某水閘工程砂卵石地層基坑排水方案探析

張 媛

(山東水利建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)寧 272000)

0 引 言

在工程建設(shè)期間，水是影響工程穩(wěn)定性及施工作業(yè)人員的主要因素之一。為了充分保證工程的順利實(shí)施，往往需要采取相關(guān)措施以降低地下水水位[1-3]。在臨近河流的區(qū)域，地下水位埋藏較淺，水源豐富，降水工作難度較大，對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生的影響較大[4-5]。在臨近河流區(qū)域，一般采用圍堰截引流，降水井、截排水溝等措施降低工程場(chǎng)地內(nèi)的地下水位[6-10]。不同的工程所適用的降水方案也不盡相同，結(jié)合濟(jì)寧某河流治理工程，對(duì)臨河水利工程深基坑開挖的降水措施進(jìn)行分析，為工程降水提供建議。

1 工程概況

基坑開挖處位于濟(jì)寧某河流上游處，為河流整治工程擬建水閘，屬于Ⅱ等大(2)型工程。閘址緊鄰濟(jì)寧城區(qū)，閘室總寬517.32m。閘址區(qū)河道存在明顯的河床與高漫灘分界，高漫灘寬280-350m，枯水期為砂卵礫石灘地，施工場(chǎng)地條件較好。水閘采用拆除重建，基坑開挖深度較大，場(chǎng)地內(nèi)地層主要為雜填土、粉質(zhì)黏土、細(xì)(中)砂、不同密實(shí)度卵石。除去基巖外，場(chǎng)地內(nèi)砂層、卵石層屬于滲水性較強(qiáng)，場(chǎng)地內(nèi)地下水資源較為豐富，埋深約為1.0m，地下水埋深隨季節(jié)變化略有起伏。

2 基坑排水

2.1 初期排水方案

基坑建設(shè)初期排水主要是為了解決基坑內(nèi)的積水和圍堰滲水。在初期排水過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)基坑內(nèi)地下水位的下降速度加以控制，避免地下水位下降速率過大導(dǎo)致圍堰邊坡穩(wěn)定性不足或者水位下降速率較低不能滿足降水需求，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)分析，確定初期排水過程中，基坑水位下降速率在0.3-0.6m/d范圍。工程建設(shè)基坑可分為兩期，其中一期基坑排水面積為 1.25×106m2，二期基坑的排水面積為0.83×106m2。其中，一期基坑的導(dǎo)流水位較低，初期排水時(shí)，基坑內(nèi)部為積水產(chǎn)生，二期基坑排水初期的基坑內(nèi)部積水約9.73×104m3。初期排水工程在截流閉氣作業(yè)完成后開始，二期基坑內(nèi)部平均水深約為1.0m，最大水深可達(dá)到3.56m。采用固定排水站進(jìn)行排水，預(yù)計(jì)排水周期為5d，強(qiáng)度為689m3/h，配備8臺(tái)IS125-100-250型離心泵。

2.2 經(jīng)常性排水方案

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)勘察成果可知，場(chǎng)地內(nèi)地下水水位高于水閘建基面，為了防止工程建設(shè)期間基坑出現(xiàn)垮塌等不良現(xiàn)象，方便施工作業(yè)人員施工，需要采用一定的治理措施降低地下水水位。初步選擇降水井及明溝排水兩種方案進(jìn)行對(duì)比。

2.2.1 降水井方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查場(chǎng)地內(nèi)分布地層主要包括雜填土、粉質(zhì)黏土、細(xì)(中)砂、不同密實(shí)度卵石等。可采用均質(zhì)含水層潛水非完整井計(jì)算基坑降水涌水量，計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

單口降水井的出水能力q以及降水井水量n按下式計(jì)算：

(3)

n=1.1Q/q

(4)

式中：r為過濾器半徑。

兩期基坑特征及降水井排水方案計(jì)算見表1。

表1 兩期基坑特征及降水井排水方案計(jì)算

2.2.2 明溝排水

采用明溝排水，沿圍堰內(nèi)坡腳外3.0m開挖截滲溝，攔截滲水，并在基坑四周設(shè)置集水坑，收集滲水，再用水泵抽排至基坑外。圍堰堰基為砂卵石，滲透系數(shù)為0.5598cm/s，為強(qiáng)透水層，使用“AutoBank7.51”計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 基坑降水計(jì)算成果

2.2.3 方案比選

通過分析采用降水井作為降水方案時(shí)過濾器長(zhǎng)5.0m時(shí)，一期基坑總涌水量為8000m3/h，降水井間距為14.0m，共57眼降水井，降水井采用無砂混凝土管，井深29m。二期工程基坑過濾器長(zhǎng)8.0m時(shí)，二期基坑總涌水量為10200m3/h，降水井間距為15.8m，共57眼降水井，降水井采用無砂混凝土管，井深32m。水泵型號(hào)選擇應(yīng)能保證降水需求，水泵流量應(yīng)大于排水強(qiáng)度。

采用明溝排水時(shí)需要圍堰內(nèi)坡腳外3.0m初設(shè)置截排水溝、集水坑等，并使用水泵將水排出。兩種方案對(duì)比見表3。

經(jīng)上述方案比選可以得出，明溝排水方案無論在施工還是造價(jià)均優(yōu)于降水井方案，因此，本次采用明溝排水方案。

表3 基坑降水計(jì)算成果

3 截滲溝、集水坑設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析

3.1 排水方案設(shè)計(jì)

截滲溝底高程同最低建基面高程，一期截滲溝底高程為3646.50m，長(zhǎng)983m，二期截滲溝底高程為3645.50m，長(zhǎng)805m，采用梯形斷面，溝底寬1.0m，溝深3.5m，邊坡1∶2，靠近圍堰側(cè)截滲溝邊坡采用30cm厚袋裝砂卵石壓坡。

集水坑每100m設(shè)置1處，一期布置6處，二期布置6處，集水坑底部為正方形5m×5m，邊坡1∶2.0，底高程低于截滲溝底高程2.0m，集水坑深5.5m，集水坑邊坡采用30cm厚袋裝砂卵石壓坡。

基坑排水設(shè)備及臺(tái)時(shí)見表4。

表4 基坑排水特性匯總表

3.2 截滲溝邊坡穩(wěn)定計(jì)算

1)截滲溝滲流穩(wěn)定計(jì)算：

截滲溝設(shè)計(jì)坡比1∶2.0。滲透系數(shù)0.5598m/s，根據(jù)autobank軟件中“滲流分析”進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算方法采用有限單元法，計(jì)算工況為最不利的施工期。

2)截滲溝邊坡穩(wěn)定計(jì)算：

砂卵石圍堰內(nèi)摩擦角φ=33°，內(nèi)聚力C=0，采用autobank軟件中的瑞典圓弧法對(duì)截滲溝邊坡進(jìn)行計(jì)算，滲流穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果見表5。

表5 截滲溝邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

4 結(jié) 論

1)水是影響基坑穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，水閘巖土體類型主要為砂卵石層，滲透性較好，工程基坑開挖可分為兩期，但兩期基坑所處的條件也有所不同，降水問題較為復(fù)雜。

2)通過分析，降水可分為初期排水和經(jīng)常性排水，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算成果確定初期排水采用固定排水站方式即可滿足排水要求。

3)針對(duì)經(jīng)常排水選取降水井和明溝排水兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析，采用降水井排水時(shí)，一、二期基坑降水共設(shè)置114眼降水井；采用明溝排水時(shí)沿圍堰布置排水溝，設(shè)置6處集水坑即可滿足要求。通過對(duì)比明溝排水具備施工簡(jiǎn)便、投資較低、工期短等優(yōu)勢(shì)。并通過分析采用1∶2.0的坡比，邊坡穩(wěn)定性滿足要求。