南水北调邳州站工程基坑截渗及降水方案设计

郑卫华

（上海勘测设计研究院，上海 200434）

1 工程概况

邳州站工程位于江苏省邳州市八路镇刘集村境内，徐洪河与房亭河交汇处的东南角，是南水北调东线第一期工程的第六级泵站，西距刘集地涵约500 m，东距刘集节制闸800 m。本工程区域地势相对低洼平坦，地表高程22.5～23.5 m。站址以西徐洪河由南向北穿越房亭河，现状河底高程15.0 m；站址以北房亭河现状河底高程18.3 m，距离站址约160 m；站址以东刘集船闸引航道现状河底高程15.0 m；双杨河由西向东贯穿拟建主站房场地。

泵站总装机流量133.4 m3/s，单泵流量33.4 m3/s，采用竖井贯流泵，水泵采用单列布置。主泵房宽18.60m，长38.20m，泵房底板底高程10.70m—9.20m—11.00m，最深处为集水井底高程7.50m。

2 场地工程地质及水文地质条件

2.1 工程地质

根据地质勘察报告，本工程场地属黄淮海平原东南缘的沂沭泗冲积平原区，地貌类型为堤外洼地平原。在勘探深度范围内上部以少粘性土、淤泥质土为主，中上部为一般粘性土，其下为粘性土及砂性土层。根据地质成因、沉积年代及工程特性等，场地内主要土层自上而下如下：

A素填土：砂壤土、壤土互混。主要为房亭河、徐洪河大堤填筑土。

①层砂壤土：夹软塑、可塑状壤土块及薄层，场地普遍分布。

②层壤土：夹较多砂壤土薄层，局部互层状，土质不均匀，场地普遍分布。

③层壤土：含铁锰结核，局部夹粘土块，土质不均匀，场地普遍分布。

④层含砂姜壤土：以重壤土为主，局部为棕色粘土、褐色粉质壤土，含砂姜及铁锰结核，砂姜含量一般5%～15%，中上部局部富集含量约20%～30%，局部层状富集胶结成盘含量可达40%～60%，土质不均匀。场地普遍分布。

⑤层含砾中砂：夹砾砂，含少量泥质，局部夹粉细砂层，土质不均匀。层底标高5.4～13.43 m。该层厚度变化较大，土层起伏也比较大，场地普遍分布。

⑥层含砂姜粘土：黄夹浅灰色、棕红色粘土为主，含铁锰结核、砂姜和砂粒；砂姜含量一般5%～10%，局部 20%～40%。

⑦层细砂～中粗砂：上部以粉细砂夹泥质壤土块为主，夹碎云母片、少量小砾石及砂姜，往下渐变为中粗砂混泥质，密实，土质不均匀。该层未揭穿。

泵房最深处集水井主要位于⑤层含砾中砂层上，局部位于④层含砂姜壤土，下卧土层为⑥层含砂姜粘土。

2.2 水文地质

工程区内地下水类型为松散层孔隙潜水和承压水。场地内主要含水层有第①层砂壤土、第⑤层含砾中砂、第⑦层细砂～中粗砂，其富水性受含水层厚度和补给条件影响；第②、③层粘性土透水性等级为弱透水～微透水，构成场地内相对隔水层；第④、⑥层含砂姜粘性土以微承压水为主，与其它水体水力联系相对较弱。

表层①层砂壤土地下水位高程为21.40～21.79 m；第⑤层含砾中砂承压水位高程为21.64～21.96 m，渗透系数4.5×10-2cm/s。第⑦层细砂～中粗砂承压水头24.07 m，渗透系数1.22×10-3cm/s，相应水位高程22.47 m。

据调查分析，在场地附近房亭河及中运河段长期有非法采砂现象，采深已达河底下30～50余米，导致河水与地下各含水层直接沟通。此外，场地周边刘集船闸、刘集地涵、刘集闸等工程施工过程中均进行大面积的深层降水，也不同程度地导致河水与地下各含水层直接沟通补给。初步分析该场地地下承压水已与河水形成直接的水力联系。

3 基坑截渗及降水处理方案

工程地址条件复杂，有⑤层含砾中砂承压含水层以及⑦层细砂～中粗砂承压含水层对工程基坑开挖及混凝土浇筑施工造成影响。⑤层承压水位21.96 m，⑦层承压水位22.47 m。

泵站底板底高程最低7.50 m。开挖时将挖至⑤层，该层承压水头高，涌水量大，将影响施工进行。⑦层在场地内虽埋深较大，但基坑开挖后，相对隔水层厚度约为9 m，其承压水头约24 m，根据GB 5007-2002《建筑地基基础设计规范》附录W提供的抗渗稳定验算公式，对第⑦层细砂～中粗砂进行基坑底抗渗流稳定性估算，基底抗渗稳定不能满足稳定要求，因此，需降低⑤层及⑦层承压水水位。考虑到⑦层以上相对隔水层厚度约10 m，且⑦层厚度较大，地质勘探时未钻穿，采用围封的方法工程造价较高，拟采用管井降水，水位降低至满足隔水层抗渗稳定条件即可。

3.1 ⑤层承压含水层截渗方案确定

⑤层承压含水层可采用降水方案或围封截渗方案进行处理。对围封截渗方案，地下连续墙围封效果好，但造价稍高，工程中常用的相对较经济的截渗技术有多头小直径搅拌桩以及垂直铺塑技术等。垂直铺塑技术较适用于低水头情况下的截渗，本工程⑤层土为承压含水层，承压水水头较高，因此不考虑采用垂直铺塑技术；④层土为含砂姜壤土及其夹层、⑥层土为含砂姜粘土，不适合多头小直径搅拌桩的施工，因此，本工程⑤层围封截渗方案考虑比选地下连续墙围封方案。

对⑤层土可采取地下连续墙围封截渗方案或管井降水方案。降水方案可满足降水要求，但日排水量较大，降水时间长，同时考虑施工过程中各种不确定因素，深井降水不易见成效，④层、⑤层易渗透变形管涌土破坏；围封截渗方案将基坑围成一个相对封闭的区域，较彻底解决⑤层土与地表水之间存在水力联系的问题，避免了各种不确定因素。通过对降水方案和围封截渗方案进行经济技术比较，最终确定⑤层采用地下连续墙围封截渗方案。

3.2 地下连续墙设计

3.2.1地连墙墙体厚度计算

墙体所需厚度B可根据其破坏时的水力坡降来计算，即：

B=H/J允

J允=Jmax/K

式中：H——防渗墙承受的最大水头；Jmax——极限水力坡降，为确保安全，取Jmax=300；J允——允许水力坡降；K——安全系数，一般取5。

连续墙最深处为第⑤层含砾中砂层底板高程6.5 m处，承压水位高程为21.96 m，则：

B=0.26 m

为加快工程进度，地下连续墙考虑采用抓斗式施工法，其厚度需满足其设备施工性能，一般最小厚度为35 cm，本工程连续墙墙体厚度取35 cm。

3.2.2地连墙墙顶高程确定

对⑤层土以上相对隔水层进行抗渗稳定复核计算，根据GB 5007-2002附录W提供的抗渗稳定验算公式，即：

根据⑤层土以上各层天然容重及相应土层厚度计算，计算结果为，相对隔水层至17.0 m高程时能够满足抗渗稳定要求，因此，地连墙顶高程确定为17.0 m高程，在该高程设置马道。

3.3 ⑦层承压含水层降水计算

⑦层采用管井降低承压水水位，采用承压非完整井。

3.3.1 承压水位降深

由于⑦层以上相对隔水层厚度约为9 m，因此，⑦层承压水只需降低至⑦层以上相对隔水层满足抗渗稳定要求即可。根据GB5007-2002抗渗稳定验算公式以及⑦层土以上各层天然容重及相应土层厚度计算，降水后承压水头应低于16.1 m，需降低承压水头24.07-16.1＝7.97 m。

管内水位降深为s＝7.97+IL1

式中：I为水力坡降，取0.1；L1为井点管至基坑中心距离，为79 m。

经计算，s＝14.57 m。

3.3.2影响半径

⑦层厚度较大，管井为不完整井，用有效带深度H0计算。

有效深度 H0＝1.85(s+L)＝30.65 m

影响半径

经计算，R′＝168.78 m。

3.3.3基坑总排水量

因基坑离水源距离约为b＝160 m＞R′/2，所以

经计算，Q＝1 723 m3/d。

3.3.4单井排水量

经计算，q＝141.24 m3/d。

3.3.5井点数量

n＝1.1Q/q＝14根

此时，井点最大间距：

D＝L/n＝466/14＝33 m。

考虑到一般情况下，管井间距小于30 m，共布置16根管井。

［1］姚文秀，孙万功.混凝土防渗墙厚度的确定方法［J］.电力学报，2007（04）.

［2］建筑基坑支护技术规程［S］.北京：中华人民共和国建设部，1999.

［3］建筑地基基础设计规范［S］.北京：中华人民共和国建设部，2002.