禹门口东扩工程预应力钢筒混凝土管道穿越汾河关键技术研究

王 忠

（山西省汾河灌溉管理局 山西太原030002）

禹门口提水东扩工程是山西大水网建设工程项目之一，工程位于山西省中南部，是向临汾、运城两市的新绛、稷山、襄汾、候马、曲沃、翼城六县（市）工、农业以及农村生活供水的保障性给水工程。年供水1.61亿m3，包括农业和汾河生态用水8 095万 m3，工业供水 8 030万m3。

提水工程采用内径2 m的PCCP管道，在襄汾段穿越汾河，穿汾工程包括导流、排水、开挖、安装、回填五大部分。由于此段河道常年流水不断，地下水位高，附近农田一年浇地3次至4次，对地下水补给充足，加之基础为流砂，所以工程的导流、排水和围堰直接关系到工程的成败，是工程的关键技术。

1 自然条件

1.1 地形

PCCP管道工程穿越汾河，长度为340 m。河堤顶高程为402.66 m(左)、402.89 m（右），河心高程为 393.28 m，漫滩高程399.5 m，地形呈U形。

1.2 地质

汾河沿线主要地貌为山前冲积倾斜平原区、汾河河谷、漫滩及阶地，地下水位393.55 m。本段河内主要发育一级阶地和三级阶地。地层是新生界第四纪中更新统，上更新，以及人工堆积层（Qs）。在河道断面内探测三个孔2K09-5、2K09-6、2K09-7。2K09-5孔深 15 m，地面高程 402.66 m，0～6 m为杂填土、黏土，6～7.2 m砂土、粉细砂，7.2～15 m中细砂、砂土；2K09-6孔深15.6 m，地面高程398.15 m，0～1 m为低液粉土含少量砾石，1～2.6 m低液粉土、粉细砂，2.6～15 m中细砂、砂砂；K09-7孔深15.6 m，地面高程 402.89 m，0～6 m为粉细砂，6～7.2 m砂土、粉细砂，7.2～15 m中细砂含铁质。

1.3 水文与气象

根据当地1970年-2000年气象资料统计，年平均气温为13℃，年平均降水量504.8 mm，最大降水多发生在当年7月、8月，年蒸发量在1 669～1 771 mm。

2 导流

2.1 导流标准

禹门口提水东扩工程等级为Ⅱ等，根据水电水利工程施工导流设计导则其导流建筑物等级为Ⅳ等，则土石类型的洪水重现期10～20年。鉴于汾河汛期洪峰流量较大（10年一遇洪水标准为1 500 m3/s），多发生在7月、8月、9月、10月，故工程施工安排在非汛期。非汛期10年一遇的流量286 m3/s，相应水位为397.51 m。

2.2 导流方式

管道工程穿越汾河段河宽340 m，岸坡平缓且有可以利用的旧河槽，故采用分段围堰法导流，就是分期束窄河床，挖引渠进行导流。施工中分两期施工，第一期是在原河槽上游和下游处建围堰保护施工，在河上游河槽挖引河到下游；第二期利用原河槽导流。

2.3 引河确定

因工程施工期短，故选在非汛期施工，施工时河内实际流量为Q=15 m3/s，挖引河将当前流量引入下游。根据现场情况确定引渠为梯形断面，底宽b取7 m，挖深h取2.3 m,边坡m取1.5，底坡 i为 3×10-4。

2.4 围堰设计

围堰是保护主体工程施工的临时性建筑，本工程导流采用两期两段朿窄河床修建围堰。根据工程条件，为充分利用当地材料采用土石围堰，迎水面坡度为1：1.5，为防止冲刷在迎水面铺设双层土工膜，并用50 cm厚的土工编织袋装土防护。围堰的顶高程=设计流量286 m3/s的相应水位为397.51 m+束窄河床的壅水高度+围堰的安全超高（取1m）。

束窄河床的壅水高度Z接下式计算：

式中φ为流速系数，随围堰的平面布置型式而定，为梯形时取 0.80；ν0为行进流速 2.26 m/s；g 为重力加速度，9.81m/s2；νc为束窄河床的平均流速，m/s；Q为导流设计流量取286m3/s；ε为侧收缩系数，单侧收缩取0.95；A为束窄后的过水面积取170 m3。

经计算壅水高度为1.5 m。因围堰高度为7 m，属低土石坝，为便于施工,确定坝顶宽为5 m。

2.5 导流施工要点

1）本工程施工期短，只要综合考虑避开汛期、灌溉期，合理安排施工，就可提高工程的安全，减少工程投资，保证工程施工质量。

2）围堰要安全可靠，能满足稳定、防渗、抗冲的要求；堰基处理切实可行，堰体便于与岸坡或已有建筑物连接。导流时，一期围堰对河床的束窄度宜小于60%，纵横围堰轴线宜布置成梯形。

3）引河施工应和基坑保持一定的安全距离，以保证施工安全和减少基坑内水量补给。引河的进、出口要加大，其转弯角度因大于直角，以保证水流通畅。引河开挖宜采用最佳断面法，这种断面的特点是窄深。由于河道来水不定，当来水大于设计流量时可以人工引导水流淘刷岸坡，增大引河的过水能力。

3 基坑排水

目前工程上常用的基坑排水方法有：人工排水、机械排水和井点排水。人工排水就是将人工基坑内的水移出排走；机械排水就是将基坑中的水体用水泵抽走。这两种适用于小流量，是排基坑明水。第三种为井点排水，它的适用范围广，尤其是流砂地层效果更好，它包括轻型井点、喷井点、电渗井点、深井井点和其它井点等。

3.1 排水方式

本工程基坑水的来源主要是汾河来水通过围埝侧向补给，基坑周边的地下水补给，雨水以及工程排水等补给。基坑的特点是：1）渗透性好，基坑处深度15 m内大部分是中砂、细砂、粉细砂，渗透系数大、透水性良好，基坑来水有好的通道，给施工排水造成巨大困难；2）地表水补给面积大，基坑用围堰封闭，上游、下游、侧面都不同程度上有地表水；3）基坑深，基坑从漫滩高程399.5 m到基坑底高程385.44 m，基坑深为14.36 m。基坑深，地面来水大，渗透条件好，地下水通道畅通，管道按装质量要求严格，施工中为了实现干开挖，经分析采用深井排水法。

3.2 排水设计[1]

3.2.1 确定基坑涌水量

基坑的应排水量包括：围堰和基坑的渗水、降水以及基础施工废水等。因施工安排在非汛期，降雨少，围堰没有挡水，所以围堰渗水量和降水量不予考虑，本工程为PCCP管道工程，基础内施工砼少，废水也少，所以施工废水量也不予考虑。按下式计算基坑涌水量：

式中：Q为渗透流量，m3/d，k为渗透基数，取2 m/d;H为含水层的厚度，取13.5 m；h为基坑内水深，取8 m；R为地下水位下降曲线的影响半径，取200 m；r为基坑面积化为圆井时的化引半径，矩形基坑L=200 m,B=50 m,按下式计算化引半径：

3.2.2 计算单井出水量

式中：q为单井出水量；l为滤管（无沙管）有效长度，为1m；r为井管半径，为0.15 m；V为流速为81.89 m/d。

3.2.3 确定井数

据此，确定井数10眼。在基坑左右两边均匀布置。

3.2.4 水泵和电源的配备

单井出水量q为77 t/d，应选取扬程为20～25 m，出水量在2～10 m3/h的潜水泵。因不同地段单井出水量有差异，所以在实际工作中选用扬程为20～30 m，出水量在2～10 t/h的潜水泵。

由于工程线路长，比较分散，所以电源的配备要根据工地现场的情况确定，接线方便的地方以接线为主，没有固定电源要配备发电机。

3.3 基坑排水施工要点

1）管井安排要科学,在处理基础地下水位时，主要是如何确定降低地下水位的方法，本工程采用了管井法降水。这种办法是否成功，关键取决于施工时间、井的深度、数量和位置的布置、泵的抽水量等要素。这些要素成为保证基础安全施工的必要前堤。

2）井内抽水要控制，就是要掌握平衡状态，水位降的过快会造成塌方，过慢又影响施工。在基础处理和上部建筑物施工中，要科学正确地掌握排水量，使之既能保证地下水相对平衡状态，又不会给施工造成不便。

3）施工期间抽水不停。

在整个工程回填覆盖前，应保持地下水位低于建筑基础0.5 m以下，这是严格的要求，直到回填后方可停止抽排地下水。

［1］武汉水利电力学院，成都科学技术大学.水利工程施工[M]，北京：水利电力出版社，1983：49-53.