水利枢纽施工期降水措施研究

郭艳玲

(临沂市兰山区水务局，山东 临沂 276000)

1 引言

临近水源工程建设过程中的一项重要工作便是降水。由于距离水源较低，周围水源补给较为丰富，降水工作难度较高[1-2]。在施工过程中应当注重制定合理的降、排水措施，以保证施工作业面干燥，保证施工人员、设备的安全[3-6]。目前，在工程建设过程中较为常用的方法包括：明排法、降水管井法等，在一些工程中还需设置围堰等措施。降、排水措施需要结合工程实际情况选择[7-10]。结合奔牛水利枢纽工程，对水利工程施工期降、排水措施进行研究。

2 工程概况

奔牛水利枢纽工程的主要任务包括防洪、引排水和通航，枢纽由运河立交地涵、船闸、节制闸和孟九桥组成。设计地涵单孔净尺寸为8 m×6.5 m(宽×高)，共布置12孔。船闸口门净宽16 m，闸室长135 m。奔牛水利枢纽工程具有改善水环境、防洪除涝、增加水资源供给等综合效益，对太湖流域和湖西区经济社会发展具有重要的作用。

3 降水方案

本工程船闸、节制闸、立交地涵部位基坑开挖深度均大于6.0 m，属深基坑开挖。工程地质条件较差，对基坑边坡的稳定不利；可能因渗透变形而影响基坑稳定；由于场地地下水位较高，地下水位动态受季节性变化及河流影响明显，基坑开挖将揭示地下水，施工时应采取必要的降排水措施，地下水应降至基坑底面以下0.5 m。

3.1 堰体内明水抽排

内外河围堰内积水采用泥浆泵抽排，排水时控制水面下降速度(一般不大于50 cm/d)，以免引起基坑四周和围堰土体坍塌。

施工初期船闸节制闸围堰施打的围堰间距约540 m，河口水面宽60 m，水深约3.5 m，初步测算水量为113400 m3。立交地涵施打的围堰约600 m，河面水面宽90 m，水深约4.2 m初步测算水量为226800 m3，以此进行水泵设备投入计算。

22 kW泥浆泵有效出水流量平均小时流量150 m3，工作效率75%。按每天20小时工作强度计算。150×75%×20=2250 m3。

船闸节制闸水深3.5 m，考虑7天排完，则需水泵数量为：113400/7/2250=7.2台，取整为8台。

立交地涵水深4.2 m，考虑9天排完，则需水泵数量为：226800/9/2250=11.2台，取整为12台。

3.2 基坑明排水

立交地涵汇水面积大约为236.2×284.5=67199 m2，常州地区最大日降雨量247 mm(查询历史最大降雨量)，则日最大汇水量为67199×0.247=16598 m3，24小时内排除积水的排涝强度(m3/h)=16598/24=691 m3/h，所需22 kW泥浆泵数量为：1.1×691÷150=5.06台，取6台，考虑到基坑较大，在基坑四周布置8台22 kW泥浆泵可满足排除明排水最大日降水量。

船闸节制闸汇水面积大约为543×101.1=54897 m2，常州地区最大日降雨量247 mm(查询历史最大降雨量)，则日最大汇水量为54897×0.247=13560 m3，24小时内排除积水的排涝强度(m3/h)=13560/24=565 m3/h，所需22 kW泥浆泵数量为：1.1×565÷150=4.14台，考虑到基坑较场，在基坑四周布置8台22 kW泥浆泵可满足排除明排水最大日降水量。

为防止坑边雨水冲刷基坑边坡，在降雨天气，需适当提高排水工作强度。在距离基坑边线1.0 m处设置截水沟，通过自排进去河道。坡脚设置排水龙沟，宽0.8 m、深0.5 m，在基坑四周设排水机塘。上下游引河中间位置设排水主垄沟，连接布置于围堰内侧的集水塘，基坑中的积水通过水泵抽排入排水主垄沟，分别汇集围堰边的集水塘，集中抽排到围堰外。基坑明排见图1。

图1 基坑明排水示意图

闸涵底板桩围封范围内设置小型排水沟及抽水机塘，抽排底板浇筑前冲洗水及施工过程的雨水。抽排的水直接送至主垄沟内。

3.3 基坑降水

本工程船闸、节制闸、立交地涵部位基坑开挖深度均大于6.0 m，属深基坑开挖。基坑边坡由②2、②3、③1、③2、③3、④2、⑤2层组成，其中 层土质不均，工程地质条件较差，对基坑边坡的稳定不利；②2、③3层砂壤土，中等渗透性，可能因渗透变形而影响基坑稳定；②3、④2层为软土，对边坡的稳定更为不利；⑤2层土，可塑状态，极微透水，工程地质条件较好，有利于边坡稳定。

由于场地地下水位较高，地下水位动态受季节性变化及河流影响明显，基坑开挖将揭示地下水，施工时应采取必要的降排水措施，地下水应降至基坑底面以下0.5 m。开挖深度范围内分布有②2、③3层砂壤土，中等渗透性，其余土层为粘性土，微透水性，根据工程经验，一般可采用井点结合明沟降排水方式。⑦3′层砂壤土中等透水，为场地的承压含水层，由于其埋藏较深，对工程影响不大。

场地地下水类型主要为松散岩类孔隙水。场地分布的层填土由于受大自然及人为影响，土体内存在裂隙、孔隙，②3层、③1层粘性土上部土体内存在孔隙，具有一定透含水性，②2层、③3层、④3层砂壤土为含水层局部与河水相通，故、②2、②3层、③1层、③2层、③3层、④2层、④3层、④4层共同组成场地孔隙性潜水含水层。其下的⑤2层、⑤3层粘性土，微弱透水，为相对不透水层，为潜水含水层的隔水底板。⑦3′层砂壤土，中等～弱透水，为场地的承压含水层，⑦2层、⑦3层、⑧1层粉质粘土分别为其隔水顶、底板，由于其埋藏较深且仅局部分布，对工程影响不大。

下面以立交地涵为例，进行管井降水计算，船闸节制闸类似。

3.3.1 降水管井设计

(1)管井深度设计

地下水主要为松散岩类孔隙水。地质资料显示、②2、②3层、③1层、③2层、③3层、④2层、④3层、④4层共同组成场地孔隙性潜水含水层。其下的⑤2层、⑤3层粘性土，微弱透水，为相对不透水层，为潜水含水层的隔水底板。⑦3′层砂壤土，中等～弱透水，为场地的承压含水层，⑦2层、⑦3层、⑧1层粉质粘土分别为其隔水顶、底板，由于其埋藏较深且仅局部分布，对工程影响不大。

九层共同构成构成场地潜水含水层，⑤2层、⑤3层粘性土阻断了以下各层与上层的水力联系。降水井有效深度考虑到⑤2层、⑤3层土相对不透水土层顶-15.22 m，井内外跌水高度按3 m考虑，水泵及井底安全深度按2 m考虑，井底高程为-20.22 m，取-20.0 m，井顶高程高出京杭运河河底1 m，为0.3 m，取1.0 m。

(2)管井平面布置设计

因本工程地处运河内，土壤存在夹层现象，水平渗透与垂直渗透相差较多，依据多个类似工程施工降水的经验，降水管井间的间距在15 m～20 m之间，管井深入不透水层的长度为6 m。本次降水管井的间距选择为15 m。

具体布置见图2、图3。

图2 立交地涵管井降水布置图

图3 船闸节制闸管井降水布置图

(3)观测井设置

在闸站基坑内设置4根观测井，观测井底深入承压透水层(⑦3层)，监测地下水位是否满足规范规定的干施工要求。

3.3.2 降水管井施工及运行

降水管井采用回旋钻机成孔，孔径0.6 m，成孔过程应当选取合格泥浆液，比重在1.05以内为宜。成孔后应当及时清孔，之后安装井管。为了保证滤水层厚度和井管垂直度，在井周边布设扶正木。选用标准透水井管(混凝土管或钢管)，外裹一层80目尼龙滤网和一层绿纱。取水样的含泥量不应超过0.05%。滤层采用级配较好的瓜子片和中粗砂级配沿井管周边均匀填筑上升，井顶1 m深范围内用粘土回填封闭。

管井降水的增强措施：由于本项目地处长江之边，土质中可能存在薄不透水层，采用重力管井的降水的效果不如预期，地下水位不能降至基面以下50 cm，如地下水位观测井测得的水位不能满足要求，则在管井顶部增加抽真空设备，使其成为真空管井，增强其降水能力，使其地下水位降至满足干施工要求。

在水下工程施工完成通过验收后，放水前对降水管井间隔抽停，分批实施封堵。降水井顶部5 m以下，用粘土回填，上部5 m井内壁刷洗干净后用砼封堵。

3.3.3 降水井的封堵

护坦内的管井封堵，抽水泵管改为钢管，将水泵下降至井底，继续抽水，透水层内采用小石子回填，不透水层内用粘土回填，上部5 m底板面以下50 cm范围内采用混凝土回填，待回填混凝土达到一定强度后封堵抽水钢管，采用比护坦高1等级混凝土浇筑井口的剩余50 cm范围。

4 结论与建议

4.1 结论

结合水利枢纽工程，对施工期降、排水方案进行研究。结合工程水文条件，采用明排+管井相结合的方法作为降、排水方案。通过计算，船闸节制闸需水泵8台，立交地涵需水泵12台。经计算管井间距在15 m～20 m之间，井深20.0 m为宜。

4.2 建议

为了保证施工降排水质量达到满足施工要求，由于基坑运行时间长，降排水对周围建筑影响，加上被揭穿的软弱土层暴露在外，如遇不良气候条件极易发生塌方事故，因此对基坑的安全监测工作非常重要。施工期间应专人定期定时观测地下水位、渗流、边坡位移与沉降情况，及时整理观测资料，分析基坑运行情况并及时通报有关部门，加强暴雨期间的值班工作，并做好基坑安全的经常性检查，发现异常情况及时上报和处理。