淺談基坑超標(biāo)洪水下充水平壓施工

唐銘鴻　徐亞軍

摘 要：JC水電站位于大江干流中游，2018年因江水出現(xiàn)超過(guò)20年一遇的洪水，JC水電站上游圍堰處水位高程為EL.3228.38m，流量達(dá)9100m3/s，已超出圍堰設(shè)計(jì)流量為20年一遇8920m3/s，且根據(jù)水情預(yù)報(bào)情況，近期江水及JC水電站流量將繼續(xù)呈上升趨勢(shì)。為避免后續(xù)水位不斷上漲、流量不斷增加可能帶來(lái)的電站二期基坑上、下游圍堰及泄流過(guò)流導(dǎo)流明渠出現(xiàn)滲漏或破壞等不利事件，需在特定條件下實(shí)施二期基坑充水平壓施工。

關(guān)鍵詞：圍堰 基坑 超標(biāo)洪水 充水平壓

中圖分類號(hào)：U213 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）11（b）-0074-02

1 工程概況及設(shè)計(jì)原始條件

根據(jù)電站所處位置及各站資料條件，選取羊村、奴下水文站作為該電站水文分析計(jì)算設(shè)計(jì)依據(jù)，JC水電站二期上、下游圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇（汛期），其流量為8920m3/s。為避免后續(xù)水位不斷上漲、流量不斷增加可能帶來(lái)的電站二期基坑上、下游圍堰及泄流過(guò)流導(dǎo)流明渠出現(xiàn)滲漏或破壞等不利事件，需在特定條件下實(shí)施二期基坑充水平壓施工。

2 基坑充水平壓要求

2.1 充水平壓基本條件

在達(dá)到以下邊界條件之一時(shí)，技術(shù)組向超標(biāo)洪水應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組提出電站二期基坑啟動(dòng)基坑充水平壓建議，由領(lǐng)導(dǎo)小組按程序確定是否啟動(dòng)基坑充水平壓。

（1）基坑防滲體系（二期上下游圍堰、左岸臺(tái)地、導(dǎo)流明渠邊墻）出現(xiàn)滲透破壞（如管涌等）；圍堰出現(xiàn)沉降變形、淘刷且已無(wú)法控制。

（2）導(dǎo)流明渠左導(dǎo)墻變形急劇增大，且導(dǎo)墻局部出現(xiàn)開裂、滲水情況。

（3）二期上游圍堰堰前水位達(dá)到3231.80m，二期下游圍堰堰前水位達(dá)到3217.50m，且水位呈持續(xù)上漲趨勢(shì)。

（4）電站工程防洪度汛應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室認(rèn)為需要進(jìn)行充水平壓的其他情形。

2.2 充水平壓的基本程序

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及2.1中充水平壓的基本條件，在充水平壓過(guò)程中履行的基本程序如下。

2.2.1 坡面防護(hù)

在保證安全前提下對(duì)基坑內(nèi)邊坡進(jìn)行檢查，對(duì)EL.3208.0m高程以下砂卵礫石邊坡或變形邊坡根據(jù)要求和指示進(jìn)行防護(hù)，對(duì)下游圍堰挖槽充水區(qū)邊坡，采用防水彩條布或復(fù)合土工布進(jìn)行坡面防護(hù)，以避免充水過(guò)流過(guò)程中，水流對(duì)邊坡的沖刷破壞，其主要施工方法為在下游圍堰槽口內(nèi)側(cè)充水過(guò)流區(qū)坡腳及開挖后的泄槽頂部拉槽，鋪筑防水彩條布后，采用沙袋對(duì)坡腳、坡頂進(jìn)行壓蓋。

2.2.2 泄水槽布置

利用下游下基坑道路已澆筑混凝土路面作為泄水槽，泄水槽底部采用放水彩條布滿鋪，非泄水區(qū)內(nèi)側(cè)坡腳采用沙袋壓蓋并將彩條布向圍堰邊坡向上延伸5m，在邊坡拉槽后將防水彩條布布置槽內(nèi)采用沙袋壓蓋；泄水槽外側(cè)采用1.0m×1.0m的沙袋進(jìn)行防護(hù)，沙袋距公路外邊緣50cm，每層縱橫各布置一排，錯(cuò)縫碼填。為避免充水水流漫過(guò)外側(cè)防護(hù)沙袋對(duì)下基坑道路泄水槽區(qū)外側(cè)邊坡進(jìn)行沖刷，防水彩條布沿邊坡延伸2m。

2.2.3 基坑內(nèi)設(shè)備、設(shè)施轉(zhuǎn)移或防護(hù)

在充水平壓下游圍堰挖槽前，為減少基坑內(nèi)淹沒區(qū)損失，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)基坑內(nèi)相應(yīng)設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行轉(zhuǎn)移和防護(hù)。

2.2.4 廊道部分區(qū)域封堵

為減少充水平壓后廊道淤積量，充水平壓前，將14#壩段寬縫區(qū)以布置的通風(fēng)管進(jìn)行封堵。

2.2.5 停機(jī)、停止抽排水

充水平壓前，切斷基坑內(nèi)所有電源，停止水泵抽排水，并在保證安全前提下，將基坑內(nèi)抽排水水泵通過(guò)纜機(jī)轉(zhuǎn)移至基坑充水淹沒區(qū)域以外。在確認(rèn)上述4個(gè)步驟中相關(guān)事項(xiàng)準(zhǔn)備完成后，在下游圍堰挖槽充水，期間結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將現(xiàn)場(chǎng)具備條件的排水管改為虹吸管向基坑內(nèi)反充水，并利用未抽排水情況下的基坑滲水同時(shí)完成基坑充水平壓；基坑充水平壓以挖槽充水為主，虹吸充水為輔。

3 基坑充水量計(jì)算

JC水電站二期基坑主要施工建筑物為1#～19#壩段，廠房、消力池及海漫等結(jié)構(gòu)，其中3#～19#壩段基本已施工至EL.3218.0m高程以上，消力池施工至EL.3188.0m高程以上，暫定二期基坑內(nèi)充水平壓水位高程為EL.3208.0m。

（1）根據(jù)施工圖紙，二期上、下游圍堰間基坑面積為162590m2，其中3#～19#壩段軸線樁號(hào)為0+46.50～0+463.34，軸線長(zhǎng)度為416.84m；沿水流方向長(zhǎng)度為37m～105m，平均長(zhǎng)度約為60m，壩段區(qū)面積為416.84m×60m=25010.4m2，基礎(chǔ)底高程按EL.3195m計(jì)算，則壩段EL.3208.0m高程以下已澆筑混凝土量約為325135.2m3。

（2）非壩段區(qū)域，消力池高程為EL.3188.0m，壩段上游為EL.3200.0m，平均高程為EL.3194.0m，與下游圍堰堰頂高差為14m。則在未考慮壩段混凝土情況下，二期基坑總充水量為162590m2×14m=2276260.0m3。

（3）因此，結(jié)合上述計(jì)算分析，考慮二期基坑充水后水位高程時(shí)為EL.3208.0m，經(jīng)估算，電站二期基坑EL.3208.0m以下充水量為2276260.0m3-325135.2m3=1951124.8m3。

（4）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)1#、2#抽水泵坑抽水量統(tǒng)計(jì)，1#泵坑平均抽水量為350m3/h；2#泵坑平均抽水量為400m3/h；下游泵坑抽水量約為250m3/h；則基坑綜合抽水量約為1000m3/h。

4 基坑充水平壓措施

4.1 充水平壓措施的實(shí)施

現(xiàn)場(chǎng)在滿足基坑充水平壓要求時(shí)，經(jīng)電站工程防洪度汛應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組各成員充分分析和討論同意下達(dá)指令后，方可進(jìn)行充水平壓施工，并根據(jù)相關(guān)程序要求報(bào)政府相關(guān)部門備案。

4.2 充水平壓施工

4.2.1 充水挖槽區(qū)域及范圍

為減少基坑充水時(shí)間，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，挖槽充水區(qū)選擇下游圍堰左岸距堰肩約35m處（圍堰與進(jìn)廠公路銜接處坡腳為起點(diǎn)），該區(qū)域大部分位于巖梗區(qū)，挖槽范圍為30m，右岸側(cè)挖槽槽口沿水流方向采用鋼筋石籠進(jìn)行防護(hù)，減少充水平壓過(guò)程中的槽口沖刷破壞。挖槽區(qū)缺口底高程約為EL.3215.0m，低于充水時(shí)下游堰前水面高程以下2.0m左右，其過(guò)流面積為60m2。該區(qū)域存在一條下基坑道路與進(jìn)廠公路及下游圍堰左岸區(qū)堰頂銜接，路面已硬化，充水槽口與公路泄水槽落差小，且該區(qū)域位于導(dǎo)流明渠消力池回區(qū)，水位及流態(tài)較為平穩(wěn)，在該區(qū)域布置充水槽口，既方便利用圍堰與下基坑道路間的臺(tái)階進(jìn)行充水緩沖，也可減少對(duì)槽口的沖刷。同時(shí)，為避免充水過(guò)程中，水流對(duì)非巖梗段槽口的破壞，對(duì)非巖梗段槽口采用雙層鋼筋+塊石進(jìn)行防護(hù)。

4.2.2 充水槽施工

因下游圍堰堰頂已采用混凝土硬化，挖槽前先采用1臺(tái)PC220破碎錘將頂部混凝土清除，完后采用兩臺(tái)卡特D336反鏟自右岸向左岸后退法進(jìn)行充水槽開挖施工，先開挖下游半幅，上游半幅作為子堰擋水，同時(shí)兼做下游鋼筋網(wǎng)片安裝及子堰開挖通道，因此，上游子堰寬度保留4.0～5.0m，待子堰下游防護(hù)施工完成后，采用1臺(tái)D336反鏟自右岸向左岸后退法進(jìn)行子堰拆除形成充水槽向基坑充水。

為保護(hù)復(fù)合土工膜，槽口開挖時(shí)盡可能減少對(duì)土工膜的破壞。充水槽開挖時(shí)先采用鋼筋石籠對(duì)右岸側(cè)槽口進(jìn)行防護(hù)，避免充水過(guò)程中槽口沖刷破壞而向右岸延伸，鋼筋石籠形式參照二期下游圍堰相關(guān)參數(shù)執(zhí)行，尺寸為長(zhǎng)×寬×高=1.5m×1m×1m，充水槽開挖至EL.3215.0m高程后，充水槽尺寸約為長(zhǎng)×寬=30m×10m。

充水槽開挖過(guò)程中，結(jié)合充水水流對(duì)圍堰內(nèi)側(cè)及基坑邊坡的沖刷情況，調(diào)整充水槽槽口寬度和深度，槽口形成后盡可能將出露的復(fù)合土工膜覆蓋至圍堰內(nèi)側(cè)反壓防水彩條布進(jìn)行二重防護(hù)，以減少和降低充水槽較高水流對(duì)圍堰內(nèi)側(cè)邊坡的沖刷，必要時(shí)可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況拋填部分大塊石進(jìn)行防護(hù)。

4.2.3 虹吸充水施工

同時(shí)，在上述方案基礎(chǔ)上，另考慮采用虹吸向基坑內(nèi)輔助充水，擬采用基坑排水水泵的DN250鋼管，該項(xiàng)工作在現(xiàn)場(chǎng)具備條件下實(shí)施。利用進(jìn)出口高程帶來(lái)的壓差提高虹吸管水流流速。

4.2.4 基坑充水時(shí)間計(jì)算

根據(jù)基坑充水量計(jì)算，將基坑充水至EL.3218.0m高程進(jìn)行平壓所需的水量為3326920.8m3，圍堰堰體主要為砂卵礫石，查相關(guān)規(guī)范其糙率為n=0.025，水深為2.0m，底寬為30m，則過(guò)水面積為60m2，濕周為χ=30m+2×2m=34m，水力半徑為R=60m/34m=1.765m，坡降i取0.001（1/1000）。

因此，參照以下公式進(jìn)行計(jì)算，即：

Q=AC（Ri）0.5 （1）

其中，C為謝才系數(shù)，C=n-1R1/6。

將上述數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算流量為110.83m3/s。

則在未考慮基坑停止抽水滲水，挖槽后充水所需時(shí)間為：

1951124.8m3/（110.83m3/s×60s/min×60min/h）≈5.0h。

即挖槽充水后，在保證2m水深情況下，二期基坑充水平壓至EL.3208.0m高程所需時(shí)間為5.0h。實(shí)施過(guò)程中可根據(jù)充水槽寬度及深度調(diào)整基坑充水時(shí)間。

5 結(jié)語(yǔ)

采用該充水平壓方式很好地解決了電站二期基坑持續(xù)超標(biāo)洪水情況下的工程風(fēng)險(xiǎn)，安全度汛后，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況布置水泵進(jìn)行基坑抽排水，完后對(duì)槽口區(qū)重新按照相關(guān)要求進(jìn)行防滲處理，重點(diǎn)做好土工膜及圍堰接頭的處理，并根據(jù)需要進(jìn)行基坑內(nèi)圍堰及基坑邊坡的修整。

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