深厚粉细砂层水电站基坑排水施工技术.pdf
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1、深厚粉细砂层水电站基坑排水施工技术 张宏伟郭青礼刘静 ( 中国水利水电第三工程局有限公司西北分局甘肃兰州7 3 0 0 7 0 ) 摘要 水利水电工程建筑物的基础施工多低于地面或外水位和地下水位, 因此经常受围堰渗水、 基坑 范围内的降雨和地下水的影响, 为了给施工创造一个 良好的条件, 基坑排水成为水利水电工程 施工中的重要环节。黄河海勃湾水利枢纽电站基础为深厚粉细砂层, 由于基坑部位地质条件异 常复杂, 如何搞好基坑长期排水, 确保施工顺利进行十分重要, 而该施工却无成熟技术可借鉴。 本文通过对黄河海勃湾水利枢纽电站基坑尝试 了一系列抽排水施工, 以期对类似电站的基坑抽 排水施工有一定的指
2、导, 为今后类似地质条件下水电站基坑抽排水施工提供借鉴。 关键词 水电站; 深厚粉细砂层; 基坑排水; 管井 中图分类号 : I V 5 5 1 4 + 1 文献标识码 : B 1工程概况 黄河海勃湾水利枢纽位于黄河干流内 蒙古自治区乌海市境内, 主要由土石坝、 泄 洪闸、 河床式电站等建筑物组成。 河床布置 四台贯流式水轮发电机组厂房,总装机容 量 9 0 M W, 年发电量 3 5 9 亿 k W h 。电站厂 房顺水流方 向长 6 9 1 m,最 大坝高 3 5 2 m, 水 库 正 常 蓄 水 位 1 0 7 6 0 m , 总 库 容 4 8 7 亿 m 。 枢纽承担黄河内蒙古河段防
3、凌 减灾任务,每年提供约 3 8 2 亿 k W h 清洁 能源, 是一座防凌、 发电、 改善生态环境以 及防洪等综合利用工程。 坝址区地貌形态分为风成地貌 、 黄河 冲积地貌、 河流堆积侵蚀地貌。坝址区地 层主要由第四系松散堆积物组成, 总厚度 大于 5 0 0 m 。地层主要由粗细沙、 细砂、 壤 土 、 砂壤土 、 粘土、 砂砾石等组成 , 局部夹 有含砾细砂、 含砾中细砂、 砂壤土、 壤土 、 粘土等透镜体。 基坑地基土层存在地震液 化 、 坝基( 肩) 渗漏 、 渗透稳定等问题。 因基坑部位地质条件异常复杂,自施 工以来基坑内陆续出现十几处涌水、涌砂 现象 , 涌水点由小变大, 虽采
4、取滤料、 块石 进行填压, 效果不明显。 2成因分析及方案确定 针对工程中出现的此种情况,参建各方 十分重视, 多次召开专题会议, 会上对涌水的 成因和处理方案进行了详细的分析和讨论。 2 1 成因分析 通过观察和分析,由于上下游高喷防 渗墙( 悬挂式) 轴线向右侧延伸的距离不足 且没有封闭, 内外水位差大, 可能在基坑右 侧地层存在较大的地质松散层 ( 地层原细 颗粒已流失 ) , 有深层次的绕渗, 造成基坑 涌水而形成管涌, 对右岸边坡和围堰的运 行都存在安全隐患,需尽快采取技术措施 进行处理 。 2 2 方案确定 为降低基坑承压水的压力,控制地下 水位高度, 减少基坑涌水量 , 且使基坑
5、涌水 点不带走或减少带走地基地层泥沙颗粒, 避免或减少发生涌水 、涌砂通道渗水对地 基的破坏及基坑周边塌陷等情况,根据专 家的建议, 确定采用管井排水为主, 明抽排 水为辅 的方案进行基 坑排水 。 2 2 1 施工规 划 ( 1 ) 管井抽水系统: 在基坑内四周环形 布置管井,第一排管井顶高程为 1 0 5 8 0 0 m 左右, 第二排管井顶高程为 1 0 5 5 0 0 m左右。 ( 2 ) 辅助明排抽水系统 : 在基坑 机组段 上下游各设置一个水泵坑,布置水泵将渗 水排出基坑外。 2 2 2管井设计原则 ( 1 ) 满足排水强度( 约 2 0 0 0 m 3 h ) 及排水 扬程的要求
6、 。 ( 2 ) 根据当地特殊的粉细砂地质状况, 井壁选用具有过滤泥沙功能的管材。 ( 3 ) 考虑一定的备用数量管井和水泵。 2 3管井设计 2 3 , 】 管井基本要求 本工程基坑降水结构采用降水管井, 开 口 孔径 D 6 5 0 m m ,一径到底,管井采用 D 5 0 0 m m无砂混凝土管, 壁厚 5 0 m m, 其孔 隙率大于 2 0 ;回填滤料采用 2 m m一 6 m m 粗滤豆石,地面下 5 m反滤段填入黄土封 井, 特别注意在穿越砂层时管井上下 l m范 围内包裹滤网。 底高程控制在 1 0 2 3 0 0 m , 井 深约 3 2 m左右。 2 3 2 基坑总涌水量计
7、算 基坑总涌水量计算公式如下: Q = s 式 中, 一 基坑涌水量 ; k 渗透系数 , 取值O 9 5 ; s 基坑水位降深, 取值 1 0 r n ; R 降水影响半径 , 取值8 0 m; 一基坑等效半径, 取值 6 9 m ; 卜潜水含水层厚度, 取值 6 0 m; 经计算, Q = 2 2 2 2 o 5 8 m 3 d 。 2 3 - 3单井出水量确定 设计钻探孔径为 6 5 0 m r n ,井管直径设 计为 5 0 0 m m。其理论最大单井出水量按以 下经验公式计算: q = 6 5 7 r l l 、 式中, d 滤管直径, 取值 0 5 m ; I -一过滤器进水长度,
8、 取值 1 3 4 m; 渗透系数, 取值 0 0 5 1 8 4 m d ; 经计算 , q = 5 0 3 m 3 d 。根据实际经验, 单 井出水量为设计的4 5 。 则 q = 2 2 6 m 3 d 。 管井抽水设备配置按 2 2 6 m 3 d 2 0 1 2 m3 h配置 。 2 3 4管井数量的确定 布设管井的数量是根据基坑总排水量 与单井出水量确定, 计算公式如下: n = 1 1 Q q 由以上公式计算出至少共需要布设管 井数量为 1 0 9眼,同时根据降水情况进行 增加管井个数。 2 3 5 管井间距的确定 根据公式 : a = L n 式中, I r 一 管井分布长度,
9、 取值为 1 0 0 0 m; n 管井数量, 取值为 5 5 。 计算得 a 1 8 1 8 m,间距暂按 1 8 m布 置 , 双排 、 梅 花。 ( = ) ( ( ) ( ( ) o 随着基坑水位的降至基坑建基面后 , 涌 水量也会逐渐变化,管井数量可根据降水情 况随时进行调整 。 2 4 辅助明排抽水系统设计 在基坑上下游各设置一个集水坑,集水 坑面积不小于 4 m 4 m ( 可根据实际渗水量大 小确定集水坑 大小及布置水 泵数 量 ) , 集水 坑 内侧四周布设包有无纺布钢筋笼,内部下设 抽水排污泵, 集水坑周边必须牢固, 结实。将 管井内所抽出的水排到集水坑内,再由集水 坑浮箱
10、上的水泵将水直接排入上下游围堰外 河道内。 3管井施工 3 1 基坑场内布置 3 1 1 场地回填 在基坑内四周环形布置管井,第一排管 井顶高程为 1 0 5 8 O O m左右,第二排管井顶高 程为 1 0 5 5 O O m左右, 经测量放样, 管井施工平 台需进行 回填后再进 行场地平整形成施 工平 台: 首先用反铲平整管井施工面, 再用自卸车 运输回填料进行填筑,填筑过程中用装载机 平料, 振动碾压实, 洒水车降尘。 3 1 2场地拆除 由 于管 井施 工平 台 占据 开挖施 工 面 , 后 期开挖施 工时需进行拆除 。用反铲退装挖 除 , 自卸车装料运至渣场 。 3 _ 2管井施工
11、工艺 3 2 1 管井施工流程、 技术要求及质量控制 ( 1 ) 施 工工艺流程 施工前准备一场地放样一钻机安装一钻 井一 成-j :t ( 6 5 0 m m) - -+ 下井管( 5 0 0 ra m无砂混凝 土管 ) 一填 滤料 ( 2 ra m6 ra m砾 料 ) 一水 泵就 位一试抽水( 洗井) 一正式抽水一井孔封堵。 ( 2 ) 技术要求 施 工 机 械 为 反 循 环 钻 机 ,开 孔 口径 6 5 0 mm, 一径 到底 。 测放井位: 按照设计基坑降水平面布置图 进行现场放样定位 , 孔位 中心偏差 5 0 0 m m , 井深误差 1 1 0 0 , 井管与井孔应基本 同
12、轴。 成孔: 经验收后应及时下置井管、 填砾、 洗 井, 避免因晾孔时间过长发生孔内垮塌和孔壁 泥皮老化。 井管下置: 采用直接提吊法下管 , 井管对 接采用对口焊接连接, 井管对口后必须检查垂 直度, 然后四面点焊后焊接缝 , 保证牢固、 密 封。下管时注意使井管居于 L 正中, 保证与井 孔基本同轴。井管安装必须准确到位, 切忌井 管“ 悬挂” 于井孔内。 填砾: 井管安装检查完毕, 砾石料必须从 井管四周均匀填入, 不得单边填砾, 负责塌井。 洗井 : 活塞交替洗井 。采用 同心式正吹法 洗井 , 风管在含水层处每 2 m 5 m逐次吹洗。 活塞提升速度要均匀, 自 上而下逐段洗井。洗
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