浅谈基坑超标洪水下充水平压施工

唐铭鸿　徐亚军

摘 要：JC水电站位于大江干流中游，2018年因江水出现超过20年一遇的洪水，JC水电站上游围堰处水位高程为EL.3228.38m，流量达9100m3/s，已超出围堰设计流量为20年一遇8920m3/s，且根据水情预报情况，近期江水及JC水电站流量将继续呈上升趋势。为避免后续水位不断上涨、流量不断增加可能带来的电站二期基坑上、下游围堰及泄流过流导流明渠出现渗漏或破坏等不利事件，需在特定条件下实施二期基坑充水平压施工。

关键词：围堰 基坑 超标洪水 充水平压

中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（b）-0074-02

1 工程概况及设计原始条件

根据电站所处位置及各站资料条件，选取羊村、奴下水文站作为该电站水文分析计算设计依据，JC水电站二期上、下游围堰挡水标准为20年一遇（汛期），其流量为8920m3/s。为避免后续水位不断上涨、流量不断增加可能带来的电站二期基坑上、下游围堰及泄流过流导流明渠出现渗漏或破坏等不利事件，需在特定条件下实施二期基坑充水平压施工。

2 基坑充水平压要求

2.1 充水平压基本条件

在达到以下边界条件之一时，技术组向超标洪水应急领导小组提出电站二期基坑启动基坑充水平压建议，由领导小组按程序确定是否启动基坑充水平压。

（1）基坑防滲体系（二期上下游围堰、左岸台地、导流明渠边墙）出现渗透破坏（如管涌等）；围堰出现沉降变形、淘刷且已无法控制。

（2）导流明渠左导墙变形急剧增大，且导墙局部出现开裂、渗水情况。

（3）二期上游围堰堰前水位达到3231.80m，二期下游围堰堰前水位达到3217.50m，且水位呈持续上涨趋势。

（4）电站工程防洪度汛应急领导小组办公室认为需要进行充水平压的其他情形。

2.2 充水平压的基本程序

根据现场实际情况及2.1中充水平压的基本条件，在充水平压过程中履行的基本程序如下。

2.2.1 坡面防护

在保证安全前提下对基坑内边坡进行检查，对EL.3208.0m高程以下砂卵砾石边坡或变形边坡根据要求和指示进行防护，对下游围堰挖槽充水区边坡，采用防水彩条布或复合土工布进行坡面防护，以避免充水过流过程中，水流对边坡的冲刷破坏，其主要施工方法为在下游围堰槽口内侧充水过流区坡脚及开挖后的泄槽顶部拉槽，铺筑防水彩条布后，采用沙袋对坡脚、坡顶进行压盖。

2.2.2 泄水槽布置

利用下游下基坑道路已浇筑混凝土路面作为泄水槽，泄水槽底部采用放水彩条布满铺，非泄水区内侧坡脚采用沙袋压盖并将彩条布向围堰边坡向上延伸5m，在边坡拉槽后将防水彩条布布置槽内采用沙袋压盖；泄水槽外侧采用1.0m×1.0m的沙袋进行防护，沙袋距公路外边缘50cm，每层纵横各布置一排，错缝码填。为避免充水水流漫过外侧防护沙袋对下基坑道路泄水槽区外侧边坡进行冲刷，防水彩条布沿边坡延伸2m。

2.2.3 基坑内设备、设施转移或防护

在充水平压下游围堰挖槽前，为减少基坑内淹没区损失，结合现场实际情况，对基坑内相应设备、设施进行转移和防护。

2.2.4 廊道部分区域封堵

为减少充水平压后廊道淤积量，充水平压前，将14#坝段宽缝区以布置的通风管进行封堵。

2.2.5 停机、停止抽排水

充水平压前，切断基坑内所有电源，停止水泵抽排水，并在保证安全前提下，将基坑内抽排水水泵通过缆机转移至基坑充水淹没区域以外。在确认上述4个步骤中相关事项准备完成后，在下游围堰挖槽充水，期间结合现场实际情况，将现场具备条件的排水管改为虹吸管向基坑内反充水，并利用未抽排水情况下的基坑渗水同时完成基坑充水平压；基坑充水平压以挖槽充水为主，虹吸充水为辅。

3 基坑充水量计算

JC水电站二期基坑主要施工建筑物为1#～19#坝段，厂房、消力池及海漫等结构，其中3#～19#坝段基本已施工至EL.3218.0m高程以上，消力池施工至EL.3188.0m高程以上，暂定二期基坑内充水平压水位高程为EL.3208.0m。

（1）根据施工图纸，二期上、下游围堰间基坑面积为162590m2，其中3#～19#坝段轴线桩号为0+46.50～0+463.34，轴线长度为416.84m；沿水流方向长度为37m～105m，平均长度约为60m，坝段区面积为416.84m×60m=25010.4m2，基础底高程按EL.3195m计算，则坝段EL.3208.0m高程以下已浇筑混凝土量约为325135.2m3。

（2）非坝段区域，消力池高程为EL.3188.0m，坝段上游为EL.3200.0m，平均高程为EL.3194.0m，与下游围堰堰顶高差为14m。则在未考虑坝段混凝土情况下，二期基坑总充水量为162590m2×14m=2276260.0m3。

（3）因此，结合上述计算分析，考虑二期基坑充水后水位高程时为EL.3208.0m，经估算，电站二期基坑EL.3208.0m以下充水量为2276260.0m3-325135.2m3=1951124.8m3。

（4）根据现场1#、2#抽水泵坑抽水量统计，1#泵坑平均抽水量为350m3/h；2#泵坑平均抽水量为400m3/h；下游泵坑抽水量约为250m3/h；则基坑综合抽水量约为1000m3/h。

4 基坑充水平压措施

4.1 充水平压措施的实施

现场在满足基坑充水平压要求时，经电站工程防洪度汛应急领导小组各成员充分分析和讨论同意下达指令后，方可进行充水平压施工，并根据相关程序要求报政府相关部门备案。

4.2 充水平压施工

4.2.1 充水挖槽区域及范围

为减少基坑充水时间，结合现场实际情况，挖槽充水区选择下游围堰左岸距堰肩约35m处（围堰与进厂公路衔接处坡脚为起点），该区域大部分位于岩梗区，挖槽范围为30m，右岸侧挖槽槽口沿水流方向采用钢筋石笼进行防护，减少充水平压过程中的槽口冲刷破坏。挖槽区缺口底高程约为EL.3215.0m，低于充水时下游堰前水面高程以下2.0m左右，其过流面积为60m2。该区域存在一条下基坑道路与进厂公路及下游围堰左岸区堰顶衔接，路面已硬化，充水槽口与公路泄水槽落差小，且该区域位于导流明渠消力池回区，水位及流态较为平稳，在该区域布置充水槽口，既方便利用围堰与下基坑道路间的台阶进行充水缓冲，也可减少对槽口的冲刷。同时，为避免充水过程中，水流对非岩梗段槽口的破坏，对非岩梗段槽口采用双层钢筋+块石进行防护。

4.2.2 充水槽施工

因下游围堰堰顶已采用混凝土硬化，挖槽前先采用1台PC220破碎锤将顶部混凝土清除，完后采用两台卡特D336反铲自右岸向左岸后退法进行充水槽开挖施工，先开挖下游半幅，上游半幅作为子堰挡水，同时兼做下游钢筋网片安装及子堰开挖通道，因此，上游子堰宽度保留4.0～5.0m，待子堰下游防护施工完成后，采用1台D336反铲自右岸向左岸后退法进行子堰拆除形成充水槽向基坑充水。

为保护复合土工膜，槽口开挖时尽可能减少对土工膜的破坏。充水槽开挖时先采用钢筋石笼对右岸侧槽口进行防护，避免充水过程中槽口冲刷破坏而向右岸延伸，钢筋石笼形式参照二期下游围堰相关参数执行，尺寸为长×宽×高=1.5m×1m×1m，充水槽开挖至EL.3215.0m高程后，充水槽尺寸约为长×宽=30m×10m。

充水槽開挖过程中，结合充水水流对围堰内侧及基坑边坡的冲刷情况，调整充水槽槽口宽度和深度，槽口形成后尽可能将出露的复合土工膜覆盖至围堰内侧反压防水彩条布进行二重防护，以减少和降低充水槽较高水流对围堰内侧边坡的冲刷，必要时可结合现场情况抛填部分大块石进行防护。

4.2.3 虹吸充水施工

同时，在上述方案基础上，另考虑采用虹吸向基坑内辅助充水，拟采用基坑排水水泵的DN250钢管，该项工作在现场具备条件下实施。利用进出口高程带来的压差提高虹吸管水流流速。

4.2.4 基坑充水时间计算

根据基坑充水量计算，将基坑充水至EL.3218.0m高程进行平压所需的水量为3326920.8m3，围堰堰体主要为砂卵砾石，查相关规范其糙率为n=0.025，水深为2.0m，底宽为30m，则过水面积为60m2，湿周为χ=30m+2×2m=34m，水力半径为R=60m/34m=1.765m，坡降i取0.001（1/1000）。

因此，参照以下公式进行计算，即：

Q=AC（Ri）0.5 （1）

其中，C为谢才系数，C=n-1R1/6。

将上述数据代入公式计算流量为110.83m3/s。

则在未考虑基坑停止抽水渗水，挖槽后充水所需时间为：

1951124.8m3/（110.83m3/s×60s/min×60min/h）≈5.0h。

即挖槽充水后，在保证2m水深情况下，二期基坑充水平压至EL.3208.0m高程所需时间为5.0h。实施过程中可根据充水槽宽度及深度调整基坑充水时间。

5 结语

采用该充水平压方式很好地解决了电站二期基坑持续超标洪水情况下的工程风险，安全度汛后，可结合现场实际情况布置水泵进行基坑抽排水，完后对槽口区重新按照相关要求进行防渗处理，重点做好土工膜及围堰接头的处理，并根据需要进行基坑内围堰及基坑边坡的修整。

参考文献

[1] 涂小兵，王玉忻.水电站施工期超标洪水应对措施研究[J].水利规划与设计，2017（6）：45-47.

[2] 孙依，王洁，于得万.大兴川水电站设计洪水复核计算[J].水利规划与设计，2018（9）：60-64，81.

[3] 罗艺，黄雄燕，李东.海里水电站增效扩容改造工程设计洪水计算分析[J].水利规划与设计，2018（7）：85-87.