南水北調邳州站工程基坑截滲及降水方案設計

鄭衛華

（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劉集村境內，徐洪河與房亭河交匯處的東南角，是南水北調東線第一期工程的第六級泵站，西距劉集地涵約500 m，東距劉集節制閘800 m。本工程區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，現狀河底高程15.0 m；站址以北房亭河現狀河底高程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 場地工程地質及水文地質條件

2.1 工程地質

根據地質勘察報告，本工程場地屬黃淮海平原東南緣的沂沭泗沖積平原區，地貌類型為堤外洼地平原。在勘探深度范圍內上部以少粘性土、淤泥質土為主，中上部為一般粘性土，其下為粘性土及砂性土層。根據地質成因、沉積年代及工程特性等，場地內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，土質不均勻，場地普遍分布。

③層壤土：含鐵錳結核，局部夾粘土塊，土質不均勻，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、褐色粉質壤土，含砂姜及鐵錳結核，砂姜含量一般5%～15%，中上部局部富集含量約20%～30%，局部層狀富集膠結成盤含量可達40%～60%，土質不均勻。場地普遍分布。

⑤層含礫中砂：夾礫砂，含少量泥質，局部夾粉細砂層，土質不均勻。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壤土塊為主，夾碎云母片、少量小礫石及砂姜，往下漸變為中粗砂混泥質，密實，土質不均勻。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

工程區內地下水類型為松散層孔隙潛水和承壓水。場地內主要含水層有第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，構成場地內相對隔水層；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4.5×10-2cm/s。第⑦層細砂～中粗砂承壓水頭24.07 m，滲透系數1.22×10-3cm/s，相應水位高程22.47 m。

據調查分析，在場地附近房亭河及中運河段長期有非法采砂現象，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GB 5007-2002《建筑地基基礎設計規范》附錄W提供的抗滲穩定驗算公式，對第⑦層細砂～中粗砂進行基坑底抗滲流穩定性估算，基底抗滲穩定不能滿足穩定要求，因此，需降低⑤層及⑦層承壓水水位?？紤]到⑦層以上相對隔水層厚度約10 m，且⑦層厚度較大，地質勘探時未鉆穿，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滲穩定條件即可。

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，地下連續墻圍封效果好，但造價稍高，工程中常用的相對較經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墻圍封方案。

對⑤層土可采取地下連續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域，較徹底解決⑤層土與地表水之間存在水力聯系的問題，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濟技術比較，最終確定⑤層采用地下連續墻圍封截滲方案。

3.2 地下連續墻設計

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，一般取5。

連續墻最深處為第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滲穩定復核計算，根據GB 5007-2002附錄W提供的抗滲穩定驗算公式，即：

根據⑤層土以上各層天然容重及相應土層厚度計算，計算結果為，相對隔水層至17.0 m高程時能夠滿足抗滲穩定要求，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滲穩定要求即可。根據GB5007-2002抗滲穩定驗算公式以及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

經計算，Q＝1 723 m3/d。

3.3.4單井排水量

經計算，q＝141.24 m3/d。

3.3.5井點數量

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范［S］.北京：中華人民共和國建設部，2002.