某水闸工程砂卵石地层基坑排水方案探析

张 媛

(山东水利建设集团有限公司，山东 济宁 272000)

0 引 言

在工程建设期间，水是影响工程稳定性及施工作业人员的主要因素之一。为了充分保证工程的顺利实施，往往需要采取相关措施以降低地下水水位[1-3]。在临近河流的区域，地下水位埋藏较浅，水源丰富，降水工作难度较大，对工程建设产生的影响较大[4-5]。在临近河流区域，一般采用围堰截引流，降水井、截排水沟等措施降低工程场地内的地下水位[6-10]。不同的工程所适用的降水方案也不尽相同，结合济宁某河流治理工程，对临河水利工程深基坑开挖的降水措施进行分析，为工程降水提供建议。

1 工程概况

基坑开挖处位于济宁某河流上游处，为河流整治工程拟建水闸，属于Ⅱ等大(2)型工程。闸址紧邻济宁城区，闸室总宽517.32m。闸址区河道存在明显的河床与高漫滩分界，高漫滩宽280-350m，枯水期为砂卵砾石滩地，施工场地条件较好。水闸采用拆除重建，基坑开挖深度较大，场地内地层主要为杂填土、粉质黏土、细(中)砂、不同密实度卵石。除去基岩外，场地内砂层、卵石层属于渗水性较强，场地内地下水资源较为丰富，埋深约为1.0m，地下水埋深随季节变化略有起伏。

2 基坑排水

2.1 初期排水方案

基坑建设初期排水主要是为了解决基坑内的积水和围堰渗水。在初期排水过程中，应当对基坑内地下水位的下降速度加以控制，避免地下水位下降速率过大导致围堰边坡稳定性不足或者水位下降速率较低不能满足降水需求，根据工程经验分析，确定初期排水过程中，基坑水位下降速率在0.3-0.6m/d范围。工程建设基坑可分为两期，其中一期基坑排水面积为 1.25×106m2，二期基坑的排水面积为0.83×106m2。其中，一期基坑的导流水位较低，初期排水时，基坑内部为积水产生，二期基坑排水初期的基坑内部积水约9.73×104m3。初期排水工程在截流闭气作业完成后开始，二期基坑内部平均水深约为1.0m，最大水深可达到3.56m。采用固定排水站进行排水，预计排水周期为5d，强度为689m3/h，配备8台IS125-100-250型离心泵。

2.2 经常性排水方案

根据工程现场勘察成果可知，场地内地下水水位高于水闸建基面，为了防止工程建设期间基坑出现垮塌等不良现象，方便施工作业人员施工，需要采用一定的治理措施降低地下水水位。初步选择降水井及明沟排水两种方案进行对比。

2.2.1 降水井方案

根据现场调查场地内分布地层主要包括杂填土、粉质黏土、细(中)砂、不同密实度卵石等。可采用均质含水层潜水非完整井计算基坑降水涌水量，计算公式如下：

(1)

(2)

单口降水井的出水能力q以及降水井水量n按下式计算：

(3)

n=1.1Q/q

(4)

式中：r为过滤器半径。

两期基坑特征及降水井排水方案计算见表1。

表1 两期基坑特征及降水井排水方案计算

2.2.2 明沟排水

采用明沟排水，沿围堰内坡脚外3.0m开挖截渗沟，拦截渗水，并在基坑四周设置集水坑，收集渗水，再用水泵抽排至基坑外。围堰堰基为砂卵石，渗透系数为0.5598cm/s，为强透水层，使用“AutoBank7.51”计算结果见表2。

表2 基坑降水计算成果

2.2.3 方案比选

通过分析采用降水井作为降水方案时过滤器长5.0m时，一期基坑总涌水量为8000m3/h，降水井间距为14.0m，共57眼降水井，降水井采用无砂混凝土管，井深29m。二期工程基坑过滤器长8.0m时，二期基坑总涌水量为10200m3/h，降水井间距为15.8m，共57眼降水井，降水井采用无砂混凝土管，井深32m。水泵型号选择应能保证降水需求，水泵流量应大于排水强度。

采用明沟排水时需要围堰内坡脚外3.0m初设置截排水沟、集水坑等，并使用水泵将水排出。两种方案对比见表3。

经上述方案比选可以得出，明沟排水方案无论在施工还是造价均优于降水井方案，因此，本次采用明沟排水方案。

表3 基坑降水计算成果

3 截渗沟、集水坑设计及稳定性分析

3.1 排水方案设计

截渗沟底高程同最低建基面高程，一期截渗沟底高程为3646.50m，长983m，二期截渗沟底高程为3645.50m，长805m，采用梯形断面，沟底宽1.0m，沟深3.5m，边坡1∶2，靠近围堰侧截渗沟边坡采用30cm厚袋装砂卵石压坡。

集水坑每100m设置1处，一期布置6处，二期布置6处，集水坑底部为正方形5m×5m，边坡1∶2.0，底高程低于截渗沟底高程2.0m，集水坑深5.5m，集水坑边坡采用30cm厚袋装砂卵石压坡。

基坑排水设备及台时见表4。

表4 基坑排水特性汇总表

3.2 截渗沟边坡稳定计算

1)截渗沟渗流稳定计算：

截渗沟设计坡比1∶2.0。渗透系数0.5598m/s，根据autobank软件中“渗流分析”进行渗流稳定计算，计算方法采用有限单元法，计算工况为最不利的施工期。

2)截渗沟边坡稳定计算：

砂卵石围堰内摩擦角φ=33°，内聚力C=0，采用autobank软件中的瑞典圆弧法对截渗沟边坡进行计算，渗流稳定、抗滑稳定计算成果见表5。

表5 截渗沟边坡稳定计算成果表

4 结 论

1)水是影响基坑稳定性的一个重要因素，水闸岩土体类型主要为砂卵石层，渗透性较好，工程基坑开挖可分为两期，但两期基坑所处的条件也有所不同，降水问题较为复杂。

2)通过分析，降水可分为初期排水和经常性排水，结合工程经验和计算成果确定初期排水采用固定排水站方式即可满足排水要求。

3)针对经常排水选取降水井和明沟排水两种方案进行对比分析，采用降水井排水时，一、二期基坑降水共设置114眼降水井；采用明沟排水时沿围堰布置排水沟，设置6处集水坑即可满足要求。通过对比明沟排水具备施工简便、投资较低、工期短等优势。并通过分析采用1∶2.0的坡比，边坡稳定性满足要求。