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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 。 ( 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， 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， 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 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 井不宜少 于 2个 台班 。 现场技 术人员必须从施工 各个环节 进行 质量控制， 随时检查孔垂直度及钻头尺寸 ， 并 作好各类原始记录， 做到当天的事当天记。 3 _ 3 管井管路及水泵安装 3 3 1 水泵 、 管路 安装 管路安装 ： 管井施工完毕后 ， 按照管井分 部进行主抽水管路布置 ，主管路采用 8 寸钢 管， 法兰连接或焊接， 6 m一节。水泵抽水管为 支管路 ， 采用 3 寸钢管 ， 支管路直接焊接在主 管路上， 支管路均安装一个逆止阀， 防止停抽 后主管路水倒流。 水泵安装 ： 水泵运到安装现场， 支管路与 水泵在井口安装场地进行连接， 接头采用法兰 连接。连接完成后， 采用 2 5 t 吊车进行吊装。 3 3 2抽水系统调试 水泵在安装完成后， 先按照使用说明进行单 个水泵的独立抽水试验， 再进行整个抽水系统水 泵抽水试验， 消除所有故障后， 开始系统抽水。 3 4运行控制 降水过程中注意地下水位观测 ， 当管井内 水位接近水泵时， 停止抽水， 当水位高于水泵 位置， 持续抽水。 运行期间， 必须保持深井连续 抽水 ， 施工用电保证率 1 0 0 ， 配备足够数量 的备用水泵。 3 5 管井抽水系统拆除及后续基坑抽水 由于管井系统属于临时排水系统， 且占压 后期施工场地， 需有计划地拆除管井抽水系统 设施， 拆除系统后进行回填处理。永久建基面 以下井段采用 C 2 5 微膨胀砼回填，施工期间 建基面以上井段采用碎石料回填。 管井拆除后 由于基坑出水量大， 水位较高 ， 则采用排水沟 和集 中固定式泵站排水 。 3 6 冬季排水、 保温施工措施 根据总进度安 排和业 主要 求 ，冬季 需进 行施工。为保证冬季基坑抽排水施工正常进 行， 确保施工顺利进行， 对全部管井和管道进 行保温 。 3 6 1 管井保温措施 ( 1 ) 排水管路保温材料安装工艺 安装施工准备一清理管路表面污垢一检 查管路 ( 观察检查 ) 一安装 5 0 m m岩棉管一外 层包裹保温被一全面检查验收。 ( 2 ) 排水管路保温材料安装工艺 施工现场外露排水管路均采用内层包裹 5 0 m m岩棉管，外层包裹保温被进行保温， 保 温被紧贴岩棉管 ，每隔 2 0 e m用 8 # 铅丝拧紧 ( 若有极端的冷空气侵袭可加厚保温层 ) 。 部分 主排 水管路 用覆 土掩埋 1 5 m 2 O v a 厚的土层保温， 将排水管路全部覆盖， 回填覆 土应密实、 不留缝隙。 管路保温层的环缝应起鼓搭接， 搭接尺寸 不得少于 l O O m m， 用 8 #铅丝拧紧， 以封闭严 密为准。 特别搭接部位如法兰片 、逆止阀和弯头 处， 采用防寒海绵( 或棉纱) 包裹严实、 平整， 用 铅丝捆绑扎紧。 已安装保温材料的管路， 严禁踏踩或堆放 物品。对于不可避免的踩踏部位， 应采取临时 防护措施。 3 6 2 集水坑保温措施 上下游集水坑外侧采用脚手架管和厚帆 姬家河水库除险加固工程技术探讨 闫新亮 ( 洛南县 水利 队陕西洛 南7 2 6 1 0 0 ) 摘要 水库作为水利工程中较为重要的基础设施之一， 其应当具备较高的安全性和可靠性。然而， 姬家 河水库建造的时间较长， 在长达三十多年的使用过程中， 无可避免地会出现各种病害。为了防止 这些病害对水库的运行安全造成影响， 就需要对水库采取相应的除险加固措施。在姬家河水库 加固过程中， 淤泥开挖是关键环节， 鉴于此， 本文以姬家河水库清除淤泥除险加固工程为例展开 探讨， 以期为后续水库加固淤泥开挖提供借鉴。 关键词 水库工程； 注浆加固； 淤泥开挖； 除险措施 中图分类号： 1 V 6 9 8 2 + 3 文献标识码： B 水库作为水利基础设施之一， 其与防 洪抗涝有着非常密切的联系 ，而水库本 身的安全性也尤为重要 。由于姬家河水 库兴建于上世纪 7 0 年代，受当时的技术 标准和施工水平的限制 ，加之数三十年 之久的频繁使用和年久失修 ，导致 了很 多安全隐患越来越严重，甚至直接影响 了安全运行和效益发挥。为此 ， 对水库进 行 除险加 固已经刻 不容缓 。 1姬 家河水库工程概述 姬家河水库位于古城镇马连滩与寺 坡乡何村交汇处的峡谷地带，距陕西省 洛南县城 4 0 k m， 是一座以灌溉、 蓄水 、 防 洪为主的小型水库。水库总库容 1 1 7 万 m ，有效库容 8 6万 m 。 。该水库始建于 1 9 7 0年 8月 ，最 大 坝 高 3 3 m，坝 顶 长 9 5 m， 属粘土斜墙土石混合坝。由于该水 库运行年限较长，加之兴建时的技术标 准相对较低，经过 3 0多年的运行后 ， 水 库各方面的安全隐患逐渐显露。 2 0 0 8 年 5 月 1 2日汶川大地震后 ，黄河水利委员会 专家组巡查时定高危病险水库 ，要求尽 快进 行除 险加 固 。为 了防 止恶 性 事故 的 发生 ， 2 0 1 1 年 2月 ， 洛南县姬家河水库除 险加固工程开始动工。姬家河水库除险 加固工程施工与新建堆石坝施工有所不 同，特别是在该水库上游位置的开挖施 工中遇到了 1 0 余米厚的淤泥层 ，这给整 个施 工带来 一 定 的困难 。 下面 以姬 家 河 水库工程实例为依托 ，对水库除险加固 工程 中淤泥开挖 施工技 术进行 论述 。 2淤泥开挖 施工难点 通过对施 工现 场进行勘 测发现 ， 姬 家 河水库淤泥层的实 际厚度达 1 0 m以上 ， 并且该淤泥层内的淤泥具有极高的含水 量 ，其抗渗强度相对较低 ，压缩性非常 大。此外， 姬家河水库由于河床常年受山 体渗水 、上游围堰渗水以及地下水这三 者 的共 同影 响i ， 导致 了施 工过程 中排水 难度 较大 。为 了确保 施工安全 ， 决 定在姬 家河水库基坑上游修建一个拦淤坝 ， 借 此来 阻挡淤泥 滑入基 坑。 同时 ， 淤泥 本身 过于稀散 ， 给装卸车带来了诸多不便 ， 经 综合考虑后， 决定重新修筑弃渣道路。 3淤泥开挖施工技术要点 在整 个淤泥开 挖施工 过程 中 ， 土 方开 挖是最为关键的环节之一， 其要点如下 ： 首先应当依据施工要求对土方进行分段 分层开挖，每一层的开挖深度应当控制 在 1 5 m 以内 ，同时要在 上层边坡 支 护完 毕后 ， 才 能继 续 向下开 挖 ， 每次 开 挖 的长 度不宜超过 1 0 m， 高度则不可超过锚杆设 置高度以下 0 3 m。向下继续开挖的过程 中，必须等待支护结构 的整体强度达到 设 计强 度 的 8 5 以后方 可进 行 。土 方 开 挖的具体施工顺序如下 ： 测量放线一确定开挖顺序和坡度一分 布( 彩条布) 搭设 6 m 7 m的保温棚。保温 棚内采用供暖设备( 如电炉子、 或者采用搭 无烟煤炉等其中一种或多种结合)取暖的 方式进行供暖保温，以确保棚内温度不低 于 5 o C。 4结 语 海勃湾电站降水管井从 2 0 1 1 年 9 月开 始施工， 2 0 1 2 年3 月份结束， 在施工过程申， 根据现场实际情况， 及时调整了渗水较大的 基坑右侧管井距离， 并对涌水较多的部位适 当加密管井，共增加3 1 口管井， 总计成井 1 4 0口井 。从管井施工 到海勃湾 电站 2 0 1 3 年 5 月提前蓄水， 历时2 1 个月， 有效的将水 位降至基坑底部以下，为基坑土方开挖、 基 础处理、 混凝土施工创造了有利条件。通过 管井的施工和运行管理， 笔者认为： ( 1 ) 在深厚粉细砂地层管井施工中， 钻 孔遇到松散 、 破碎及含水层时应加大泥浆 浓度， 提高泥浆裹砂运输能力， 保护孔壁不 至出现坍塌和空洞。 ( 2 ) 若在成 井及下 管过程 中 出现较 为 严重的抱管、 塌孔、 漏浆等紧急情况时， 应 立即将钻井设备或下管设备及施工人员撤 离 ， 重新选择井位进行成井施工 。 ( 3 ) 由于基坑周边存在道路， 进行基坑 降水过程必须进行动态管理，加强检查工 作。 如发现周边建筑或地下管线存在沉降， 常采用注浆加固及停止抽水、回灌地下水 等办法处理， 情况严重时回填土方。 ( 4 ) 管井机组一旦投入正常运行， 应保 证连续运转， 否则会造成堵塞滤管， 影响降 水效果。 为保证整个降水系统正常运转， 现 场应配备柴油发电机以备停电时使用。 ( 5 ) 如降水不足或者不良地质情况下 部分井孔 出现涌水量过 大 ，可适当增加管 井数量 。 ( 6 ) 在明沟抽排水时， 因地质条件比较 复杂， 在抽水的过程中可能出现淤积， 堵塞 泵， 不利于抽水排水， 应在一定的时间内清 理淤泥。陕 水利 ( 责任 编 辑 ： 黄 灵芝) (： ) ( 0 o。 o