斜卡水電站深基坑大滲流量抽排水方案簡介

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 郫縣，611730)

1 工程概況

斜卡水電站位于四川省甘孜州九龍縣境內(nèi)，是九龍河左岸支流踏卡河“一庫兩級”規(guī)劃開發(fā)方案中的龍頭水庫電站，采用混合式開發(fā)方案，主要開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，無通航、灌溉、防洪等綜合利用要求。電站裝機(jī)容量135MW，多年平均發(fā)電量5.211億kW·h，水庫總庫容8485萬m3，攔河大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高106m。工程為Ⅲ等中型工程，擋水、泄水、引水及發(fā)電等永久性主要建筑物為3級建筑物，攔河壩為2級建筑物。

河床壩基覆蓋層厚一般60m～75m，粉土質(zhì)砂層分布于河床上部，厚約30.0m，自然狀態(tài)下該層物理力學(xué)性質(zhì)差，且屬可液化砂土，不能作為大壩基礎(chǔ)，需要挖除。粉土質(zhì)砂物理特性為：<5mm的細(xì)顆粒含量94%，<0.075mm的粉粒含量為43.5%；標(biāo)貫試驗(yàn)表明，平均錘擊數(shù)為9.1擊，標(biāo)準(zhǔn)承載力fk=0.11MPa。該層主要由細(xì)顆粒組成，結(jié)構(gòu)稍密透水性微弱，現(xiàn)場滲透試驗(yàn)表明：滲透系數(shù)K=(2.85～5.48)×10-4cm/s，臨界坡降ik=0.51～0.62，破壞坡降if=1.8～2.4，屬于過渡破壞類型。

斜卡水電站大壩基坑河床段上口總面積約7萬m2，基坑底部約1.5萬m2，最大開挖深度達(dá)到26m，全部為粉土質(zhì)砂層開挖，開挖工程量達(dá)到130萬m3，國內(nèi)鮮有如此大規(guī)模的粉土質(zhì)砂層開挖經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。

2 水文氣象條件

九龍縣氣象站與電站壩址直線距離約33km。根據(jù)九龍縣氣象觀測資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫8.8℃，極端最高氣溫31.7℃，極端最低氣溫-15.6℃；多年平均降水量906mm，多年平均降水日數(shù)165d，多年平均蒸發(fā)量1777.8mm；多年平均風(fēng)速2.7m/s，最大風(fēng)速20.7m/s(相應(yīng)風(fēng)向?yàn)镾E)；多年平均相對濕度61%，多年平均日照時數(shù)1981h，多年平均冰雹日數(shù)3.1d，多年平均積雪深度10cm。壩址海拔3000m以上，屬于典型的高原高寒氣候。

踏卡河流域的徑流主要來源于降雨，枯季徑流由地下水和融雪水補(bǔ)給，豐水期6～10月，水量約占全年的76.6%；枯水期11月～翌年5月，水量占全年的23.4%。12～3月呈穩(wěn)定退水趨勢，最小流量一般出現(xiàn)在3月。壩址多年平均流量為15.6m3/s，折合年水量4.92億m3。

表1 斜卡電站壩址分期洪水成果

時段(月)各頻率洪水流量(m3/s)0 5%1%2%4%5%10%20%50%12～翌年4月56～9101128024320812 211 911 010 18 4848 545 737 729 619 117416213198 258 610197 384 470 848 819 218 717 415 913 3

3 排水方案選擇

由前述地質(zhì)條件可知，粉土質(zhì)砂層基坑開挖成功與否，基坑抽排水是關(guān)鍵。設(shè)計(jì)單位最初估算基坑經(jīng)常性排水高峰強(qiáng)度約為7234m3/h。實(shí)際施工時，枯期在河床僅有幾個流量的情況下，基坑抽排水量達(dá)到5000m3/h，汛期上游圍堰水位達(dá)到3年一遇洪水位時，基坑抽排水量就達(dá)到1萬m3以上。

根據(jù)斜卡工程實(shí)際情況，設(shè)計(jì)最初考慮采用井點(diǎn)排水方案，在上下游基坑開挖區(qū)外各設(shè)置15口降水井?；娱_挖前，在上游施工了三口降水井，但經(jīng)過試驗(yàn)，粉土質(zhì)砂基本不滲水，與普通的純砂層有很大的區(qū)別，采取井點(diǎn)降水方案不能達(dá)到目的。最終基坑開挖期間抽排水方式全部采取明排，即在上下游開挖區(qū)外設(shè)置集中排水水泵坑，在水泵坑安設(shè)水泵，通過水泵明排的方式將基坑滲水全部抽排至開挖區(qū)以外的河道中，從而保證基坑的順利開挖。

4 抽排水方案的實(shí)施

在基坑上、下游各布置一個主水泵坑，在基坑開挖過程中，上、下游泵坑通過順?biāo)鞣较虿贾玫闹髋潘疁舷噙B通，各開挖區(qū)垂直方向布置支排水溝與主排水溝連接，基坑內(nèi)滲水通過主、支排水溝匯集至主水泵坑，然后通過水泵抽排至基坑以外。

基坑開挖期間，水泵頻繁移動和開挖施工干擾較為突出，所以所有水泵均置于岸坡上。基坑開挖完成后，上、下游泵坑水泵全部置于自制的浮船之上(浮船主要采用空油桶與腳手架管加工而成)?；映榕潘贾靡妶D1。

圖1 斜卡基坑排水平面布置

4.1 基坑大面排水

基坑開始開挖前，在開挖大面順?biāo)鞣较虿捎梅寸P挖一條主排水溝，主排水溝底寬4.0m，頂寬12.0m，較開挖大面低2.0m～3.0m，主排水溝向上、下游以1%坡度匯入上、下游水泵坑。在大面水位成功降低后，為加快粉土質(zhì)砂本身含水盡快滲出，在開挖大面內(nèi)布置支排水溝，支排水溝與主排水溝垂直呈“豐”字形布置，支排水溝間距約24.0m，支排水溝底部寬度1.5m，頂部寬度6.5m。粉土質(zhì)砂層內(nèi)部的滲水首先匯集至支排水溝，然后流入主排水溝，滲水通過主排水溝分別引至上下游水泵坑。

4.2 上游水泵坑排水

上游水泵坑垂直于水流方向長45.0m，順?biāo)鞣较虻撞繉?0.0m，頂部寬20.0m，泵坑深度5.0m，可以容納3艘自制的浮船，每艘浮船上可布置4臺水泵。

由于上游圍堰頂部至基坑底部間最大高差達(dá)到55m，因此基坑上游主要采取水泵串聯(lián)接力方案，布置7趟串聯(lián)接力管路和6趟高揚(yáng)程水泵管路(1趟水泵置于岸坡，其余12趟置于浮船上)。水泵串聯(lián)接力布置：一級泵站將水輸送至二級泵站，然后由二級泵站將水抽排至基坑以外，一級和二級泵站選用相同型號的水泵，一級泵站水泵緊隨開挖面下降布置。

4.3 下游水泵坑排水

下游水泵坑垂直于水流方向長35.0m，順?biāo)鞣较虻撞繉?.0m，頂部寬15.0m，泵坑深度5.0m。下游泵坑可布置3艘自制浮船，每艘浮船可布置4臺水泵。由于下游圍堰與基坑底部最大高差僅為26m，下游水泵坑采用水泵一次性將滲水抽排至基坑外。

4.4 水泵坑防護(hù)

由于基坑內(nèi)全部為粉土質(zhì)砂層，且擾動后會形成流砂，不利于邊坡的穩(wěn)定，因此，在基坑開挖到位后，對永久水泵坑采取了專門的防護(hù)措施：在水泵坑底部先鋪一層反濾料(小石∶豆石=1∶1)，然后覆蓋一層透水土工布，再采用鋼筋石籠對水泵坑四周進(jìn)行壓腳護(hù)壁，鋼筋石籠和四周粉土質(zhì)砂層間回填反濾料。

4.5 實(shí)施效果

斜卡水電站大壩基坑開挖從2009年11月開始，最終完成粉土質(zhì)砂開挖132萬m3，月高峰期強(qiáng)度35.5萬m3。從2009年11月開始抽排水至2014年3月基坑停止抽水，歷時4年多，整個基坑施工期間上下游水泵坑抽排水一直運(yùn)行正常。

實(shí)踐證明，根據(jù)不同地質(zhì)條件和滲流量，采取合理的抽排水方式，決定著基坑能否順利安全的開挖。對于斜卡電站基坑深厚粉土質(zhì)砂層開挖，在如此大面積、大開挖工程量和基坑滲流量情況下，由于采取了有效的排水布置方案，選取了適合的水泵型號，保證了明排抽水的成功。

5 結(jié)語

斜卡水電站大壩基坑開挖能夠順利完成，得益于基坑抽排水方案的選擇和實(shí)施，在實(shí)際施工過程中還應(yīng)注意：

(1)根據(jù)粉土質(zhì)砂的物理力學(xué)性質(zhì)，在開挖過程中，對開挖出的坡面必須及時采取有效的防護(hù)，防止雨水沖刷邊坡或因滲水造成邊坡垮塌；

(2)目前水工施工中基坑排水較常用的兩種方案為井點(diǎn)降水和明排方案，在方案制定過程中，應(yīng)充分分析工程地質(zhì)條件和外圍環(huán)境，必要時可提前進(jìn)行試驗(yàn)，以選擇科學(xué)合理的排水方案；

(3)在明排抽水布置中，應(yīng)根據(jù)排水量盡可能選取功率和揚(yáng)程均較合適的大排水量的水泵，不宜選取大功率和高揚(yáng)程水泵。大功率水泵一般自重較重，安拆困難，且要求的啟動電流較大，對現(xiàn)場電源布置要求高。揚(yáng)程不夠時，可采取水泵接力的方式；

(4)經(jīng)常性排水水泵盡量安置于浮船上，讓其有一定的上浮和下沉空間，以適應(yīng)特殊情況(如突發(fā)停電)下水泵不會立即被水淹沒；

(5)粉土質(zhì)砂層在開挖過程中，基坑滲水被開挖設(shè)備攪渾，因此流入水泵坑的水含粉土質(zhì)砂量大，須安排專用設(shè)備疏導(dǎo)泵坑和主排水溝。同時，由于滲水含砂量大，對水泵盤根磨損大，須經(jīng)常更換，因此要求有足夠的備用水泵和輔助材料，以便于經(jīng)常更換。

斜卡水電站在基坑開挖過程中，在基坑內(nèi)全部為粉土質(zhì)砂層，最大開挖深度26m，抽排水流量達(dá)到0.4萬m3/h～1萬m3/h，最大抽排水揚(yáng)程為55m，通過采取合理的水泵抽排水方案和布置形式，成功將基坑開挖到底，可以為類似工程提供很好的借鑒。