地下水對壩基開挖的影響及處理措施

陳 萍

(陜西省涇惠渠管理局，陜西 三原 713800)

地下水對壩基開挖的影響及處理措施

陳 萍

(陜西省涇惠渠管理局，陜西 三原 713800)

某水庫樞紐均質土壩施工中，區域地下水較高，影響壩基開挖。施工中，采取地面、地下水雙排除措施，即對地下水采用深井降排，地面雨水和壩基滲水采用明溝排除，有效地降低區域地下水位，使土壩基礎開挖得以順利施工，實踐證明:處理正確取得了良好效果。

壩基開挖;地下水;措施;效果

某水庫工程位于關中平原清河河谷上，是以農業灌溉為主，兼有防洪、養殖等綜合效益的水利工程。設計規模為三等中型，樞紐工程由大壩、溢洪道、導流排沙泄洪洞、抽水站等部分組成。大壩為渠庫結合的均質土壩。

水庫樞紐工程所處河流由西向東呈近東西向，河谷呈“U”型，寬約 170～200 m，高差 30～32 m，谷坡約 40°～60°。河床高程394～396 m，近河一級階地高出河床2～3 m，右岸階面寬40～60 m，左岸階面寬10～30 m，左岸階面有坡崩積物覆蓋。階地堆積物具有二元結構，上部為粉土，下部為卵石。河谷斜坡主要由第四系全新統的黃土狀壤土與第四系上更新統的粉質壤土、粉質粘土組成，兩岸坡30～60 m范圍內落水洞和裂隙發育，落水洞直徑1.0～1.5 m不等，一般深度2.0～7.0 m，兩壩肩斜坡有小的滑塌堆積。

1 工程地質條件

樞紐區地層根據形成年代、成因和工程地質特點可分為10個工程地質單元，分層為:①灰黃色粉質壤土，②砂卵石，③褐黃色粉質壤土夾雜雞窩狀含礫中粗砂，④黃土，⑤黑壚土，⑥淺黃色輕粉壤土，⑦淺黃色中粉壤土，⑧棕褐色粉質粘土，⑨黃灰色粉質粘土，⑩棕褐色粉質粘土。岸坡地層自上而下為④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨，壩基河床由①、②、③、⑩組成。

1.1 壩基工程地質情況

壩基地層由兩部分組成:河床覆蓋層和Q3粉質粘土層。

1.1.1 河床覆蓋層

①－1粉土層，土質松軟，相對壓縮系數 a1－2=0.85 Mpa－1，屬高壓縮性土層，并具有濕陷性。

①－2粉質壤土層，土質均勻性差，壓縮變形較大，局部地段受水浸泡呈現軟土工程特性。不能作為大壩基礎，應予以清除。

1.1.2 Q3粉質粘土層

②層礫石層，厚 2 ～3 m，滲透系數 K=2.17 ～33.5 m/d，屬強透水層，易形成壩基滲漏，經估算，年滲漏量約 48.5萬m3，占庫容的2.6%，應采取防滲措施。

③層粉質壤土中夾有雞窩狀礫中細砂，經鉆孔試驗，發現其未形成貫通層，地質判定不會產生液化，考慮③層中夾有含礫中細砂，滲透系數 K=5.5×10－4cm/s，仍可形成壩基滲漏，需進行防滲處理。

壩基最下層為⑩層粉質粘土層，滲透系數 K=2.97×10－5～2.97 ×10－7cm/s，屬微弱透水性，可作為壩基防滲隔水層。

1.2 壩肩工程地質情況

兩壩肩斜坡從上到下可分為三部分，上部(420 m高程以上)為黃土狀壤土、黑壚土，中部(414～420 m高程)為輕粉質壤土夾粉細砂層，下部(414 m高程以下)為粉質壤土、粉質粘土。其中④層黃土狀壤土層具濕陷性，⑥層輕粉質壤土夾粉細砂層，粉質壤土厚3.5 m左右，屬中等壓縮性土，滲透系數 K=1.44 ～1.87 m/d，粉細砂層厚 2.5 ～2.8 m，稍密，滲透系數 K=7.2 ～11.5 m/d，K 加權平均 =3.3 ～5.1 m/d。⑦層粉質壤土層厚 5 m，土質密實，滲透系數 K=9.9×10－4cm/s，水庫蓄水后，沿粉質壤土粉細砂層存在繞壩滲漏問題。

右壩肩斜坡穩定性較好。左壩肩斜坡表面坡積、滑坡、錯落體較多，坡緣落水洞發育、穩定性差。

2 地下水對壩基開挖的影響

樞紐區地下水類型主要是潛水和承壓水，潛水含水層巖性主要為第四系松散堆積的砂、礫、卵石層、壤土層，屬孔隙水。潛水的補給來源為大氣降水、農田灌溉，以地下徑流和下降泉的形式向河床排泄，地下水徑流方向與地面傾向基本一致，靠近河谷地段略有改變。承壓水在第四系更新統及上第三系巖層含水巖組中有分布。兩壩肩地下水位埋深16～25 m，水位高程左壩肩 402～408 m，右壩肩405～411 m，清河階地地下水位埋深1～3 m，水位高程398～395 m。泉水分布高程 398～407 m，流量多為 3.0～5.0 L/min，經化驗分析水質對普通水泥具有硫酸鹽型弱腐蝕。

大壩設計清基高程392.0 m，結合槽底設計高程386.0 m，大壩清基范圍長218.5 m，寬 100 m，土方開挖量133 800 m3。由于壩基地下水位高于設計結合槽底部高程386.00 m以上 12 m，壩址區土壤滲透系數 K=(6.0～9.0)×10－4～2.3×10－5cm/s，而且河床由于多年淤積，398 m高程以下呈稀泥狀，清基、結合槽開挖受地下水制約，施工十分困難，壩體填筑更是無法進行。

3 處理措施

嚴格控制地下水位，降低地下水位至設計結合槽底高程386.0 m以下，方能確保均質土壩基礎和結合槽順利實施。分析地質勘探資料，樞紐區為非巖層區域，打降水井較為方便，加上部分地層土壤滲透系數大，深井降水輻射范圍較大，十分利于控制地下水位。于是施工過程中，采取了深井降水的工程措施，以井排為主，明排為輔，即:深井降排壩基、壩肩地下水，使地下水位降至386.0 m高程以下;明渠排除壩基、壩肩地面雨水和滲水，保證壩基和結合槽的的正常施工并為大壩填筑奠定良好的基礎。

3.1 深井降排地下水

3.1.1 技術參數的確定

根據壩址區的水文地質資料及現場單井、群井抽水試驗，確定了壩基土壤滲透系數、單井出水量及影響半徑，并計算出基坑范圍內總涌水量、降水井個數、井距、井深等技術參數(見表1)。

表1 井點排水技術參數

3.1.2 降水井施工

實施過程中，我們嚴格按照已確定的技術參數，精心測量，嚴密布設井位，在壩基、壩肩范圍共打井74眼，井點排水系統平面布置見圖2。為保證降水效果、防止井壁垮塌，深井采用無砂砼管護壁，井深55～85 m。深井造孔、井管施工等同常規施工方法。井管施工結束后，立即進行洗井并下泵接線安裝排水管，進行壩基降水，同時，嚴格監控排水效果。

圖2 大壩井點排水系統平面布置圖

3.1.3 井孔封堵

當壩基范圍內地下水抽排至386.0 m高程以下后，進行了壩基開挖。開挖期間還應及時抽水，防止地下水位上升，基坑開挖完成及壩體回填到400.0 m高程后，停止抽水，并采用混合砂礫料回填井孔，距井口1.0 m時，澆筑砼塞封口。

3.2 地面雨水和壩基滲水的排除

均質土壩工程位于清河河谷，截斷河流修建，上游來水由先期修建的排沙泄洪洞引至樞紐下游河床排放，不影響壩基開挖和回填。土壩施工區域內降雨和坡面滲水制約工程施工，需要及時有效排走。為了防止施工期間地面雨水匯流從兩壩肩流入壩基范圍內，沿左右壩肩距削坡開口線以外2 m，修建一道上寬 0.6 m，下寬 0.3 m，深 0.5 m，T=1/500 的截水渠，用來攔截地面雨水，排水渠每隔50 m設一集水坑，用泵抽至壩址旁灌溉渠道中。

均質土壩基坑四周修建臨時排水渠，用來攔截坡面滲水和雨水，并引至集水坑內，用泵抽排至下游圍堰以外。

4 結語

采取了一系列措施進行施工處理，有效地降低了地下水位，疏干了壩基開挖基面以上的土壤，保證了均質土壩清基及填筑的正常施工。降低區域地下水位的方法效果明顯，經濟實用，在同類工程條件下施工，也值得借鑒，和進一步研究探索。

TV641.2+2

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1004－1184(2012)05－0034－02

2012－06－14

陳萍(1966－)，女，陜西高陵人，工程師，主要從事水利水電工程施工及管理工作。