真纳水电站沙砾基坑排水设计与施工

覃茂相

【摘要】本文重点论述了水电站发电厂沙砾基坑排水设计与施工。通过采用高压旋、摆喷灌浆防渗墙与降水井群相结合的防渗降水技术，成功将厂房大面积沙砾基坑的地下水位降至目标高程，达到了在建基面进行干地施工的目的，取得了良好的效果。

【关键词】真纳水电站；沙砾基坑；排水设计与施工

1、工程概述

中国公司，根据EPC方式，在国外建设了真纳水电站，该项目属于海外项目，在巴基斯坦伊斯兰共和国旁遮普省米扬瓦里地区卡拉巴镇下游约5km处的真纳拦河闸的右岸，利用真纳拦河闸形成的水位落差，采用明渠引水方式，在河滩上开挖基坑修建厂房发电。枢纽工程由引水渠、厂房、尾水渠和开关站等组成。电站安装8台单机容量为12 MW的竖井贯流式发电机组，总装机容量96MW，多年平均发电量6.07亿Kw.h。电站厂房坐落在原主河床深达100～200m的沙砾石深厚覆盖层上，其结构尺寸为167.7m×64.234m×46.5m（长×宽×高），厂房基坑开挖的开口线尺寸为230.1 m× 178.59m，基坑开挖的一般深度为22 m，最低开挖深度达26.5 m。沙砾石基础含水层的平均渗透系数112.08 m/d，最大渗透系数达139.43 m/d，地下水埋深较浅，约为2m。基础的强渗透性给发电厂房基坑的防渗降水带来巨大的挑战，厂房基坑的防渗降水处理是否成功直接影响到工程总体施工进度和工程的质量与安全，乃至整个工程建设的成败。针对工程区域沙砾石覆盖层深、渗透系数大、地下水埋深浅等较为特殊的地质、水文条件，结合以往工程经验，经过详细的地质勘探和研究分析，真纳水电站厂房基坑采用了高压旋、摆喷灌浆防渗墙与降水井群相结合的防渗降水方案，安全成功地将基坑内的地下水位降至目标高程，达到在建基面进行干地施工的目的，取得了良好的效果。

2、基坑降水设计

为了确保主体结构混凝土的顺利施工，必须将电站基坑的地下水位降低至结构底板以下，并常年保持坑底的干燥，这是混凝土浇筑的必要条件。降排水系统的设计除了保证坑底干燥外，还要防止坑底和围护边坡在开挖和后期施工中出现管涌和流沙等现象，以保证坑底不被渗流破坏，同时保证围护结构的稳定和安全。

为了控制地表沉降、减少施工风险和确保施工进度，从施工经验来看，常用的地下水处理主要有以下几种方法：（1）坑外管井降水；（2）坑内轻型井点降水。其优缺点比较见表。

表2-1地下水处理方式比较

降水效果 施工进度 受环境影响 工程造价

坑外管井降水 好 快 较大 低

坑内轻型井点降水 好 慢，受基坑开挖影响 无 较高

2.1基坑降水气象设计

（ 1）连续墙深度的确定

连续墙除了保证基坑围护结构安全外，还需考虑防渗墙的功能。经计算，其深度为深入坑底以下4m。

（2）坑底降排水設计

按潜水完整井模型计算降水，如图2所示。

图2-1潜水完整井模型

根据场地工程地质和水文地质条件并结合场地基础开挖实际情况，选定以下参数作为设计依据。

地下水性质：潜水层；抽水井类型：完整井；基坑长：191 m；基坑宽：18.2 m；基坑深度：18.58m；地下水位：取年最高水位1.5 m；含水层厚度H：取19-1.5=17. 5（m）；含水层渗透系数k：取20/d；抽水井降深5：取20m。

降水引用半径 ：对于矩形基坑，其长度与宽度之比大于10，按下式计算：

降水影响半径 ：

=2S

则降水有效影响半径：

2.2基坑降水计算

（1）基坑总涌水量

计算得基坑涌水量为：

（2）单井涌水量计算

采用钢管为井管，井管内径300 mm。

过滤器半径：：取0.15m

过滤管进水部分的长度 ：，一般为1.0m～2 m，取1.2 m。

（3）井点管数量

（4）降水井间距

降水井间距调整到6m，以保证降水的有效性，本基坑总共布置70孔降水井。

（5）井管结构

降水井井管结构长度可按下式确定：

式中， 为基坑深度； 为降水水位距离基坑底的深度； ，I为水力坡度，在降水井分布范围内为1/10～1 /15； 为降水井分布范围的等效半径或降水井排间距的1/2； 为降水期间地下水位变幅； 为降水井过滤器工作长度； 为沉砂管长度。

3施工方法

3.1排水沟施工

在开挖处的管段第三层的地下水并且离地面二十厘米后开挖，第一根据实际图纸设计的需求来确定管身段的具体放置位置。在四节管身段两端上下游侧（结构分缝处）各形成一个集水坑（共四个），进行施工抽水平台、水泵房及抽水管道布置。前期集水坑深度为满足基坑干地开挖即可，采用钢管笼对水泵吸水管龙头进行保护，配置相应数量的水泵，待集水坑、排水管道、开口线外排水管道形成并具备抽水条件后，在靠上游坡面一侧采用厚?=14mm、宽B= 2.2m的钢板以坡脚线夯入，确保边坡坡脚稳定；下游侧由于施工工作面较宽，开挖坡度可适当放缓，靠临时公路侧不需要进行钢板支护。完成上游钢板加固后，在结构物基础面外2m（布料机基础采用碎石回填）进行基坑上下游侧排水沟开挖。为确保布料机轨道基础的安全宽度，并防止降水过程中水流将建筑物地基内的细颗粒带走，在基坑内排水明沟靠近结构物一侧，用碎石（粒径D=3cm～5cm）压一层土工布作为护壁，碎石用振动碾压密实。上、下游侧排水沟开挖完成并形成降水条件后，每个集水坑配置相应数量的水泵进行基坑降水。开挖至设计高程后，在建基面上每间隔5m开挖一条0.3mx0.3m的横向排水沟，以加快降水速度。水位降至规定高度后，横向排水沟采用与建基面相同的砂土料回填压实。