3.4單井排水量

經(jīng)計算，q＝141.24 m3/d。

3.3.5井點數(shù)量

n＝1.1Q/q＝14根

此時，井點最大間距：

D＝L/n＝466/14＝33 m。

考慮到一般情況下，管井間距小于30 m，共布置16根管井。

［1］姚文秀，孫萬功.混凝土防滲墻厚度的確定方法［J］.電力學報，2007（04）.

［2］建筑基坑支護技術規(guī)程［S］.北京：中華人民共和國建設部，1999.

［3］建筑地基基礎設計規(guī)范［S］.北京：中華人民共和國建設部，2002.