水電站深基坑井點(diǎn)降水施工工藝

譚 玉 平, 彭 勇

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610081)

1 工程概述

上阿特巴拉水電站工程位于蘇丹東南部的蘇丹、埃塞俄比亞和厄立特里亞三國交界處,項(xiàng)目由Rumela樞紐和Burdana樞紐組成,Rumela樞紐位于Upper Atbara河上，Burdana樞紐位于Setit河上；在項(xiàng)目下游20 km處Upper Atbara河與Setit河交匯后匯入尼羅河。

Upper Atbara施工區(qū)位于半干旱氣候區(qū)，越往北方氣候越干旱。施工區(qū)內(nèi)，雨季從六月份持續(xù)到十月份，七月和八月雨量最大。水文資料顯示，本地區(qū)平均日最大降雨量為157 mm。

Rumela 壩址位于努比亞地層中約100 m寬的峽谷中，兩側(cè)為20 m高的懸崖。河岸為連續(xù)的砂巖和泥巖，其中含有玄武巖巖墻。右岸可見一條較大的中坡地帶，由粉土和細(xì)砂構(gòu)成。

筆者主要介紹了Rumela右岸廠房基坑減壓井方案的設(shè)計(jì)。

2 排水方案的選擇

Rumela廠房基坑面積約為19 000 m2，基坑深約50 m。通過對(duì)百年一遇工況下進(jìn)行的穩(wěn)定計(jì)算，發(fā)現(xiàn)此工況下?lián)P壓力可能會(huì)對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生破壞，因此，必須考慮基坑滲水，降低滲透壓力。

在減壓井布置前，基坑內(nèi)已經(jīng)布置了完整的地表排水系統(tǒng)，但是基坑滲水仍然嚴(yán)重。為降低地下水滲水壓力，原設(shè)計(jì)方案是在基坑內(nèi)布置一系列排水管，管道深入基礎(chǔ)1.5 m，然后在基礎(chǔ)表面形成完整的排水系統(tǒng)。但是，鉆孔后降壓效果不明顯，多數(shù)孔位并未出水，因此而選用減壓井方案。

3 地質(zhì)條件

該工程地質(zhì)條件復(fù)雜多變，壩址地層主要為泥巖和砂巖。但是，由于裂隙多而導(dǎo)致滲水嚴(yán)重。為了進(jìn)一步了解基坑所處位置的地質(zhì)條件，在基坑四周布置了鉆孔取芯，了解到的基坑地質(zhì)條件大致如下：

基礎(chǔ)大面高程為451.8 m，基礎(chǔ)面以下3 m(高程451.8～448.8 m)為泥巖，泥巖滲透系數(shù)小于1×10-7m/s，可視為不透水層；高程448.8～440 m為砂巖，滲透系數(shù)為0.8×10-5m/s，可視為均質(zhì)透水層；高程440 m以下為泥巖，為不透水層。地下水位高程為458.36 m。現(xiàn)河床水位高程為477 m，汛期河水位按百年一遇工況計(jì)算，河水最高水位為高程491 m。按照最不利情況考慮，假設(shè)汛期地下水位上漲14 m，即地下水位為高程472.36 m，按照此工況進(jìn)行了以下計(jì)算。

4 計(jì)算模型

根據(jù)水文地質(zhì)條件，含水層承壓，為避免地下水透過泥巖裂隙滲透至基巖表面，設(shè)計(jì)降水水位為高程450.8 m(既基巖以下1 m)，減壓井穿透整個(gè)砂巖透水層。計(jì)算模型為均值含水層承壓～潛水非完全井。

4.1 基坑涌水量計(jì)算

基坑為一個(gè)約150 m×130 m的矩形，故可以將基坑化為等效圓形直井進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

式中Q為基坑基礎(chǔ)涌水量，m3/s；k為滲透系數(shù)，m/s；H為含水層厚度，472.36-440=32.36(m)；S為基坑降水深度,472.36-450.8=21.56(m)；R為降水影響半徑，m；r0為基坑等效半徑，m；M為承壓水含水層厚度，448.8-440=8.8(m)；h為降水面到承壓水含水層底板厚度，H-S=10.8(m)。

計(jì)算簡圖見圖1。

圖1 計(jì)算簡圖

相關(guān)參數(shù)計(jì)算：

4.2 單井出水量計(jì)算

計(jì)算公式為：

式中q為單井點(diǎn)抽水量，m3/d；l為過濾段浸沒長度， 2 m；r為過濾器半徑，0.06 m；q=1.8 m3/h。

4.3 計(jì)算井點(diǎn)數(shù)量n

n=Q/q=28.5/1.8=16(個(gè))

考慮1.2的安全系數(shù)，n=1.2×16=20(個(gè))。

4.4 減壓井布置及典型剖面

整個(gè)廠房基坑一共布置了20個(gè)減壓井，沿基坑環(huán)形布置：左岸邊坡靠近河，在高程467～474 m馬道上布置了7個(gè)減壓井，右岸邊坡在高程467 m馬道上布置了4個(gè)減壓井，在上游邊坡高程465.2 m馬道上布置了5個(gè)減壓井，下游斜坡段在476 m高程布置了4個(gè)減壓井，鉆孔取芯也在四周各取一個(gè),即PS1～PS4，后期作為地下水位監(jiān)測(cè)井。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，減壓井典型剖面見圖2。

5 減壓井施工流程與施工工藝

減壓井施工流程見圖3。

圖2 減壓井典型斷面圖

圖3 減壓井施工流程圖

減壓井施工工藝與一般減壓井大致相同。鑒于巖石基礎(chǔ)與土壤基礎(chǔ)的不同，為方便施工，采取了以下措施。

鉆孔直接進(jìn)行，不采取護(hù)壁措施。由于巖石基礎(chǔ)完整性好，在鉆孔過程中不容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，所以不需要實(shí)施護(hù)壁，如此實(shí)施，簡化了施工工藝，有效提高了鉆孔速度。

井管采用PVC(花)管。由于滲透水?dāng)y帶泥沙物質(zhì)比較少，且因巖壁堅(jiān)固，成井后對(duì)井管壁壓力小，不需要采用鋼管等材料，故選擇強(qiáng)度略高的PVC管即可滿足要求，從而降低了成本。

6 降水效果

減壓井布置后，原先用于取芯所鉆的四個(gè)孔也在取芯之后可以起到監(jiān)測(cè)孔的作用。日常監(jiān)測(cè)中各個(gè)監(jiān)測(cè)孔取得的水位見圖4～7。

圖4 廠房1號(hào)機(jī)組高程464 m馬道平臺(tái)減壓井水位圖

圖5 廠房2號(hào)機(jī)組高程467 m馬道平臺(tái)減壓井水位圖

圖6 廠房3號(hào)機(jī)組高程465.2 m馬道平臺(tái)減壓井水位圖

圖7 廠房4號(hào)機(jī)組尾水出水口高程467 m減壓井水位圖

觀測(cè)數(shù)據(jù)表明：降水效果明顯。另外，在基坑內(nèi)也設(shè)置了監(jiān)測(cè)孔用于監(jiān)測(cè)基坑地下水位的變化情況。

施工過程中發(fā)現(xiàn)，減壓井實(shí)際出水量比計(jì)算值要大，分析其主要原因，除了滲透水外，由于基坑巖層復(fù)雜多變，層間裂隙發(fā)育良好，形成了完整的透水通道，導(dǎo)致減壓井實(shí)際涌水量偏大。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了此問題，故選擇了排量為14 m3/h的潛水泵，能夠滿足現(xiàn)場排水要求。

7 結(jié) 語

減壓井的設(shè)置，有效地解決了Rumela廠房基坑滲水問題。該項(xiàng)目其他基坑采取了同樣的降水方案，也取得了很好的效果，從而為工程的安全施工提供了保證。另外，由于基礎(chǔ)巖石的風(fēng)化和破碎，使得鉆孔可行，并沒有加大鉆孔的難度，而且?guī)r石基礎(chǔ)相對(duì)于土壤基礎(chǔ)整體性要好，在鉆孔過程中不需要采取護(hù)壁措施，也沒有發(fā)生塌孔的現(xiàn)象，從而使鉆孔成井的施工效率有很大程度的提高，及時(shí)解決了雨季施工安全的問題。

作者簡介:

譚玉平(1974-)，男，湖北巴東人，副總工程師兼副分局長，高級(jí)工程師，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作；彭 勇(1980-)，男，四川自貢人，項(xiàng)目總經(jīng)理助理兼技術(shù)部主任，工程師，學(xué)士，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作.