江蘇鄭集河水利工程施工期降排水方案設計

陳冬冬，李 杰，朱瀟瀟

(淮安市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 淮安 224300)

1 引言

水利工程建設是一項具備顯著社會、經濟效益的事件，但是臨近河流區域施工期降、排水問題也具有一定的難度，因此，制定合理的導截流、降水方案有利于保證工程建設的安全、進度，也可在一定程度上降低工程投資[1-4]。

結合鄭集南支河、梁西河治理工程段分析其施工期導截流、降水方案。鄭集南支河治理河段：孫寨閘站-豐銅界，河道輸水流量：豐銅界(42 m3/s)-范樓閘站(42 m3/s)-梁寨閘站(37 m3/s)-梁西河(2 m3/s)-孫寨閘站(2 m3/s)。梁西河治理河段：大沙河-鄭集南支河，河道輸水流量：鄭集南支河(35 m3/s)-大沙河(35 m3/s)。

2 施工期導流方案

2.1 總體方案布置

綜合考慮，工程施工在非汛期進行。根據現場施工條件，河道工程和建筑物施工過程中，均需要采取導截流工程，以減少河水對工程施工的影響。結合場地氣象條件，非汛期場地降水量較少，施工期可充分利用場地周邊現有的河道、溝渠完成導流作業。根據實地調查和規劃設計結果，在工程施工期間，孫寨閘站上游來水量約為2.5 m3/s，來水量相對較小，可使用孫寨中溝、二號溝進行導流，導流至大沙河東截滲溝內；梁后河、范西河流域匯水量為3.1 m3/s、6.2 m3/s，其中梁后河流域匯水可通過梁西河支溝導流至鄭集北支河，范西河流域匯水可由范西河導流工程導流至躍進河、鄭集北支河。鄭集南支河流域仍存在59.0 km2范圍無導流工程，若施工期發生P=20%暴雨時，則需要利用臨時泵站進行抽排以減少來水量。通過計算，單次暴雨排水量約為93.22×104m3，根據初步規劃，鄭集河施工期約為4個月，假設P=20%暴雨兩月發生一次，則抽排水量為186.44×104m3。

在工程施工期間，梁西河上游無來水，可不設置導截流工程措施。通過計算，梁西河右岸匯水量為1.9 m3/s，該部分匯水量金額通過毛樓中溝、二號溝截流至大沙河東截滲溝。

結合現狀河道、溝渠，在鄭集南支河孫寨閘站處、豐銅界處，梁西河李口涵洞處均修筑施工圍堰。鄭集南支河、梁西河施工期導截流方案布置見圖1。

圖1 鄭集南支河、梁西河施工導截流方案

施工期間，魏工分洪道上游來水量為0.4 m3/s，由于場地條件限制和水量較小，可充分利用上游河道、坑塘的調蓄作用；此外，剩余14.6 km2范圍無法采用導流措施，可在暴雨發生時利用臨時泵站進行抽排處理。單次抽排水量16.35×104m3(P=20%)，施工工期約為2個月，則共抽排水量16.35×104m3。施工期魏工分洪道施工導截流方案見圖2。

圖2 魏工分洪道施工導截流方案

2.2 施工導截流工程

2.2.1 河道工程

為了節約工程投資，考慮到水量較小，采用均質土圍堰即可滿足導截流要求，根據相關工程經驗，設置均質土圍堰參數如下：水上坡度為1∶3，水下坡度為1∶5，圍堰安全超高取值為1.0 m。由于場地較為狹窄，圍堰工程需作為臨時施工便道使用，因此，圍堰頂高程與河道兩岸高程一致，圍堰頂寬度為5.0 m。圍堰堆填料可在臨近河灘取土，應充分壓實。

2.2.2 建筑物工程

(1)范樓南站

范樓南站施工過程中，河道上、下游均需要設置均質土圍堰。上游圍堰設計斷面為：圍堰頂標高39.0 m，圍堰頂寬為5.0 m；圍堰迎水坡、背水坡坡比分別為1∶5、1∶4；下游圍堰頂標高34.6 m，其他參數與上游圍堰一致。該站僅上游來水，可通過范西河匯入鄭集北支河。

(2)沿線涵閘、防護及橋梁工程

沿線涵閘等工程與河道工程同時施工，由于工程量較小，工期短。施工過程中，可在擬建物支河上修筑施工圍堰。干河河道主要以防止降水匯入基坑為主。橋梁工程施工過程中，需要在河道內修筑施工平臺，同時亦需要設置施工便道，圍堰斷面設置與范樓南站圍堰斷面一致。

3 施工期降排水

3.1 河道工程

3.1.1 初期排水

初期排水作業完成后，鄭集南支河河道內剩余水深約在0.5 m～1.5 m之間，豐銅界-范樓閘站、范樓閘站-梁寨閘站、梁寨閘站-孫寨閘站之間水深分別為1.5 m、1.0 m、0.5 m。梁西河河道剩余水深約為0.5 m。完成圍堰施工作業后，在圍堰處設置臨時泵站將剩余水抽排至外河，估算初期排水總量為64.1萬m3。

3.1.2 經常性排水

由于場地周圍地下水位埋深較淺，河道內滲水情況時有發生，可采用超深壟溝+臨時排水方案將滲水排出。河道經常性排水方案如下：

(1)經常性排水量

擬建工程屬于南四湖平原地區，場地內地下水豐富，根據勘察成果可知，地下水位埋深在1.0 m～3.0 m之間，受降水影響，地下水變化幅度約在2.0 m～3.0 m之間。施工期間，經常性排水水源主要為河道滲水，根據計算，施工期間，河道滲水量約為0.1 m3/(d·m)～0.16 m3/(d·m)，根據施工時間推測，經常性排水水量約為61.3×104m3。

(2)壟溝

壟溝主要在河道中心區域開挖，采用梯形斷面，底寬1 m，深1.0 m，邊坡1∶1，總土方開挖量8.1×104m3。

3.2 建筑物工程降水

此次河道水利工程建設過程中，建筑物規模均不大，施工降排水問題不太突出。施工過程中需要結合建筑物情況確定降排水方案。目前，較為常用的降水方法為管井法[5-7]，影響管井法降水效果的主要參數包括：地層滲透系數、降水井深度、間距、孔徑等。降水速率對基坑穩定性有較大的影響，在降水過程中應當控制含沙量和降水速率，避免誘發基坑垮塌等事故。基坑降水水源主要包括：地下水、施工廢水、降水等。基坑四周需布置截排水溝，設置集水井等，利用水泵將積水抽排。

以范樓南站為例進行降水設計。根據范樓南站地勘成果，基底換填高程為26.6 m，該層為含砂壤土層，為了保證基坑開挖的安全和坑底作業安全，施工前應采用管井法降低地下水位。范樓南站基坑開挖平面尺寸為100 m×100 m，換算半徑：

根據地勘報告，巖土體的滲透系數k=3.4×10-3cm/s；地下水位38.60 m，將地下水疏干至高程25.60 m方可滿足要求。

基坑中心設計降深：38.6-25.6=13 m；含水層厚度：H=12 m；水力坡度i取1/10。因此井深為：

L=H+C+ir*+Z+Y+T=16.8 m

式中：H基坑深度；C降水面距基底深度，取1.0 m；r井排距；Z水位變幅，取1.0 m；Y過濾器長度，取3 m；T沉砂管長度，取2 m。

降水井影響半徑：

當降水井較深時，其影響半徑的計算結果一般較大，對于粉砂：其影響半徑一般為20 m～50 m。計算時取20 m。

分析地質資料及地下水埋藏形式，設計降水井為潛水完整井。因此：

設計濾管長度：l=3 m；

設計降水井半徑：rs=0.25 m。

井點間距：

a=C/(n-1)=2×(100+100)/(7-1)=67 m

根據經驗，井點間距為10 m～20 m，小于67 m。因此，取井間距20 m，沿基坑周邊對稱布置，共布井16眼，井深20 m，井間距20 m，管徑0.5 m。

4 結論

結合鄭集河水利工程建設，分析了河道導截流以及建筑物基坑降水方案。綜合考慮河道來水量，在河道設置了多道圍堰，以滿足導截流需求。結合范樓南站工程，計算了管井法降水方案，綜合考慮計算結果和工程經驗，間隔20 m布置一口降水井，降水井總數為20口，井深20 m，可滿足基坑降水需要。