某天然河道堰坝建设基坑降排水施工技术

魏 柳

(四川省都江堰水利发展中心东风渠管理处，成都，610081)

水利工程施工具有显著的行业特点，需长期与水流打交道。降水是基坑且尤其是深基坑施工中的重点内容，施工期间存在较多不确定因素，因此需要进行周密规划，在施工中采取控制措施及基坑安全的经常性检查[1-2]，应用合理的降、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。本文结合某天然河道堰坝重建工程，对水利工程施工期降排水措施进行研究。

1 工程概况

某堰坝位于毗河K3+735m处，为折线型堰坝和冲砂闸形式。受汛期强降雨影响，堰坝大部分被洪水冲毁，冲砂闸倾倒，堰坝抬水功能受影响，无法保障上游支渠引水灌溉需求。堰坝设计方案为对堰坝进行拆除重建。

重建堰坝设计方案为：溢流堰坝型选用WES实用堰型式，坝长160m，最大坝宽7.25m，最大坝高5.95m。坝体采用C25混凝土现浇，表层设0.3厚C40AF耐磨混凝土；溢流坝前端采用C25混凝土铺盖防渗，铺盖长10m；溢流坝坝坡后接16.60m长的C25混凝土消力池；消力池后接10m长C25混凝土海漫，末端为4.0m深C25混凝土防冲齿墙；溢流堰至消力池范围内堤防采用C25混凝土衡重式挡墙，挡墙结束位置采用扭面形式与堤防衔接，挡墙高5.54m～8.67m。

图1 堰坝平面布置

图2 堰坝纵剖面

本工程主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级，设计洪水标准为20年一遇。

2 施工组织

因工程所在河道有生态基流要求，且工期较长，无法断流施工。工程采用分期围堰施工，分两期实施。一期采用明渠导流，主要施工右岸堤防、坝体100m、消力池70m、护坦、防冲槽55m。

图3 一期围堰布置

二期利用一期已成堰坝过流，二期围堰由上下游横向围堰和纵向围堰组成。围堰材料主要利用河道砂卵石，防冲槽处纵向围堰采用袋装砂卵石码成，以减小围堰断面，预留更多施工作业面及保障过流，围堰临水面采用粘土防渗。

图4 二期围堰布置

3 施工难点

二期围堰填筑完成后，即开始抽排水作业：

(1)采用6台抽水设备(2台电动抽水泵，单台抽水量200m3/h；4台柴油抽水泵，单台抽水量400m3/h)在上游横向围堰坡脚附近及防冲槽处纵向围堰旁抽排水，但基坑内水位迟迟无法降低。

(2)增加了6台抽水设备(2台电动抽水泵，单台抽水量200m3/h；4台柴油抽水泵，单台抽水量400m3/h)，水位开始缓慢下降(约5cm/h)，增加设备2天后，基坑内水深降至约1.6m后再无变化。

(3)为尽量降低抽排水作业难度，建设单位在保障该河道生态基流要求下，通过分流，将该河道进口流量由原22m3/s调整为10m3/s内，但效果不明显。

基坑内降水困难主要原因如下：

(1)堰坝重建方案未设置冲沙闸，也未在一期坝体内埋设过流管道，水流全部从一期堰坝顶通过，导致二期上游围堰临水侧与背水侧水位差较大。基坑内坝体处底高程与上游围堰前水面高差约为6.5m。

(2)围堰所用砂卵石级配较差，主要为卵石和砂砾石，其余粒径较少，透水性大。

(3)二期上游横向围堰利用了一段一期围堰，但施工时未做好围堰交接处的防渗处理，也未做好上游横向围堰与边坡处的防渗处理。

(4)未在围堰临水面铺设防渗土工膜或其他防渗材料。

由于上述几项原因，二期基坑渗水严重。尤其是围堰与上游边坡连接处、二期围堰与一期保留围堰连接处、纵向围堰防冲槽处。

4 降排水方案及施工工艺

在增加抽水设备降水效果不明显的情况下，对比考虑了增加抽水设备、打钢板桩、帷幕灌浆三种方案，经综合考量决定采用打钢板桩的方式。在施工过程中钢板桩围堰自身的结构不会被水渗透，其自身的结构强度变化不大，安全性较高[3]。

表1 三种降排水方案方案对比

钢板桩原计划设置在围堰背水侧，防渗效果更好。因围堰材料为砂卵石，考虑到打桩过程中可能遇卵石或漂石阻碍，故采用在临水面粘土侧打桩。钢板桩长9m，每块钢板桩宽约30cm，钢板桩间锁口连接。在振动打入土层时，有地下杂物及小石块时，将钢板桩振动起拔然后再打入，上下来回振动打入多次，直至打进为止。因围堰上空电线有安全距离要求，部分段无法实施。上游横向围堰总长约50m，实际钢板桩施工约30m，未能对围堰进行全面封闭。但钢板桩施工完毕后，基坑渗水有较大的改善。

钢板桩施工完毕后，根据施工先深后浅的原则，采取了扎小围堰的方式首先浇筑了左岸挡墙基础。具体方式为：在左岸挡墙基坑外填筑约1.8m高粘土围堰，同时围堰内布置集水坑，在集水坑内进行抽排水，如此便保障了挡墙基础内的干燥作业面。

挡墙基础浇筑完成后，同样采取扎小围堰的方式分别为二期第一、二段坝体基础创造干燥的作业面。使水流主要从小围堰与上游横向围堰间流走并抽排出基坑，小围堰内同样采用布设集水井抽排出积水，并在第二段坝体基础处埋设导流管道。

二期第一、二段坝体基础浇筑完成后，利用第二段坝体内预埋导流管道过流完成剩余2段坝体浇筑。

坝体完成后，继续完成坝体上下游挡墙的施工，后续通过封堵第二段坝体内预埋导流管和抽排渗水基本解决了坝体下游消力池基坑内的水流问题。铺盖在基础回填完成后，围堰内外侧的水位差大大降低，渗水量减小，采用基础外侧开挖排水沟抽排水的方式解决了铺盖基础水流问题。

各部位基础完成后，上部结构混凝土浇筑不受水流影响，各部位上部结构按照计划有序实施。

图5 二期各部位施工顺序及抽排水方案示意

5 经验与建议

本工程二期基坑通过打钢板桩、扎小围堰、堰坝基础埋设导流管相结合的方式成功解决了基础水流问题，成功的经验主要在于：

(1)通过在围堰临水面打钢板桩缓解渗流问题，减少渗流量。

(2)在左岸挡墙、二期堰坝第一段、第二段基础外分期扎小围堰，通过各部位扎小围堰在围堰内抽排水的方式解决各部位基础水流保障基础作业面干燥，同时各部位错开时间段分期施工，以便小围堰外基坑内水流有足够通道流至集水坑并被及时抽排出，不至于壅高水位。

(3)同时第二段坝体基础埋设导流管导流有效解决堰坝第三、四段的基础水流问题。封堵导流管有效解决消力池内的水流问题。在导流管前加装闸阀，导流管完成导流使命后，关闭闸阀，对导流管进行灌浆处理，确保坝体密实。

本方案的主要优点是在基坑内抽排水的同时进行主体结构混凝土浇筑，不需要等整个基坑内的水流全部抽干，利于赶进度抢工期。

同时，本方案仅为二期基坑渗流严重情况下的应对方案，对应本工程类似工程，建议在一期堰坝内埋设过流管道用于二期导流，以降低堰坝前水位。同时填筑围堰时应注意在基坑内预留足够位置布置集中抽水点，并做好围堰的各项防渗处理措施，二期基坑施工时渗流量将大量减少，抽排水作业难度也将极大地降低。

6 结语

工程在二期围堰渗流严重的情况下，采用打钢板桩、扎小围堰、堰坝基础埋设导流管相结合的方式为二期基坑降排水提供了切实可行的技术措施，通过上述几种方式以及基坑内分期组织施工，有效控制了基坑内水流，实现了干燥的施工作业面。