多布水電站基坑排水方案優(yōu)化

王 斯 珍，　王 永 平，　王　舜

(1.中國人民武裝警察部隊(duì) 水電第八支隊(duì)，重慶　401320；2.中國人民武裝警察部隊(duì) 水電第三總隊(duì)，四川 成都　611130)

多布水電站基坑排水方案優(yōu)化

王 斯 珍1，王 永 平2，王舜1

(1.中國人民武裝警察部隊(duì) 水電第八支隊(duì)，重慶401320；2.中國人民武裝警察部隊(duì) 水電第三總隊(duì)，四川 成都611130)

摘要：多布水電站基坑以邊坡由細(xì)砂和砂礫石層交替沉積形成的軟弱地層和大滲水這一獨(dú)特工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件為特點(diǎn)，施工過程基坑排水方案根據(jù)實(shí)際情況經(jīng)過優(yōu)化后，形成了以明溝、集水坑抽排水、井點(diǎn)降水、地連墻隔水等相結(jié)合的綜合排水方案，有效地解決了施工過程中存在的基坑排水問題。

關(guān)鍵詞：基坑排水；方案優(yōu)化；明排；井點(diǎn)降水；地連墻；多布水電站

在水利水電工程建設(shè)中，為保證水工建筑物干地施工，在施工過程中，水流控制為重點(diǎn)需要解決的問題。根據(jù)工程結(jié)構(gòu)以及所處的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件特點(diǎn)進(jìn)行基坑排水方案設(shè)計(jì)并在施工過程中不斷優(yōu)化，將獲得良好的效果。

1工程概述

多布水電站位于西藏自治區(qū)林芝縣更章鄉(xiāng)多布村，距林芝地區(qū)行署所在地八一鎮(zhèn)約28km。為尼洋河流域的一座河床式水電站，是西藏自治區(qū)“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目，其以發(fā)電為主，兼顧灌溉，裝機(jī)容量為12萬kW。工程樞紐從左到右依次由左副壩、發(fā)電廠房、泄洪閘、右主壩等建筑物組成。大壩總長609m，主要建筑物為三級。廠房及泄洪閘整體基坑等效平面尺寸270m×250m，最大開挖深度較尼洋河河床低30m。

壩址工程地質(zhì)條件為由細(xì)砂和砂礫石層交替沉積形成的軟弱地層(圖1)，地基承載力差；水文地質(zhì)條件為地下水特別豐富，存在潛水和承壓水。工程采用分期導(dǎo)流：一期為在左岸階地邊緣設(shè)置縱向圍堰(設(shè)防滲墻)，將廠房和泄洪閘基坑圍住先完成廠房和泄洪閘施工，原河床過流；二期由泄洪閘和機(jī)組過流，在原河床上、下游設(shè)置橫向圍堰將右主壩壩基圍住完成右主壩施工。

2原基坑排水方案概況及存在的問題

2.1原方案概況

原基坑排水方案依據(jù)招標(biāo)文件中的水文地質(zhì)勘察資料編制，采用設(shè)置明溝、集水坑抽排水的方式。在廠房基坑、泄洪閘消力池和尾水渠末端共設(shè)置了3個(gè)大集水坑(圖2)，采用24臺離心式水泵晝夜不停抽水，平均每天總抽水量約23萬m3。由于細(xì)砂顆粒隨水流不斷匯入集水坑中，集水坑很快被淤滿，需不斷進(jìn)行開挖清理，同時(shí)使得集水坑邊坡不斷垮塌。

圖1　壩址地層構(gòu)造照片

圖2　基坑集水坑照片

2.2原方案存在的問題

通過分析原方案的支撐依據(jù)材料并與開挖過程中的抽排水實(shí)際效果相對比，發(fā)現(xiàn)原方案存在以下幾個(gè)問題：

第一，由于地下滲水量異常大，加之細(xì)砂地層穩(wěn)定性差這一特殊工程地質(zhì)特性，抽水過程中基坑邊坡遭流砂、管涌破壞不斷塌陷，難以形成穩(wěn)定邊坡。

第二，開挖巨大的基坑，且因地下含水層厚度如此之大，基坑總涌水量巨大，根據(jù)抽水降落漏斗原理，集水井必須挖得大而深，如此實(shí)施將造成土石方超挖、混凝土超填工程量巨大，浪費(fèi)工程投資。

第三，抽水過程產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，帶走大量地層細(xì)顆粒，造成地層密實(shí)度降低，承載力下降，極有可能產(chǎn)生不均勻沉降而使建在其上的水工建筑物遭到破壞，其嚴(yán)重后果是建筑物產(chǎn)生裂縫、止水拉裂而滲漏，進(jìn)而影響電站的安全運(yùn)行。

第四，設(shè)置巨大的集水坑和龐大的抽水設(shè)施，集水坑位置還需根據(jù)施工組織情況不斷變換位置，同時(shí)，集水坑經(jīng)常被細(xì)砂淤積而需要定期挖除，集水坑移位及開挖將耗費(fèi)大量的施工成本。

3優(yōu)化基坑排水方案

針對該電站基坑特點(diǎn)以及采用單一明排方式降水等諸多不利因素，經(jīng)過仔細(xì)分析研究并經(jīng)現(xiàn)場反復(fù)試驗(yàn)，最終確定的優(yōu)化排水方案如下：

基坑排水應(yīng)盡量不破壞邊坡及地層穩(wěn)定性，保證干地施工，抽水設(shè)置布置對其他工程施工干擾小。為此，可以采用井點(diǎn)降水的方式將地下水位降至廠房基坑大面高程以下1m，待抽水降落漏斗穩(wěn)定后，泄洪閘、消力池、引水渠以及尾水渠設(shè)計(jì)開挖高程均在降落漏斗之上而成干地，廠房局部深處(廠外集水井位置)設(shè)置地連墻隔水，對于剩下的少量滲水通過明排方式予以解決。形成以井點(diǎn)降水為主，集水坑明排以及地連墻隔水方式相結(jié)合的綜合降排水措施，該方案布置情況見圖3。

4井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)步驟及技術(shù)要點(diǎn)

4.1分析基礎(chǔ)資料及現(xiàn)場實(shí)際情況

根據(jù)招標(biāo)文件之設(shè)計(jì)勘察資料和施工過程實(shí)際揭露的地層情況得知，該地層由細(xì)砂和砂礫石層交替沉積形成，土體孔隙比較大。地下水位為高程3 054m，含水層底高程為3 020m，實(shí)際滲透系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)勘察資料提供的數(shù)據(jù)，因此，在估算基坑涌水量時(shí)需要重新測定滲透系數(shù)。廠房基坑開挖等效平面尺寸為225m×135m，地下水位需降深26m(高程3 054～3 028m)。

圖3　廠房、泄洪閘基坑降排水方案布置圖

4.2基坑等效半徑及抽水影響半徑的確定

抽水影響半徑可根據(jù)公式計(jì)算，此處根據(jù)地層巖土粒徑大小查表選取經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，再按地層構(gòu)造取加權(quán)平均值求得?，F(xiàn)場實(shí)際勘察地層巖土情況為：3 020～3 054m高程范圍由22m厚細(xì)砂層和12m厚砂礫石層組成，細(xì)砂層抽水影響半徑取100m，砂礫石層抽水影響半徑取1 500m，以厚度為權(quán)求加權(quán)平均值,即地層綜合抽水影響半徑為(22×100+12×1 500)÷(22+12)= 594.1(m)。

4.3滲透系數(shù)的確定

滲透系數(shù)的確定可以通過抽水試驗(yàn)測定。依據(jù)《水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程》(SL320-2005)表B-2第2個(gè)公式(潛水完整井公式)計(jì)算。如圖4所示，現(xiàn)場試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)：Q=4 800m3/d、H=25.65m、S1=0.64 m、S2=0.41m、r2=39.07 m、r1=19.44m，代入公式計(jì)算得出滲透系數(shù)K=92.2m/d。

由于施工現(xiàn)場抽水試驗(yàn)受基坑明排抽水以及其他諸多干擾因素影響，為了提高滲透系數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)利用目前基坑明排抽水情況，按圖5中的公式反算一個(gè)滲透系數(shù)，約為192.1m/d。綜合抽水試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)和基坑明排抽水反算的數(shù)據(jù)，取其平均值142.15m/d作為滲透系數(shù)的最終測定值。

圖4　潛水完整井抽水試驗(yàn)滲透系數(shù)測定圖

4.4基坑總涌水量估算

如圖5所示，將K=142.15m/d、S=26m、H=26m、R=594.1m、r0=105.4 m、m0=8m代入公式計(jì)算，求得基坑總涌水量Q=24.6萬m3/d。

圖5　基坑涌水量估算圖

4.5單井抽水量及井點(diǎn)數(shù)量的確定

每口井設(shè)置一臺容量為250 m3/h的潛水泵進(jìn)行抽水，效率按85%計(jì)，則單井日抽水量q=5 100m3/d。

井點(diǎn)數(shù)量按公式n=1.1Q/q計(jì)算得到n=54，系數(shù)1.1為考慮到井管堵塞、水泵維修、地層不均勻等因素影響而取10%的備用系數(shù)。

4.6井點(diǎn)布置

井點(diǎn)均勻布置在廠房基坑邊緣外側(cè)(圖3)，基坑邊緣周長約700 m,共54口井，間距13 m。

在每口井內(nèi)設(shè)水位計(jì)，抽水形成穩(wěn)定降落漏斗后，可用廠房基坑設(shè)計(jì)降至水位(高程3 028 m)減去水力坡度(取10%)與基坑等效半徑105.4 m之積產(chǎn)生的水位落差10.5 m得出，即3 017.5 m，水泵應(yīng)安置在3 017.5 m高程以下。井管每根為4 m長，井內(nèi)水位以下設(shè)置一根花管作為過濾器，底部設(shè)置一根普通井管作為沉砂管，每口井底設(shè)計(jì)高程為3 009.5 m。

4.7地下水位降深的驗(yàn)算

為檢驗(yàn)井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)方案是否能達(dá)到設(shè)計(jì)降深(26 m)要求，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-99)第8.3.7條規(guī)定，干擾井群抽水時(shí)，基坑中心點(diǎn)水位降深按下式計(jì)算：

式中含水層厚度H0=34 m；Q為各井抽水總量(54口井Q=275 400 m3/d)；K=142.15 m/d、R=594.1 m、r0=105.4m、n=54，r1、r2、…rn為各井距基坑中心的距離。將數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得出S0=32m。該數(shù)據(jù)大于設(shè)計(jì)降深(26m)，說明該設(shè)計(jì)方案在技術(shù)上可行。

5地連墻隔水

廠外集水井設(shè)計(jì)開挖高程為3 025.4m，比廠房基坑大面高程3 029m低3.6m，為整個(gè)基坑最深處，其大小為24m×20m。在集水井結(jié)構(gòu)邊線四周設(shè)置地連墻以隔斷四周邊坡大部分滲水，同時(shí)起到擋土墻作用，減少開挖放坡工程量(圖6)。底板滲水采用水泵及時(shí)抽排出基坑之外，開挖到底板可能出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，此時(shí)，采用麻袋混凝土反

圖6　集水井四周地連墻隔水

壓。按此方案實(shí)施在實(shí)際施工過程中取得了較好效果。

Impact Analysis of Gega Glacier Debris Flow Blocking of River at Entrance of Brahmaputra Bend

WANG YiZHANG Yunda

(Chengdu Engineering Corporation Limited of Power China ,Chengdu , Sichuan ,610072,China)

Abstract:In Middle-late stage of late pleistocene, landslide dams over 20 kilometers along the river and the quake lake in 200 kilometers upstream were formed by Gega glacier debris flow blocking of river and landslides, and backwater elevation is at 3150 m and more, at the same time ,the multilayer lake facies strata were deposited. Glacier activities have retreated significantly since the holocene, but the glacier debris flow activities may still result in local silting or temporary blocking in the Brahmaputra River, which is detrimental to downstream areas. Based on the last river blocking history of Gega glaciers, landslide deposition and later movements of the Gega glacier, analysis and prediction are made to the influence of debris flow on river blocking under the condition of heavy rain in the future.

Key words:Gega glacier; quake lake; debris flow；influence of river blocking

6結(jié)語

綜上所述，筆者分析了多布水電站基坑排水原方案存在的問題，提出了優(yōu)化排水方案的思路，詳細(xì)介紹了井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)步驟及技術(shù)要點(diǎn)，通過優(yōu)化后的排水方案現(xiàn)場實(shí)施效果驗(yàn)證，說明優(yōu)化后的方案在解決多布水電站基坑降排水中存在的問題切實(shí)可行，對類似工程具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

[1]陳幼雄.井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)與施工[M].上海:上?？茖W(xué)普及出版社，2004.

[2]《水利水電工程施工手冊》編委會(huì).水利水電工程施工手冊-土石方工程[M].北京:中國電力出版社，2002.

王斯珍(1980-)，男，江西贛縣人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程測量、施工技術(shù)與管理工作；

王永平(1968-)，男，陜西甘泉人，高級工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

王舜(1981-)，男，重慶長壽人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與合同管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-07-10

文章編號:1001-2184(2015)04-0062-03

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV7;TV51;TV551.4

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