某提水站施工导流中的基坑排水

2018-05-02宋升

城市道桥与防洪 2018年3期

关键词：经常性积水围堰

宋升

（东港市水利水电工程移民办公室,辽宁东港 118300）

1 基坑排水的任务

基坑排水的任务包括以下三个方面：

（1）在上下游围堰合拢闭气或过水围堰过水之后，必须在尽短的时间内将残留于基坑内的积水一次排出，即初期排水。

（2）在基坑施工过程中，从围堰及地基渗透入基坑的渗流、降雨和施工废水等也必须不断排出。

（3）有时为保持施工场地的干燥，有些工程（特别是软基河床）还必须为降低地下水位而进行长期的抽水工作（排地下水）。

由于后两种排水是经常不断进行的，因而称为经常性排水。

基坑排水历时较长，如果处理的好，可为施工创造良好的条件；如果处理得不好，便往往会给施工带来困难，甚至会直接影响整个工期。因此基坑排水在整个工程建设中是不容忽视的。

2 某提水站概况

某提水站位于沙坝河下游的北井子镇林家村干渠沙坝倒虹吸处。主要通过提水站将沙坝河水提入干渠，西水东调，直接灌溉干渠倒虹吸以上水田，提高倒虹吸以下干渠流量与水位，以解决下游3万亩水田灌溉水量不足的现状。本项工程设计项目为：（1）新建提水泵站1座，泵房、电器室、管理间面积178.75m2，设计 4台水泵，型号为650HW-5，配套电机75kW，总装机容量300kW；（2）新建干渠节制闸1座；（3）改建排水涵闸1座。

3 水文与气象

该地区多年平均降雨量为1044mm，从上游向下游递增，大部分降雨集中在6～9月份，约占全年降雨量的70%以上，暴雨多发生在7～8月份。多年平均蒸发量为1000～1100mm，年内分配以4～9月份为最大，约占全年蒸发量的73%。多年平均气温为7.9℃，1月份气温最低，极端最低气温为-32.4℃；8月份气温最高，极端最高气温为36.2℃。该地区平均风速为2.3m/s，6～9月最大风速为19.0m/s，平均风速13.0m/s。无霜期为150d，初霜日一般在10月1日前后，终霜日一般在4月末。

4 初期排水

初期排水总量应按照围堰闭气后的基坑积水量、抽水过程中围堰及基础渗水量、堰身及基坑覆盖层中的含水量以及可能的降水量等四部分组成计算[1]。积水的计算水位根据截流程序不同而异。当先围上游围堰时，基坑水位可近似采用截流时的下游水位；当先截流下游围堰时，基坑水位可近似采用截流时的上游水位。过水围堰基坑水位应根据退水闸的泄水条件而确定。本工程施工导流围堰采用先围上游围堰，再围下游围堰。

4.1 基坑水位降落速度及排水时间

为了避免基坑边坡因渗透压力过大而造成边坡失稳产生坍坡事故，对于土质围堰或覆盖层边坡，其基坑水位下降速度必须控制在允许范围内。一般开始排水降速以0.5～0.8m/d为宜，接近排干时可允许1.0～1.5m/d。其他形式的围堰，基坑水位降速一般不是控制条件。本工程采用土质围堰，故需严格控制基坑水位的下降速度。

排水时间的确定应考虑基坑工期的紧迫程度、基坑水位允许下降速度、各期抽水设备及相应用电负荷的均匀性等因素，进行比较后再选定。一般情况下，大型基坑可采用5～7d、中型基坑可采用3～5d。本工程参照中型基坑，采用3d。

4.2 排水量计算

（1）根据围堰型式计算堰体及地基渗流量；（2）根据基坑允许下降速度，考虑不同高程的基坑面积后求出积水排除强度；

（3）根据基坑允许下降速度，确定初期排水时间。

基坑渗水主要与围堰型式、防渗措施、地基情况、排水时间等因素有关。渗流计算不易符合实际，故在初步设计中，初期排水总量常采用经验估算法，一般采用2～3倍的基坑积水估算，当覆盖层较厚，渗透系数较大时取上限（见表1）。

表1 初期排水总量计算表

计算表达式为：

式（1）中：Q为初期排水流量，m3/s；V为基坑的积水体积，m3；T 为初期排水时间，s（取 3d）。

5 经常性排水

在基坑积水排干后，围堰内外的水位差增大，此时渗透流量相应增大。另外，由于基坑已开始施工，在施工过程中还有不少施工废水积蓄在基坑内，需要不停地排除;在施工期内还会遇到降雨，当降雨量较大且历时较长时，其水量也是不可低估的。

经常性排水由基坑渗水、降雨汇水、施工弃水等组成。

（1）基坑渗水

主要计算围堰堰体和地基渗水两部分，应按照围堰工作过程中可能出现的最大渗透水头来计算。最大渗水量还应适当考虑围堰接头漏水及岸坡绕流渗水量等。

（2）降雨汇水

降雨汇水按照一般时段和暴雨时段分别计算。一般时段可按照多年年平均降雨量计算排水量；暴雨时段可按照多年最大日降雨强度计算排水量，要求在1d排干考虑最大排水强度。

（3）施工弃水

包括混凝土养护用水、冲洗用水、冷却用水、土石坝的碾压和冲洗用水、施工机械用水等。用水量应根据气温条件、施工强度、混凝土浇筑层厚、结构型式等决定。

本设计暂忽略其他因素，只考虑渗透量，故有以下计算。

单位宽度渗流量[2]为：

式（2）～（5）中：q为单位宽度渗流量，m3/sm；k为堤身渗透系数，m/s；H1为上游水位，m；H2为下游水位，m；h0为下游逸出点高度，m；m1为上游坡坡率；m2为下游坡坡率。

再用试算法使两计算式中的h0相等，得出所要求的q，从而得出单位宽度渗流量，进而得到总渗透量（见表2）。

式（6）中l为围堰的长度。从而得到:

表2 经常性排水总量计算表

6 排水设备的选择

无论是初期排水还是经常性排水，当其布置形式及排水量确定后，便可进行水泵的选择。即根据不同排水方式对排水设备技术性能的要求，按照所能提供的设备型号及动力情况以及设备利用的经济原则[3]，合理选用水泵的型号及数量。

水泵的选择，既要根据不同的排水任务，不同的扬程和流量选择不同的泵型，又要注意设备的利用率。在可能的情况下尽量使各个排水时期所选的泵型一致。

本工程在初期排水选择大容量低水头水泵；在降低地下水位时（经常性排水），选用小容量中高水头水泵；在集中基坑积水的汇水排出围堰外的，选择大容量中高水头的水泵。为了运转方便，选择容量不同的水泵组合运用。

在泵型初步选定后，根据各型水泵所承担的排水流量以及公式（7）来确定水泵台数（见表3）。

表3 水泵备用量参考表

式（7）中：ni为某一型号水泵台数；Qi为某一型号水泵所承担的计算排水流量，L/s；πi为某一型号水泵单机排水流量，L/s；Ki为备用系数。

7 计算成果

基坑排水包括初期基坑积水排除和经常性排水两部分。初期基坑面积0.35万m2，按3d抽干计，抽水强度148.85m3/h，排水总量1.07万m3。经常性排水包括围堰渗水，施工弃水及降雨，经常性排水在基坑四周设排水沟，排水沟底宽0.6m，深0.8m，底坡 0.003，集水井 3×3×2m，抽水强度为8.25m3/h。抽水设备容量大小由二期决定，初期排水选用250WQ600-9-30型水泵2台备一，经常性排水选用80WQ29-8-2.2型水泵3台备一。