水电站深基坑井点降水施工工艺

谭 玉 平, 彭 勇

(中国水利水电第七工程局有限公司,四川 成都 610081)

1 工程概述

上阿特巴拉水电站工程位于苏丹东南部的苏丹、埃塞俄比亚和厄立特里亚三国交界处,项目由Rumela枢纽和Burdana枢纽组成,Rumela枢纽位于Upper Atbara河上，Burdana枢纽位于Setit河上；在项目下游20 km处Upper Atbara河与Setit河交汇后汇入尼罗河。

Upper Atbara施工区位于半干旱气候区，越往北方气候越干旱。施工区内，雨季从六月份持续到十月份，七月和八月雨量最大。水文资料显示，本地区平均日最大降雨量为157 mm。

Rumela 坝址位于努比亚地层中约100 m宽的峡谷中，两侧为20 m高的悬崖。河岸为连续的砂岩和泥岩，其中含有玄武岩岩墙。右岸可见一条较大的中坡地带，由粉土和细砂构成。

笔者主要介绍了Rumela右岸厂房基坑减压井方案的设计。

2 排水方案的选择

Rumela厂房基坑面积约为19 000 m2，基坑深约50 m。通过对百年一遇工况下进行的稳定计算，发现此工况下扬压力可能会对基础产生破坏，因此，必须考虑基坑渗水，降低渗透压力。

在减压井布置前，基坑内已经布置了完整的地表排水系统，但是基坑渗水仍然严重。为降低地下水渗水压力，原设计方案是在基坑内布置一系列排水管，管道深入基础1.5 m，然后在基础表面形成完整的排水系统。但是，钻孔后降压效果不明显，多数孔位并未出水，因此而选用减压井方案。

3 地质条件

该工程地质条件复杂多变，坝址地层主要为泥岩和砂岩。但是，由于裂隙多而导致渗水严重。为了进一步了解基坑所处位置的地质条件，在基坑四周布置了钻孔取芯，了解到的基坑地质条件大致如下：

基础大面高程为451.8 m，基础面以下3 m(高程451.8～448.8 m)为泥岩，泥岩渗透系数小于1×10-7m/s，可视为不透水层；高程448.8～440 m为砂岩，渗透系数为0.8×10-5m/s，可视为均质透水层；高程440 m以下为泥岩，为不透水层。地下水位高程为458.36 m。现河床水位高程为477 m，汛期河水位按百年一遇工况计算，河水最高水位为高程491 m。按照最不利情况考虑，假设汛期地下水位上涨14 m，即地下水位为高程472.36 m，按照此工况进行了以下计算。

4 计算模型

根据水文地质条件，含水层承压，为避免地下水透过泥岩裂隙渗透至基岩表面，设计降水水位为高程450.8 m(既基岩以下1 m)，减压井穿透整个砂岩透水层。计算模型为均值含水层承压～潜水非完全井。

4.1 基坑涌水量计算

基坑为一个约150 m×130 m的矩形，故可以将基坑化为等效圆形直井进行计算，公式如下：

式中Q为基坑基础涌水量，m3/s；k为渗透系数，m/s；H为含水层厚度，472.36-440=32.36(m)；S为基坑降水深度,472.36-450.8=21.56(m)；R为降水影响半径，m；r0为基坑等效半径，m；M为承压水含水层厚度，448.8-440=8.8(m)；h为降水面到承压水含水层底板厚度，H-S=10.8(m)。

计算简图见图1。

图1 计算简图

相关参数计算：

4.2 单井出水量计算

计算公式为：

式中q为单井点抽水量，m3/d；l为过滤段浸没长度， 2 m；r为过滤器半径，0.06 m；q=1.8 m3/h。

4.3 计算井点数量n

n=Q/q=28.5/1.8=16(个)

考虑1.2的安全系数，n=1.2×16=20(个)。

4.4 减压井布置及典型剖面

整个厂房基坑一共布置了20个减压井，沿基坑环形布置：左岸边坡靠近河，在高程467～474 m马道上布置了7个减压井，右岸边坡在高程467 m马道上布置了4个减压井，在上游边坡高程465.2 m马道上布置了5个减压井，下游斜坡段在476 m高程布置了4个减压井，钻孔取芯也在四周各取一个,即PS1～PS4，后期作为地下水位监测井。根据设计计算，减压井典型剖面见图2。

5 减压井施工流程与施工工艺

减压井施工流程见图3。

图2 减压井典型断面图

图3 减压井施工流程图

减压井施工工艺与一般减压井大致相同。鉴于岩石基础与土壤基础的不同，为方便施工，采取了以下措施。

钻孔直接进行，不采取护壁措施。由于岩石基础完整性好，在钻孔过程中不容易出现塌孔现象，所以不需要实施护壁，如此实施，简化了施工工艺，有效提高了钻孔速度。

井管采用PVC(花)管。由于渗透水携带泥沙物质比较少，且因岩壁坚固，成井后对井管壁压力小，不需要采用钢管等材料，故选择强度略高的PVC管即可满足要求，从而降低了成本。

6 降水效果

减压井布置后，原先用于取芯所钻的四个孔也在取芯之后可以起到监测孔的作用。日常监测中各个监测孔取得的水位见图4～7。

图4 厂房1号机组高程464 m马道平台减压井水位图

图5 厂房2号机组高程467 m马道平台减压井水位图

图6 厂房3号机组高程465.2 m马道平台减压井水位图

图7 厂房4号机组尾水出水口高程467 m减压井水位图

观测数据表明：降水效果明显。另外，在基坑内也设置了监测孔用于监测基坑地下水位的变化情况。

施工过程中发现，减压井实际出水量比计算值要大，分析其主要原因，除了渗透水外，由于基坑岩层复杂多变，层间裂隙发育良好，形成了完整的透水通道，导致减压井实际涌水量偏大。在设计时考虑到了此问题，故选择了排量为14 m3/h的潜水泵，能够满足现场排水要求。

7 结 语

减压井的设置，有效地解决了Rumela厂房基坑渗水问题。该项目其他基坑采取了同样的降水方案，也取得了很好的效果，从而为工程的安全施工提供了保证。另外，由于基础岩石的风化和破碎，使得钻孔可行，并没有加大钻孔的难度，而且岩石基础相对于土壤基础整体性要好，在钻孔过程中不需要采取护壁措施，也没有发生塌孔的现象，从而使钻孔成井的施工效率有很大程度的提高，及时解决了雨季施工安全的问题。

作者简介:

谭玉平(1974-)，男，湖北巴东人，副总工程师兼副分局长，高级工程师，从事水电工程施工技术与管理工作；彭 勇(1980-)，男，四川自贡人，项目总经理助理兼技术部主任，工程师，学士，从事水电工程施工技术与管理工作.