某水閘工程砂卵石地層基坑排水方案探析

張 媛

(山東水利建設集團有限公司，山東 濟寧 272000)

0 引 言

在工程建設期間，水是影響工程穩定性及施工作業人員的主要因素之一。為了充分保證工程的順利實施，往往需要采取相關措施以降低地下水水位[1-3]。在臨近河流的區域，地下水位埋藏較淺，水源豐富，降水工作難度較大，對工程建設產生的影響較大[4-5]。在臨近河流區域，一般采用圍堰截引流，降水井、截排水溝等措施降低工程場地內的地下水位[6-10]。不同的工程所適用的降水方案也不盡相同，結合濟寧某河流治理工程，對臨河水利工程深基坑開挖的降水措施進行分析，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。閘址緊鄰濟寧城區，閘室總寬517.32m。閘址區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，施工場地條件較好。水閘采用拆除重建，基坑開挖深度較大，場地內地層主要為雜填土、粉質黏土、細(中)砂、不同密實度卵石。除去基巖外，場地內砂層、卵石層屬于滲水性較強，場地內地下水資源較為豐富，埋深約為1.0m，地下水埋深隨季節變化略有起伏。

2 基坑排水

2.1 初期排水方案

基坑建設初期排水主要是為了解決基坑內的積水和圍堰滲水。在初期排水過程中，應當對基坑內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致圍堰邊坡穩定性不足或者水位下降速率較低不能滿足降水需求，根據工程經驗分析，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，一期基坑的導流水位較低，初期排水時，基坑內部為積水產生，二期基坑排水初期的基坑內部積水約9.73×104m3。初期排水工程在截流閉氣作業完成后開始，二期基坑內部平均水深約為1.0m，最大水深可達到3.56m。采用固定排水站進行排水，預計排水周期為5d，強度為689m3/h，配備8臺IS125-100-250型離心泵。

2.2 經常性排水方案

根據工程現場勘察成果可知，場地內地下水水位高于水閘建基面，為了防止工程建設期間基坑出現垮塌等不良現象，方便施工作業人員施工，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行對比。

2.2.1 降水井方案

根據現場調查場地內分布地層主要包括雜填土、粉質黏土、細(中)砂、不同密實度卵石等。可采用均質含水層潛水非完整井計算基坑降水涌水量，計算公式如下：

(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算見表1。

表1 兩期基坑特征及降水井排水方案計算

2.2.2 明溝排水

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

表2 基坑降水計算成果

2.2.3 方案比選

通過分析采用降水井作為降水方案時過濾器長5.0m時，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8.0m時，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。水泵型號選擇應能保證降水需求，水泵流量應大于排水強度。

采用明溝排水時需要圍堰內坡腳外3.0m初設置截排水溝、集水坑等，并使用水泵將水排出。兩種方案對比見表3。

經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均優于降水井方案，因此，本次采用明溝排水方案。

表3 基坑降水計算成果

3 截滲溝、集水坑設計及穩定性分析

3.1 排水方案設計

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983m，二期截滲溝底高程為3645.50m，長805m，采用梯形斷面，溝底寬1.0m，溝深3.5m，邊坡1∶2，靠近圍堰側截滲溝邊坡采用30cm厚袋裝砂卵石壓坡。

集水坑每100m設置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。

基坑排水設備及臺時見表4。

表4 基坑排水特性匯總表

3.2 截滲溝邊坡穩定計算

1)截滲溝滲流穩定計算：

截滲溝設計坡比1∶2.0。滲透系數0.5598m/s，根據autobank軟件中“滲流分析”進行滲流穩定計算，計算方法采用有限單元法，計算工況為最不利的施工期。

2)截滲溝邊坡穩定計算：

砂卵石圍堰內摩擦角φ=33°，內聚力C=0，采用autobank軟件中的瑞典圓弧法對截滲溝邊坡進行計算，滲流穩定、抗滑穩定計算成果見表5。

表5 截滲溝邊坡穩定計算成果表

4 結 論

1)水是影響基坑穩定性的一個重要因素，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，降水問題較為復雜。

2)通過分析，降水可分為初期排水和經常性排水，結合工程經驗和計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)針對經常排水選取降水井和明溝排水兩種方案進行對比分析，采用降水井排水時，一、二期基坑降水共設置114眼降水井；采用明溝排水時沿圍堰布置排水溝，設置6處集水坑即可滿足要求。通過對比明溝排水具備施工簡便、投資較低、工期短等優勢。并通過分析采用1∶2.0的坡比，邊坡穩定性滿足要求。