江苏郑集河水利工程施工期降排水方案设计

陈冬冬，李 杰，朱潇潇

(淮安市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 淮安 224300)

1 引言

水利工程建设是一项具备显著社会、经济效益的事件，但是临近河流区域施工期降、排水问题也具有一定的难度，因此，制定合理的导截流、降水方案有利于保证工程建设的安全、进度，也可在一定程度上降低工程投资[1-4]。

结合郑集南支河、梁西河治理工程段分析其施工期导截流、降水方案。郑集南支河治理河段：孙寨闸站-丰铜界，河道输水流量：丰铜界(42 m3/s)-范楼闸站(42 m3/s)-梁寨闸站(37 m3/s)-梁西河(2 m3/s)-孙寨闸站(2 m3/s)。梁西河治理河段：大沙河-郑集南支河，河道输水流量：郑集南支河(35 m3/s)-大沙河(35 m3/s)。

2 施工期导流方案

2.1 总体方案布置

综合考虑，工程施工在非汛期进行。根据现场施工条件，河道工程和建筑物施工过程中，均需要采取导截流工程，以减少河水对工程施工的影响。结合场地气象条件，非汛期场地降水量较少，施工期可充分利用场地周边现有的河道、沟渠完成导流作业。根据实地调查和规划设计结果，在工程施工期间，孙寨闸站上游来水量约为2.5 m3/s，来水量相对较小，可使用孙寨中沟、二号沟进行导流，导流至大沙河东截渗沟内；梁后河、范西河流域汇水量为3.1 m3/s、6.2 m3/s，其中梁后河流域汇水可通过梁西河支沟导流至郑集北支河，范西河流域汇水可由范西河导流工程导流至跃进河、郑集北支河。郑集南支河流域仍存在59.0 km2范围无导流工程，若施工期发生P=20%暴雨时，则需要利用临时泵站进行抽排以减少来水量。通过计算，单次暴雨排水量约为93.22×104m3，根据初步规划，郑集河施工期约为4个月，假设P=20%暴雨两月发生一次，则抽排水量为186.44×104m3。

在工程施工期间，梁西河上游无来水，可不设置导截流工程措施。通过计算，梁西河右岸汇水量为1.9 m3/s，该部分汇水量金额通过毛楼中沟、二号沟截流至大沙河东截渗沟。

结合现状河道、沟渠，在郑集南支河孙寨闸站处、丰铜界处，梁西河李口涵洞处均修筑施工围堰。郑集南支河、梁西河施工期导截流方案布置见图1。

图1 郑集南支河、梁西河施工导截流方案

施工期间，魏工分洪道上游来水量为0.4 m3/s，由于场地条件限制和水量较小，可充分利用上游河道、坑塘的调蓄作用；此外，剩余14.6 km2范围无法采用导流措施，可在暴雨发生时利用临时泵站进行抽排处理。单次抽排水量16.35×104m3(P=20%)，施工工期约为2个月，则共抽排水量16.35×104m3。施工期魏工分洪道施工导截流方案见图2。

图2 魏工分洪道施工导截流方案

2.2 施工导截流工程

2.2.1 河道工程

为了节约工程投资，考虑到水量较小，采用均质土围堰即可满足导截流要求，根据相关工程经验，设置均质土围堰参数如下：水上坡度为1∶3，水下坡度为1∶5，围堰安全超高取值为1.0 m。由于场地较为狭窄，围堰工程需作为临时施工便道使用，因此，围堰顶高程与河道两岸高程一致，围堰顶宽度为5.0 m。围堰堆填料可在临近河滩取土，应充分压实。

2.2.2 建筑物工程

(1)范楼南站

范楼南站施工过程中，河道上、下游均需要设置均质土围堰。上游围堰设计断面为：围堰顶标高39.0 m，围堰顶宽为5.0 m；围堰迎水坡、背水坡坡比分别为1∶5、1∶4；下游围堰顶标高34.6 m，其他参数与上游围堰一致。该站仅上游来水，可通过范西河汇入郑集北支河。

(2)沿线涵闸、防护及桥梁工程

沿线涵闸等工程与河道工程同时施工，由于工程量较小，工期短。施工过程中，可在拟建物支河上修筑施工围堰。干河河道主要以防止降水汇入基坑为主。桥梁工程施工过程中，需要在河道内修筑施工平台，同时亦需要设置施工便道，围堰断面设置与范楼南站围堰断面一致。

3 施工期降排水

3.1 河道工程

3.1.1 初期排水

初期排水作业完成后，郑集南支河河道内剩余水深约在0.5 m～1.5 m之间，丰铜界-范楼闸站、范楼闸站-梁寨闸站、梁寨闸站-孙寨闸站之间水深分别为1.5 m、1.0 m、0.5 m。梁西河河道剩余水深约为0.5 m。完成围堰施工作业后，在围堰处设置临时泵站将剩余水抽排至外河，估算初期排水总量为64.1万m3。

3.1.2 经常性排水

由于场地周围地下水位埋深较浅，河道内渗水情况时有发生，可采用超深垄沟+临时排水方案将渗水排出。河道经常性排水方案如下：

(1)经常性排水量

拟建工程属于南四湖平原地区，场地内地下水丰富，根据勘察成果可知，地下水位埋深在1.0 m～3.0 m之间，受降水影响，地下水变化幅度约在2.0 m～3.0 m之间。施工期间，经常性排水水源主要为河道渗水，根据计算，施工期间，河道渗水量约为0.1 m3/(d·m)～0.16 m3/(d·m)，根据施工时间推测，经常性排水水量约为61.3×104m3。

(2)垄沟

垄沟主要在河道中心区域开挖，采用梯形断面，底宽1 m，深1.0 m，边坡1∶1，总土方开挖量8.1×104m3。

3.2 建筑物工程降水

此次河道水利工程建设过程中，建筑物规模均不大，施工降排水问题不太突出。施工过程中需要结合建筑物情况确定降排水方案。目前，较为常用的降水方法为管井法[5-7]，影响管井法降水效果的主要参数包括：地层渗透系数、降水井深度、间距、孔径等。降水速率对基坑稳定性有较大的影响，在降水过程中应当控制含沙量和降水速率，避免诱发基坑垮塌等事故。基坑降水水源主要包括：地下水、施工废水、降水等。基坑四周需布置截排水沟，设置集水井等，利用水泵将积水抽排。

以范楼南站为例进行降水设计。根据范楼南站地勘成果，基底换填高程为26.6 m，该层为含砂壤土层，为了保证基坑开挖的安全和坑底作业安全，施工前应采用管井法降低地下水位。范楼南站基坑开挖平面尺寸为100 m×100 m，换算半径：

根据地勘报告，岩土体的渗透系数k=3.4×10-3cm/s；地下水位38.60 m，将地下水疏干至高程25.60 m方可满足要求。

基坑中心设计降深：38.6-25.6=13 m；含水层厚度：H=12 m；水力坡度i取1/10。因此井深为：

L=H+C+ir*+Z+Y+T=16.8 m

式中：H基坑深度；C降水面距基底深度，取1.0 m；r井排距；Z水位变幅，取1.0 m；Y过滤器长度，取3 m；T沉砂管长度，取2 m。

降水井影响半径：

当降水井较深时，其影响半径的计算结果一般较大，对于粉砂：其影响半径一般为20 m～50 m。计算时取20 m。

分析地质资料及地下水埋藏形式，设计降水井为潜水完整井。因此：

设计滤管长度：l=3 m；

设计降水井半径：rs=0.25 m。

井点间距：

a=C/(n-1)=2×(100+100)/(7-1)=67 m

根据经验，井点间距为10 m～20 m，小于67 m。因此，取井间距20 m，沿基坑周边对称布置，共布井16眼，井深20 m，井间距20 m，管径0.5 m。

4 结论

结合郑集河水利工程建设，分析了河道导截流以及建筑物基坑降水方案。综合考虑河道来水量，在河道设置了多道围堰，以满足导截流需求。结合范楼南站工程，计算了管井法降水方案，综合考虑计算结果和工程经验，间隔20 m布置一口降水井，降水井总数为20口，井深20 m，可满足基坑降水需要。